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Neuroscience

Mikroelektroden-geführte Implantation von Elektroden in den Nucleus subthalamicus des Rats für die Langzeit-Tiefe Hirnstimulation

doi: 10.3791/53066 Published: October 2, 2015

Abstract

Tiefen Hirnstimulation (DBS) ist eine weit verbreitete und effektive Therapie für einige neurologische Störungen, wie idiopathische Parkinson-Krankheit, Dystonie oder Tremor. DBS wird auf der Abgabe elektrischer Impulse an bestimmte tiefen anatomischen Strukturen des zentralen Nervensystems. Die Mechanismen der Wirkung von DBS Basiswert bleiben rätselhaft. Dies hat zu einem Interesse an der Untersuchung der Auswirkungen der DBS in Tiermodellen, insbesondere bei Ratten führte. Wie DBS ist eine Langzeittherapie sollte die Forschung auf molekulargenetischer Veränderungen der neuronalen Schaltkreise, die nach DBS einige Wochen auftreten, fokussiert werden. Langfristige DBS bei Ratten ist schwierig, weil die Ratten bewegen sich in ihrem Käfig, was zu Problemen führt im Einklang anstelle des Drahtes, der von dem Kopf des Tieres an den Stimulator. Weiterhin sind Zielstrukturen für die Stimulation im Gehirn der Ratte klein und daher Elektroden nicht leicht auf die richtige Position gebracht werden. Somit wird ein Set-up für langanhaltende stimulation von Ratten mit Platin / Iridium-Elektroden mit einer Impedanz von ungefähr 1 M & OHgr; wurde für diese Untersuchung entwickelt. Eine Elektrode mit diesen Spezifikationen ermöglicht nicht nur eine angemessene Stimulation, sondern auch die Aufnahme von tiefen Hirnstrukturen, um den Zielbereich für DBS zu identifizieren. In unserer Einrichtung wurde eine Elektrode mit einem Stecker für den Draht in Dentalzement mit vier Verankerungsschrauben auf den Schädel befestigt eingebettet. Die Leitung von der Klemme an den Stimulator wurde von einem Edelstahlfeder geschützt. Ein Schwenk wurde an die Leitung angeschlossen, um den Draht verheddert verhindern. Insgesamt bietet diese Stimulation Set-up eine hohe freie Beweglichkeit für die Ratte und ermöglicht die Kopfstecker sowie der Drahtverbindung zwischen dem Stecker und dem Stimulator, um lang anhaltende Stärke zu halten.

Introduction

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Tiefen Hirnstimulation (DBS) ist eine Behandlung auf der Grundlage der Abgabe von elektrischen Impulsen über implantierte Elektroden um bestimmte Hirnstrukturen, wie dem inneren Globus pallidus 1, Nucleus subthalamicus (STN) 2-4 oder ventralen Zwischen Thalamus 5. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich diese Behandlung als leistungsfähiges therapeutisches Werkzeug für die Parkinson-Krankheit 1 etabliert - 4, Dystonie 6 und Tremor 7 und wird auch verwendet, um chronische Schmerzen 7, psychiatrische Störungen (modulieren, dh Zwangsstörungen 8, Hauptdepression 9) oder schwer behandelbarer Epilepsie 10,11. Außerdem DBS könnte, in der Zukunft, zu einem Behandlungsoption für feuerfeste arterieller Hypertonie 12 oder orthostatische Hypotonie 13.

Die physiologischen Mechanismen, die die Auswirkungender DBS bleiben weitgehend unverstanden. Studien an narkotisierten Nagetieren haben Einblick in neuronale Reaktionen auf Hochfrequenz-Stimulation, die klinisch angewendet nachahmen DBS 14 vorgesehen. Allerdings sind diese Studien fehlen nicht nur Verhaltens Bestätigung der DBS-Effekt, sondern auch führen zu erheblichen Schwankungen in Abhängigkeit von den Stimulationsparameter angewendet 14.

Um mehr prägnant die Auswirkungen auf das Verhalten und die zugrunde liegenden Mechanismen der DBS in bewusste Nagetieren zu untersuchen, wird ein Stimulationsaufbau benötigt, die bestimmte Anforderungen erfüllt. DBS wird überwiegend als Langzeittherapie verwendet (beispielsweise Parkinson-Krankheit, chronischem Schmerz). Somit sollte die Stimulation Aufbau in Nagetieren entwickelt werden, damit die Einheit besteht aus einer Elektrode mit einem Stecker sowie eine Leitung von der Klemme mit einer externen Stimulator; und das Gerät sollte leicht, aber unzerbrechlich sein, wenn auf den Totenkopf fixiert. Darüber hinaus ist die Freizügigkeit der Ratten während stimula unverzichtbartion über einen längeren Zeitraum. Die Zielstrukturen von DBS sind klein; beispielsweise der STN bei Ratten hat eine Länge von 1,2 mm und einem Volumen von 0,8 mm 3,15. Daher müssen Elektroden ausgebildet sein, daß der Kern während des Einführens nicht läsionierten und Targeting Bedürfnissen genau zu sein. Da die meisten DBS an Nagetieren durchgeführt wurden, Wahrzeichen basierend stereo Einführen der Elektrode in die Zielstruktur verwendet werden, kann die Fehlerrate relativ hoch sein kann, auch wenn unter Verwendung der Koordinaten gemß Paxinos und Watson 16. Dies resultiert in einer größeren Anzahl von Tieren benötigt, um eine statistisch sinnvolles Ergebnis zu erreichen.

In der vorliegenden Studie eine Elektrodenimplantationstechnik eingeführt wird, dass die STN mit hoher Genauigkeit Ziele mit Hilfe eines Mikroaufzeichnung System beim Vorschieben der Elektrode. Darüber hinaus wird ein Stimulationssystem vorgestellt, das nicht nur ermöglicht ein hohes Maß an Mobilität für die stimulierte Tier sondern garantiert auch kontinuierliche stimulatiauf über eine sichere Fixierung der Stimulationsdraht auf den Kopf der Ratte (die durch eine Edelstahlfeder geschützt ist).

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Protocol

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Und durchgeführt gemäß den Empfehlungen für die Forschung in der experimentellen Schlaganfallstudien 17 und die aktuelle Tierforschung: Tierversuche wurden von der Universität Würzburg und der gesetzlichen staatlichen Behörden (54-2531.01-102 / 13 Unterfranken, Zulassungsnummer): zugelassene Meldung von In-vivo-Experimente Richtlinien (http://www.nc3rs.org.uk/arrive-guidelines).

1. Anästhesie

  1. Überprüfen des Narkosesystems, um ausreichende Mengen von Versorgungsgas (Sauerstoff) und Isofluran für die Dauer des Verfahrens zu gewährleisten. Verbinden Sie den Nasenkonus mit der Schneideleiste des stereotaktischen Gerät und setzen Sie den Schneidebalken auf -3,3 mm.
  2. Schalten Sie die Versorgungsgas (2 l / min). Legen Sie die Ratten in eine Kiste und Abdichtung der Oberseite. Schalten Sie die Isofluran-Verdampfer auf 3,5%.
  3. Wenn die Ratte Liegerad, schalten Sie das System so, dass das Narkosegas strömt in die Vorsatzhaube, die auf die Schneideleiste befestigt ist.
  4. Entfernen Sie die rat aus dem Feld Kammer und rasieren Sie den Bereich zwischen den Ohren und die Augen; mit einem Wattestäbchen mit Jodosept PVP getränkten Tupfer die rasierte Fläche, um alle losen Haare zu entfernen.
  5. Positionieren Sie die Ratte in der Vorsatzhaube (Abbildung 1) und setzen Sie die Narkose mit Isofluran 2,5% O 2 (1 l / min). Prüfen Sie das Niveau der Anästhesie durch Kneifen der Interdigitalbereich. Wenn die Ratte ausreichend betäubt werden die Abwehrreflexe abgeschafft (dh Rücknahme des Fußes).
  6. Überwachen der Atmung und Reaktion auf die Stimulation während des Verfahrens und stellen Sie den Verdampfer bei Bedarf.
  7. Bewerben vet Salbe auf die Augen bis zur Trockenheit während der Narkose zu verhindern. Überwachen und Aufrechterhalten der Körpertemperatur auf 37 ± 0,5 ° C durch eine Rückkopplung gesteuert Heizsystem.

2. Chirurgie

  1. Halten Sie das OP-Feld sterile während der gesamten Operation. Sobald die Operateurs Hände sind steril und das Operationsfeld ist steril, bewegen sich nur carefully und erinnere mich nicht, um die Sterilität zu brechen. Dies umfasst auch einen sterilen Bereich (dh sterile wasserdichte Vorhänge), auf dem kann man Instrumente abgesetzt.
  2. Spritzen Sie 0,2 ml Mepivacain subkutan in die Mitte des rasierten Bereich. Mepivacain ist ein Lokalanästhetikum, das eine Wirkungsdauer von bis zu 3 Stunden hat. Es ist ferner zu betäuben den OP-Bereich.
  3. Mit einem Skalpell, stellen ein Mittellinienschnitt ausgehend zwischen den Ohren und sich in Richtung 2 cm. Stellen Sie sicher, dass die Knochenhaut (glänzende Membran unter die Haut) ist ebenfalls eingeschnitten. Setzen Sie den Schädel mit vier Klammern (Abbildung 2).
  4. Mit einem Wattestäbchen, entfernen Sie vorsichtig die Knochenhaut, bis die koronalen und sagittalen Nähten ausgesetzt sind; danach, Zuverlässig das Blut mit Watte.
  5. Bestimmen Sie die Koordinaten des Bregma mit einer Nadel an einem Sondenhalter fixiert und dann markieren die Spitze der Nadel mit einem schwarzen Filzstift. Verwendung der anterior / posterior (AP), Mittellinie / lateral(ML) und dorsoventral (DV) Antriebsschrauben, positionieren Sie die Spitze der Nadel direkt über dem Bregma.
  6. Nehmen Sie die AP und ML Nonius Messwerte: subtrahieren Sie 3,6 mm von der AP Lesen und 2,5 mm von der ML Lektüre für Elektrodenimplantation in die rechte STN, oder fügen Sie 2,5 mm für die Elektrodenimplantation in die linke STN. Diese Position wird durch den Farbstoff der Filzstift nach dem Absenken der Spitze der Nadel in die Oberfläche des Schädels markiert.
  7. Klemmen Sie die Zahnbohrer auf die große Sondenhalter der stereotaktischen Instrument. Bewegen Sie den Dentalbohrer auf den berechneten Bereich - dh der markierten Stelle auf dem Schädel. Blick durch das Mikroskop, bohren Sie ein Loch (Durchmesser ca. 1 mm) durch den Schädel, bis die Dura sichtbar ist (der Schädel ist etwa 1 mm dick). Ziehen Sie die Dura mit Mikrodissektion Pinzette oder einer sterilen Nadel. Die Dura ist hart genug, um die Spitze der Elektrode zu zerstören.
  8. Bohren Sie ein Loch mit dem Dentalbohrer in jeder Stirnbeinschuppe, und in der interparietal squama gegenüber dem Elektrodenloch. Trennen Sie das Sondenhalter von der stereotaktischen Instrument. Auf einem Schädel Naht Bohren Sie keine wie venösen Gefäße befolgen Sie die Nähte unter dem Schädel.
  9. Schrauben Sie eine Knochenschraube in jede der fünf Löcher. Vermeiden Einfädeln der Schrauben zu tief. Für Edelstahl-Schrauben (M1.6), 2-3 Umdrehungen der Schraube wird die Schraube ausreichend zu halten, ohne Druck auf das Gehirn. Die Anzahl der Windungen auf der Steigung der Schraube ab. Klemmen Sie den Sondenhalter mit der Elektrode in den Mikromanipulator (Abbildung 3).
  10. Unter Verwendung der AP, ML und DV Antriebsschrauben, bewegen Sie den Sondenhalter mit der Elektrode, bis die Spitze ist fast berühren die Bregma. Beachten Sie die AP, ML und DV Nonius Messwerte am Bregma. Wenn die Messwerte vorgenommen werden, erhöhen die Elektrode eine wenige Millimeter, um die Elektrode von Schaben der Schädel während der Bewegung zu verhindern. Zur Bestimmung der Koordinaten der Position, wo die Elektrode in eingefügtzu dem Loch, fügen Sie 3,6 mm an den AP Lesen und addiert (oder subtrahiert) 2,5 mm an den ML Lesen.
  11. Unter Verwendung der AP und ML Antriebsschrauben, bewegen Sie die Elektrode an die berechnete Position. An diesem Punkt sollte die Elektrodenspitze direkt über dem gebohrten Elektrodenöffnung befinden. Dann, mit einem Blick durch das Mikroskop, senken Sie die Elektrode auf das Niveau der Dura (Abbildung 4). Diese Ebene dient als Nullniveau in der DV-Richtung. Danach schieben Sie die Spitze der Elektrode in das Gehirn, indem Sie durch das Mikroskop.
  12. Schließen Sie das Elektrodenstift an den Anschluss des Aufzeichnungssystems. Setzen Sie einen Faraday-Käfig (oder ersetzen Sie es mit Aluminiumfolie) über die Ratte in der stereotaktischen Gerät an (Abbildung 5). Erden Sie den stereotaktischen Instrument mit dem Gegengewicht des Raumes, die in gearbeitet wird.
  13. Starten Sie das Aufzeichnungssystem. Falls verfügbar, auch einen Lautsprecher zu verwenden, um ein akustisches Signal von Ableitungen / Salben einzelner Einheiten während advancin erhalteng die Elektrode.
  14. Langsam die Elektrode in das Gehirn Einsatz durch Aufzeichnung der elektrischen Aktivität während der Förderung der Elektrode. In einer Tiefe von zwischen 7,5 und 8,1 mm von der Dura, ist die spezifische elektrische Aktivität des STN normalerweise nachweisbar (Abbildung 6). Die typische Aktivität von Neuronen in der STN wird durch eine unregelmäßige Schlagmuster und eine hohe Feuerrate gekennzeichnet (mittlere Frequenz: 40,9 ± 12,9 Hz) 18.
  15. Während der Aufzeichnung zu verringern Narkose möglichst viel (zum Beispiel um 0,8-1,0%); Low-narkotisierten Tiere zeigen ein klareres elektrische Aktivität des Gehirns.
  16. Tupfer entfernt kein Blut oder Liquor, die an der Oberfläche des Schädels verschoben wurde beim Absenken der Elektrode.
  17. Mischen Sie eine kleine Menge von Zahnzement und wenden es um die Elektrode und um vier der fünf Schrauben mit einem kleinen Spatel (Abbildung 7). Die fünfte Schraube wird verwendet, um das Erdungskabel des Steckers zu fixieren.
  18. Trennen der Elektrodenanschlussstift von dem Elektrodenhalter und der Verbinder des Aufzeichnungssystems, wenn der Zahnzement fixiert.
  19. Lösen Sie die Schraube, die nicht von Zahnzement fixiert wurde. Stecken Sie den Stecker auf der Elektrodenstift. Befestigen Sie das Erdungskabel des Steckers mit dem fünften Schraube (Abbildung 8).
  20. Mix up Zahnzement und wenden es um den Stecker. Da die Zement verdickt, formen es um den Stecker, eine Kappe zu bilden. Vermeiden Sie scharfe Kanten der Zahnzement, die das Tier schädigen und beim Aushärten (9A und B) entfernen kann.
  21. Debride Wundränder und zu schließen durch eine Naht an der Vorderseite und hinter der Kappe. Desinfizieren Sie die Wundränder.
  22. Schließen Sie das Kopfstecker an den Draht, die auf einem Dreh befestigt ist. Entfernen Sie die Ratte von der stereotaktischen Instrument.
  23. Gelten Tramadol (12,5 mg / kg, intraperitoneal) am Ende des Eingriffs und dann einmal täglich für 2-3 Tage. Legen Sie die Ratte in einem sauberen Käfig mit Thermal Unterstützung, fixieren den Dreh auf dieser Käfig (Bild 10), und überprüfen Sie es sorgfältig auf 1 Std.
  24. Haben ein Tier nicht unbeaufsichtigt lassen, bis es ausreichend, das Bewusstsein wiedererlangt, um Brustlage zu halten. Sie ein Tier, das der Operation an die Firma von anderen Tieren unterzogen wurde, bis vollständig erholt nicht zurück.

3. Stimulation

  1. Bestimmen den Widerstand des Tieres vor der Stimulation mit einem Impedanzmesser.
  2. Verbinden Sie den Stecker des Dreh mit einem Draht und der Stecker am anderen Ende des Drahtes mit dem Stromausgang und dem Ausgang für das Massekabel des Stimulators. Verbinden Sie den Stimulator mit einem Computer, um den Stimulator programmieren.
  3. Wählen Sie die Parameter der Stimulation im Programm; zum Beispiel sind die bei der Parkinson-Krankheit verwendet Parameter Pulslänge: 60 & mgr; s; Frequenz: 130 Hz. Stimulieren die Ratte mit einer steigenden Stromamplitude, bis Dyskinesie werden erkannt. Reduzieren the elektrische Intensität um 10-20% unter der Intensität, die Dyskinesien hervorgerufen oder bis neurologische Symptome verschwinden und das Tier ist bequem. Einphasige Rechteckimpulse wurden in dieser Studie verwendet.
  4. Nach Abschluss des Experiments, das Tier einschläfern mit Isofluran: Stellen Sie die isofurane Flussrate oder Konzentration bis 5% oder mehr. Weiter Isofluran Exposition bis 1 min nach dem Atemstillstand.

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Representative Results

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Implantieren einer Elektrode in die STN einer Ratte unter Verwendung eines Aufzeichnungssystems - wie hier dargestellt - ist ein wirksames und genaues Verfahren für DBS, die etwa 1 Stunde pro Tier erfolgt. Dieses Modell ist ein ziemlich kleiner Eingriff: von 10 Ratten, die Operation unterzogen, überlebt die ganze Intervention. Vierundzwanzig Stunden nach dem Eingriff wurde der Zustand jeder Ratte überwacht und kein Tier erreicht mehr als 1 um 3 Punkte nach dem Schweregrad. Während der Zeit der kontinuierliche Stimulation (14 Tage, 24 Stunden am Tag), kein Draht freistehend, gebrochen oder durchgebissen. Keiner der 10 Ratten verlor die Kappe von Zahnzement noch haben sie bekommen von der Ausrüstung während der Phase der Stimulation zu verletzen. Die Impedanz in diesen 10 Tieren vor der Stimulation gemessen wurde, betrug 353 ± 101 kOhm. Ratten wurden mit einer Frequenz von 130 Hz und einer Impulsbreite von 60 usec stimuliert. Die mittlere Reizintensität betrug 60 & mgr; A, die bei 20% unter dem Intensitätsschwelle von orofazialen oder cont gesetzt wurderalateral Vorderpfote Dyskinesie, wodurch Probleme bei der Nahrungsaufnahme oder die Fortbewegung in der Zeit der Stimulation zu verhindern.

Vierzehn Tage nach der Intervention und kontinuierliche Stimulation wurden alle 10 Ratten durch Enthauptung getötet, nachdem tiefer Narkose und die Gehirne wurden rasch geerntet. In einer Rattenhirn-Matrix wurde eine 2 mm dicke Gehirnblock umfasst die STN geschnitten und sofort bei -80 ° C eingefroren. Diese Gehirn Blöcke wurden in Kranzschnitte (8 & mgr; m dick) geschnitten. Jeder Abschnitt wurde mit Hämatoxylin und Eosin gefärbt, um die Position, wo die Spitze der Elektrode wurde entfernt visualisieren sowie zu erkennen singt einer Entzündung oder Narbengewebe durch die Elektrode. Die Erfolgsrate bei der Lokalisierung der Elektrode in der STN betrug 8 von 10 Tieren. In diesen 8 Ratten wurde die Spitze des implantierten Elektrode im STN liegt, wie histologisch gezeigt. Figur 11 stellt die Elektrode im STN. Eine kleine Läsion nach Dauer st entwickeltimulation wurde bei allen Ratten gefunden. Diese Läsion wurde durch eine kleine Anzahl von entzündlichen Zellen (11) umgeben ist.

Abbildung 1
Abbildung 1. Fixierung des Kopfes in der stereotaktischen Instrument. Die Ratte wird durch die Ohr Bars der stereotaktischen Rahmen fixiert sowie durch den Gasnarkosemaske. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2. Aussetzen der Schädel. Nach einem Mittellinienschnitt, die Haut und Knochenhaut an den Wundrändern gerollt und hielten sich von der OP-Bereich mit vier Klammern. Bitte klicken Sie hier, um zu sehen eine große r Version dieser Figur.

Figur 3
Abbildung 3. Die Fixierung der Elektrode in einem Sondenhalter. Mit einer Pinzette, wobei der Stift der Elektrode ist in dem Stecker eingesteckt und mit einem Sondenhalter befestigt. Der Stecker ist mit dem Aufzeichnungsgerät über einen Draht verbunden sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 4
Figur 4. Insertion der Elektrode in das Gehirn. Nach der Bestimmung der genauen AP und ML-Koordinaten des Nucleus subthalamicus, wird zu der Höhe des punktierte Dura und die dorsoventralen Nonius abgelesen wird die Spitze der Elektrode.bekommen = "_ blank"> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 5
Abbildung 5. Schutz von elektrischen Störungen. Ein Faraday-Käfig (oder alternativ, Aluminiumfolie) über der Ratte in der stereotaktischen Instrument und das Instrument als auch das Tier gesetzt, ist geerdet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version zu sehen diese Zahl.

Figur 6
. Abbildung 6. Aufzeichnung der Hirnaktivität Der Nucleus subthalamicus (STN) zeigt eine unregelmäßige Schlagmuster und eine hohe Feuerrate (mittlere Frequenz: 40,9 ± 12,9 Hz) 18. Vor Eintritt in die STN, die Elektrode passiert einen relativ leise Region, die im Einklang mit der zona incerta ist; die vertikale size dieser Gegend Maßnahmen etwa 0,5-1 mm. Danach wird die Anzahl der Spitzen erhöht, was darauf hinweist, dass das Einsetzen in den STN abgeschlossen ist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 7
Figur 7. Die Fixierung der Elektrode. Wenn der Nucleus subthalamicus mittels Aufzeichnung identifiziert, die Elektrode durch Aufbringen Dentalzement um den Elektrodenschaft und Schrauben fixiert. Dies ermöglicht Ausstecken des Steckers aus der Elektrodenstift, ohne Verschieben der Position der Elektrode. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 8
Abbildung 8. Attaching den Stecker in die Elektrodenstift. Der Stecker für den Anschluss des Stimulators an den Elektrodenstift befestigt. Das Erdungskabel, die auf den Stecker verlötet ist, ist mit einer Schraube auf dem Schädel befestigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 9
Abbildung 9. Die Fixierung des Steckers. (A) Frontal und (B) Seitenansichten. Zahnzement ist um den Stecker aufgebracht und eine Kappe gebildet wird; scharfe Kanten sind zu vermeiden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 10
Abbildung 10. Anschluss der Ratte auf den stimulator. Ein Schwenk wurde in den Kreislauf verbunden sind, um den Draht verheddert zu verhindern. Eine Edelstahlfeder schützt den Draht, wenn die Ratte beginnt, um den Draht zu beißen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

11
Abbildung 11. Hirnschnitt durch den Nucleus subthalamicus (STN) (Hämatoxylin & Eosin-Färbung). (A) Übersicht, Vergrößerung 2,5. Eine durchgezogene Linie umgibt den STN. Eine kleine Läsion sichtbar ist, wo die Elektrodenspitze wurde während eines Zeitraum von 14 Tagen der Stimulation entfernt. Bemerkenswert ist, daß es kein Eindringen Kanal des Elektroden sichtbar (Schaftdurchmesser: 125 um), was anzeigt, dass die Elektrode die Erhaltung der Gewebe. (B) Bild Detail aus dem Bild ein (box), Vergrößerung 100. Eine kleine Anzahl vonEntzündungszellen war um die Läsion nachweisbar aufgrund der Reaktion des Hirngewebes zur Elektrodenspitze. Pfeil:., Die ein Beispiel einer entzündlichen Zell Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Discussion

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Diese Studie stellt eine Schritt-für-Schritt-Satz von Anweisungen zum Implantieren einer monopolaren chronischen Elektrode in den STN von Ratten. Obwohl Wolframelektroden niederohmig werden häufig für DBS 18,19, einer monopolaren Elektrode aus Platin / Iridium (Pt / Ir) verwendet wird, das eine Impedanz von ungefähr 1 M & OHgr gemacht hatte eingesetzt. Pt / Ir-Elektroden sind auch bei Patienten mit Parkinson-Krankheit aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften verwendet: sie zeigen minimale Erosion 20 und nicht relevant Gewebsschädigung 21 zu erzeugen, wenn keine hohen Ladungsdichten verwendet. Da das Ziel dieser Studie war es, eine langfristige Stimulation Set-up und, um einen translationalen Ansatz zu erreichen, wurden Elektroden mit den oben genannten Angaben in dem vorliegenden Experiment angelegt. Histologische Untersuchung von Hirnschnitten, die die Lokalisierung der Elektrodenspitze bestätigt das abgeschwächte Fremdkörperreaktion aus Pt / Ir 22 in diesem Experiment.

ent "> In der vorliegenden Studie wurden die Elektroden aus Pt / Ir mit einer Impedanz von 1 MOhm mit niedrigeren oder sogar höhere Impedanz verwendet. Die Elektroden, sind nur geeignet für entweder die Aufnahme Gehirntätigkeit oder zur Stimulierung der Hirnstrukturen, aber nicht beide. In Dagegen wird eine Elektrodenimpedanz von 1 MOhm, wie in unserer Studie verwendet wird, ist gleichermaßen geeignet für die Aufzeichnung der Aktivität von tiefen Gehirnbereichen und stimulierende zerebralen Strukturen wie der STN. Der Hauptvorteil der Aufnahme ist die Identifikation des STN Lage in eine . kurzer Zeit Recording ermöglicht die zuverlässige Lokalisierung der STN, wie unsere Ergebnisse haben gezeigt:. histologische Kontrolle ergab eine hohe Erfolgsquote von Targeting die STN (8 von 10 Tieren) Die Elektrodenspitze wurde in die oberen Zellschichten des dorsalen implantiert -Seitliche Abschnitt des STN (DV: 7,7 mm), das bekanntermaßen Krafteingänge hauptsächlich aus dem motorischen Kortex 23 zu empfangen.

Mit Hilfe eines Bordnetz-System für DBS kann durch potenzielle compli begrenzt werdenKationen wie Brechen von Drähten oder einem niedrigen Grad der Bewegungsfreiheit der Tiere. Doch in unserer Set-up, wurden die Drähte verbunden schwenkt, die die Tiere frei bewegen dürfen. Wireless in vivo Stimulierung Systeme (oft an der Spitze befestigt ist oder in den Rumpf des Tieres implantiert) werden ebenfalls durch die Anforderung für Batterien begrenzt. Die Batterien müssen klein sein, ist die Spannung daher gering. Beim Einsatz von 1 M & OHgr Elektroden wird eine hohe Spannung benötigt, um die gewünschte Reizintensität zu erreichen und wiederum führt zu größeren Batterien oder häufiges Auswechseln von Batterien. Ein Vorteil des Stimulus System in unserer Studie verwendet wird, ist jedoch die große Spannungs Einhaltung Bereich der Stimulator und der Option der konstanten Stromstimulation. In diesem Modus wird der Stimulator stellt die Spannung auf Änderungen der Gewebeimpedanz, um an der Elektrode ein Konstantstrom-Ausgang bereitzustellen. Eine Impedanzänderung über die langfristige Verlauf der DBS mit der Bildung, wie erwartetTabelle Gewebe-Elektroden-Schnittstelle, beispielsweise Gliazellen Einkapselung der Elektrodenspitze 22.

Zusammenfassend ist das vorgestellte Verfahren der Elektrodenimplantation technisch einfach durchführbar, zuverlässig und robust, was eine genaue und sichere Stimulation des STN in Ratten, ohne die Bewegungsfreiheit oder sogar eine Verletzung des Tieres während des Langzeitverlaufs. Mit kleinen Modifikationen (zB unter Verwendung eines Steckers mit zusätzlichen elektrischen Ausgänge), ist auch dieses Protokoll durch Implantieren von Mikroelektroden in beiden STN oder andere Hirnstrukturen, Langzeitaufzeichnungen oder beides, die Stimulation der tiefen Hirnstrukturen und Aufzeichnung Aktivität eines anderen Gehirnregion anwendbar .

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pt/Ir electrode FHC Inc. UE Custom-made: Specification: UEPSEGSECN1M
Plugs GT Labortechnik (Arnstein/Germany) Custom-made
Pin header DISTRELEC 143-95-324 single-row, 90° 1x3 datamate, Type M80-8420342
Socket DISTRELEC 143-95-621 single-row,straight 2 mm pole no.1 x 3 datamate, Type M80-8400342
Stainless steel spring Plastics ONE SS0102 Part-#: .120 X .156 Spring ID (mm): 3.0  Spring OD (mm): 4.0
Dental cement/Paladur Heraeus Kulzer 64707938 Liquid, 500 ml
Dental cement/Paladur Heraeus Kulzer 64707954 Powder, rose, 500 g
Head screw Hummer & Reiss V2ADIN84 M1.6x3
Jodosept PVP Vetoquinol 435678/E04
Mepivacain 1% AstraZeneca PZN03338515
Epinephrine Sanofi-Aventis PZN00176118
Tramadolhydrochloride Rotexmedica 38449.00.00

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Mikroelektroden-geführte Implantation von Elektroden in den Nucleus subthalamicus des Rats für die Langzeit-Tiefe Hirnstimulation
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Fluri, F., Bieber, M., Volkmann, J., Kleinschnitz, C. Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation. J. Vis. Exp. (104), e53066, doi:10.3791/53066 (2015).More

Fluri, F., Bieber, M., Volkmann, J., Kleinschnitz, C. Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation. J. Vis. Exp. (104), e53066, doi:10.3791/53066 (2015).

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