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JoVE Journal Bioengineering
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Bioengineering

Ein Ultraschall Werkzeug für die Nervenleitung blockieren in diabetischen Ratten Modelle

Published: October 20, 2017 doi: 10.3791/55675
Automatic Translation
1, 2, 1, 1
1Institute of Biomedical Engineering and Nanomedicine, National Health Research Institutes, 2Department of Neurology, National Cheng Kung University Hospital

Summary

Dieses Werk stellt die Methodik der Anwendung hoher Intensität fokussierten Ultraschall um die Aktionspotentiale der diabetischen neuropathischen Nerven zu blockieren.

Abstract

Wärmeleitung Nervenblockade mit einer hohen Intensität fokussierten Ultraschall (HIFU) wurde vor kurzem im normalen und diabetischen Tiermodell durchgeführt. HIFU kann reversibel die Leitung der peripheren Nerven blockieren, ohne Beschädigung der Nerven während der Verwendung eines entsprechenden Ultraschall-Parameters. Temporäre und teilweise Block von Aktionspotentialen der Nerven zeigt, dass die HIFU hat das Potenzial, eine nützliche klinische Behandlung zur Schmerzlinderung. Diese Arbeit zeigt die Verfahren für die Unterdrückung der Aktionspotentiale der neuropathischen Nerven in diabetischen Ratten in Vivo eine HIFU-Wandler verwenden. Der erste Schritt ist es, Erwachsene männlichen diabetische neuropathische Ratten durch die Streptozocin (STZ) Injektion zu generieren. Der zweite Schritt ist, die diabetische Neuropathie bei diabetischen Ratten STZ-induzierte durch eine elektronische von Frey-Sonde und einer heißen Platte zu bewerten. Der letzte Schritt ist es, Rekord in Vivo extrazellulären Aktionspotentialen des Nervus HIFU Beschallung ausgesetzt. Die hier gezeigten Methode kann das Studium der analgetische Ultraschallanwendungen profitieren.

Introduction

Orale Medikamente, Akupunktur1und elektrische Nerven Stimulation2 für die Behandlung der schmerzhaften diabetischen Polyneuropathie verwendet worden. Allerdings behindern die Nebenwirkungen der oralen Medikamenten, invasive Betrieb von Akupunktur und elektrische Nervenstimulation die therapeutische Wirksamkeit und Einhaltung des Patienten. Ultraschall-Block der peripheren Nerven in Tiermodellen untersucht worden ist, für Jahrzehnte3,4,5. Die Durchführung von in-vitro- Ischias Nerven von der großen grünen Frosch war reversibel gehemmt, nach der Behandlung von 10-20 Impulse von Ultraschall Belichtung für 0,4 - 1,0 s6. Ein Faktor, Nervenleitung zu blockieren ist die Temperaturerhöhung induziert durch Ultraschall-7. Für Patienten mit Polyneuropathie erklang die Unterdrückung der zusammengesetzten Muskel Aktionspotentiale (CMAPs) in der peroneus geringer Intensität Ultraschall für 2 min8ausgesetzt. Die vollständige Genesung war innerhalb von 5 Minuten.

Vor kurzem der Food and Drug Administration der USA HIFU als eine nicht-invasive Behandlung für uterine faserartige Tumoren9, Palliations Schmerzen der Knochen Metastasen10und Prostatakrebs11genehmigt. Eine HIFU-Wandler stößt akustische Balken außerhalb des Körpers und der Balken in verschiedenen Gewebe Medien übertragen und konvergieren auf den Ziel-Tumor im Mittelpunkt. Der Fokuszone ist sofort gebildet, um lokalisierte Auswirkungen auf Ziel Tumoren zu erzeugen, ohne das umliegende Gewebe zu beschädigen. HIFU wurde auch angewendet, um Nervenleitgeschwindigkeit hemmen oder Nerv Denervation in in Vivo Experimente von normalen Sprague-Dawley (SD) Ratten12verursachen. Darüber hinaus wurden die kurz- und langfristigen Auswirkungen der HIFU auf neuropathischen Nerven untersuchten13. Bisherige Ergebnisse gezeigt, dass die reversible oder dauerhafte Block von sensorischen Nervenleitgeschwindigkeit durch HIFU mit geeigneten Parametern erreicht werden könnte. Neben schmerzstillende Anwendungen könnte HIFU als Werkzeug verwendet werden, um den relativen Beitrag des peripheren und zentralen Komponenten Nerv Wärmeleitung Blockade für Grundlagenforschung der Neurologie und Entwicklung von Schmerzmitteln zu untersuchen. Daher ist eine HIFU blockierende Technologie-Plattform speziell für periphere Nerven in Tiermodellen erforderlich. Der Zweck dieses Artikels ist, die Verfahren für die ganz oder teilweise Sperrung der Aktionspotentiale der peripheren Nerven bei diabetischen neuropathischen Ratten durch HIFU demonstrieren. Diabetischen Ratten Modelle und Beurteilung der peripheren neuropathischen Symptome wurden eingerichtet. Eine HIFU-Plattform und experimentelle Prozesse spezifisch für die Behandlung von Ratte Ischias Nerven werden vorgestellt.

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Protocol

der institutionellen Animal Care und Use Committee des National Health Research Institutes in Taiwan genehmigt alle tierischen Protokolle.

1. Induktion von diabetischen Modell in männlichen Erwachsenen Sprague - Dawley (SD) Ratten

  1. Ratte essen Pellets aus dem Käfig entfernen, um schnell männlichen SD-Ratten (300-350 g) für 6 h vor der STZ Induktion.
  2. Vorbereiten Natriumcitrat Puffer (0,1 M, pH 4,5).
    1. Auflösen 1,05 g Zitronensäure Monohydrat (C 6 H 8 O 7 · H 2 O; Mol WT 210.14) in 50 mL destilliertem Wasser um eine 0.1 M Zitronensäure-Lösung machen.
    2. Auflösen 1,47 g Trinatrium Citrat Dihydrat (C 8 H 5 O 7 Na 3 · 2 H 2 O; Mol WT 294.12) in 50 mL destilliertem Wasser um eine 0,1 M Natriumcitrat Lösung machen.
    3. Fügen Sie 25 mL Zitronensäurelösung 25 mL Natriumcitrat Lösung. Überwachen den Natrium-Citrat Puffer pH-Wert (pH 4,5) mit dem pH-Meter.
      Hinweis: Der Puffer erfolgt isotonische durch Zugabe einer entsprechenden Menge von Natriumcitrat Lösung 0,1 M.
  3. Auflösen STZ in 0,1 M Natriumcitrat Puffer um 50 mg/mL STZ Lösung erzielen.
    Hinweis: Die STZ-Lösung ist lichtempfindlich, daher die STZ-Lösung mit Alu-Folie abdecken und innerhalb von 15-20 min.
  4. Ziehen die 50 mg/kg STZ-Lösung in eine 1 mL Insulin oder Tuberkulin-Spritze mit 26 - 28-Gauge Nadel reinigen der Injektionsstelle mit einem Ethanol-Pad und intraperitoneale injizieren die STZ-Lösung in der unteren rechten Quadranten des Abdomens zur Vermeidung von Schäden Bauchorgane.
  5. Liefern Ratten mit 10 % Saccharose-Wasser als die einzige Wasserquelle für 48 h nach der Injektion der STZ Hypoglykämie zu verhindern.

2. Bestätigung der Diabetes bei STZ-induzierte Ratten

  1. Monitor Fasten Plasma Glukosekonzentration aller Ratten injiziert durch STZ post 72 h mit einem Blutzuckermessgerät.
    1. Schnell die STZ-induzierte diabetischen Ratten für 15 h vor der Messung das Fasten Blut Glukoseniveau.
    2. Die Ratten in einem Beutel Zurückhaltung zügeln und setzen die Schwänzen zur Blutentnahme während der Blut-Glukose-Messungen.
    3. Verwenden eine Blutlanzetten, stechen die Schwanzspitze, einen kleinen Tropfen Blut zu erhalten. Legen Sie den Blutstropfen auf einen Blutzucker-Teststreifen. Aufzeichnen der Fastende Plasma Glukoseniveaus.
      Hinweis: Das Blutzuckermessgerät erkennt und zeigt den Blutzuckerspiegel in Einheiten von mg/dL. Die Ratten mit Fasten Blutzuckerspiegel unter 150 mg/dL nach 2 Wochen der STZ-Induktion auszuschließen.

3. Bewertung der diabetischen Neuropathie bei diabetischen Ratten

  1. Beurteilung der mechanischen Allodynie mit elektronischen von Frey.
    1. Gewöhnen die STZ-induzierte diabetische Ratten in einem Käfig auf einem 1 cm Durchmesser Metallgewebe Boden für 30 min vor der Bewertung der Hind Pfote Rückzug Antwort.
    2. Verwenden eine elektronische von Frey-Sonde mit starrer Spitze (0,8 mm Durchmesser) für manuell Druck auf die plantar Oberfläche der Hinterpfote der Ratten, und allmählich den Druck erhöhen, bis eine Pfote Rückzug Reaktion gesehen wird.
    3. Den Druck, der auf dem System und wiederholen Sie die Messung 5 Mal pro Ratte mit einer 30 s-Intervall zwischen den einzelnen Messungen aufzeichnen.
  2. Die Hitze-Hyperalgesie mit einer Heizplatte zu beurteilen.
    1. Gewöhnen die STZ-induzierte diabetischen Ratten auf der Heizplatte (24 ± 0,5 ° C) für 10 min vor der Bewertung der Schmerzen Antwort.
    2. Entfernen und setzen Sie die Ratten wieder in ihren Käfigen nach Gewöhnung, die Kochplatte erhitzen und pflegen die Heizplatte ' s Temperatur bei 55 ± 0,5 ° C.
    3. Legen Sie die Ratte auf der beheizten Herdplatte während gleichzeitig Timer starten.
    4. Wenn die Ratte unterschiedliche Verhaltensweisen zeigt, wie lecken der hinteren Pfote oder ungewöhnlich flimmernden Hirschkuh Pfote, stoppen Sie die Zeitmessung und Rückzug Latenz aufnehmen.
      Hinweis: Wenn eine Ratte nicht unterschiedliche Verhaltensweisen nach 20 ausdrückt s (20 s-Cut-off-Zeit), den heißen Platte Test beenden und entfernen Sie die Ratte aus der heißen Platte.

4. In Vivo Nerve Conduction Blockade mit der HIFU-Wandler

Hinweis: die in-Vivo-Experiment startet am 5. Woche nach 50 mg/kg STZ Injektion.

  1. Perform Tier Verfahren vor der Blockade von CMAPs mit HIFU-Beschallung.
    1. Die chirurgischen Werkzeuge (Skalpell, Schere, Pinzette und Glas Haken) im Autoklav vor der Operation sterilisieren.
    2. Betäuben die Ratten mit intraperitonealer Injektion von Tiletamin/Zolazepam Gemisch (40 mg/kg) und Xylazin (10 mg/kg) oder über Inhalation von 1,75 % Isofluran über Isofluran Vaporizer. Legen Sie die Ratten auf ein Heizkissen auf die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten.
    3. Positionieren Sie die Ratten für Chirurgie im ventralen liegen. Anwendung der Augensalbe. Erweitern Sie das Bein der Ratte und Kneifen der plantaren Oberfläche des Fußes mit den Fingernägeln zu prüfen, die Tiefe der Narkose. Wenn die Ratten Rückzug Antworten zeigen, gelten zusätzliche Anästhesie.
    4. Entfernen Haare aus dem Oberschenkel und hinten die Ratten mit einer elektrischen Haarschneidemaschine zu senken. Wenden Sie flüssiges Jod mit sauberen Gaze an der Operationsstelle und kreisförmig bewegen Sie die Gaze, die außen an der Operationsstelle. Verwenden Sie eine Alkohol-Pad auf um der flüssigen Jod mit der gleichen Kreisbewegung zu wischen. Dieses Experiment ist auf der Website Links und rechts OP durchgeführt. Wiederholen Sie den Vorgang auf der anderen Operationsstelle beim Durchführen des nächste Schrittdes des Verfahrens.
    5. Verwenden eine sterile chirurgische Schere oder Skalpell einen Einschnitt der Haut am dorsalen Oberschenkel zu machen. Verwenden Sie stumpfe chirurgische Schere sorgfältig trennen das Gewebe unter der Haut und schützen die Haut mit Haut Haken. Femur innerhalb der Muskeln sichtbar werden.
    6. Verwenden Sie die Schere, um die Muskeln, die parallel zum Femur sorgfältig zu trennen, bis die Mitte des Oberschenkels Ischias-Nervenfasern, die in den Muskeln eingebettet sind sichtbar sind. Sorgfältig einen Glas Haken verwenden, um die Mitte des Oberschenkels Ischiasnerv aus dem umliegenden Bindegewebe und Muskulatur trennen.
  2. Positionieren Sie den Ischiasnerv in der fokalen HIFU-Zone mit einer maßgeschneiderten Nerv Fixateur ( Abbildung 1 und Abbildung 3).
    Hinweis: Die maßgeschneiderte Nerv Fixateur besteht aus 3 Komponenten ( Abbildung 3). Alle Komponenten bestehen aus durchsichtigen Polymethylmethacrylat (PMMA). Das Außengewinde der oberen Struktur der Komponente I ist 2,5 mm groß und M10XP0.7 ( Abb. 4A). Der zentrale Brunnen ist ein Durchmesser von 4,0 mm Loch durch Komponente ich. Die untere Öffnung des Brunnens wird durch ein Blatt von Klebeband abgedichtet. Der Durchmesser des Schlitzes ist 1,2 mm und der Abstand zwischen der Zentralebene des Schlitzes und die obere Fläche der Komponente I ist 3,1 mm. Komponente II besteht aus einem Grundkörper, vier Beine und die Bodenstruktur ( Abbildung 4 b). Das Innengewinde der Bodenstruktur ist 2,5 mm groß und M10XP0.7 auf das Außengewinde der Komponente passen ich. Der Durchmesser der zentralen Bohrung ist identisch mit dem zentralen Brunnen Komponente ich. Die Abmessungen des Hauptteils sind 32 mm Durchmesser und 5.4 mm Dicke. Vier Beine sind symmetrisch bereitgestellt. Zwei identische kurze Beine sind für Ausrichtung und zwei gleich lange Beine arbeiten zum Einhängen auf Komponente III. Der Außendurchmesser und die Höhe der Komponente III sind 41 bis 9,2 mm. Das Innengewinde ist M36XP1.0 und die Durchgangsbohrung ist 27,5 mm Durchmesser (< starke Klasse = "Xfig"> Abbildung 4). Der Kegel ist eine hohle Kegel mit der oberen Öffnung von 84 mm Durchmesser und die untere Öffnung von 27,5 mm Durchmesser. Die Höhe beträgt 57,5 mm ( Abb. 5A).
    1. Vor dem Experiment, maßgefertigte Acryl Nerv Fixateur in Bleichmittel-Lösung für 30-60 min, gefolgt von einweichen in sterilem Wasser einweichen.
    2. Mit einem Glas Haken heben Sie vorsichtig den Nerv und steckte sie in den Schlitz der Komponente I.
    3. Schraubenkomponente II an Komponente I. füllen die zentrale Komponente gut ich mit Ringer ' s Lösung für Ultraschall Ausbreitung und Nerven Erhalt.
    4. Schraube Komponente III, der HIFU-Gehäuse-Kegel. Dock-Komponente III mit Bauteil II durch die vier Beine des Bauteil II.
      Hinweis: Der geometrischen Mitte der drei Komponenten und der Wandler ausgerichtet sind. Der Abstand zwischen den Nerv und der Wandler ist die Brennweite, sorgt der Nerv im Inneren der HIFU Fokuszone.
  3. Fügen Sie ein paar von Akupunkturnadeln in die Entstehung der Ischiasnerv und das andere Paar in den Gastrocnemius Muskel. Schließen Sie jedes Paar von Nadeln an das Erfassungssystem Elektrophysiologie durch einen elektrischen Koaxialkabel ( Abbildung 1).
    Hinweis: An einem Ende des Kabels sind zwei Krokodilklemmen, zwei Nadeln separat und am anderen Ende des Kabels clip ist ein BNC-Stecker, das System zu verknüpfen. Die Paare von Akupunkturnadeln Arbeit als anregende Elektroden an den Ischiasnerv und die Aufnahme Elektroden an den Gastrocnemius Muskel.
    1. Die Sampling-Rate und die Bandbreite der Elektrophysiologie-Erfassungssystem auf 50 kHz und 70 Hz - 3 kHz, "bzw." festgelegt. Anwenden einer supra-maximale Impulse mit einer Pulsbreite von 0,1 ms zu den stimulierenden Elektroden am Ursprung des Nervus ischiadicus.
    2. Die CMAPs von den Aufnahme-Elektroden aufnehmen und verstärken die CMAPs mit eingebautem Verstärker in der Elektrophysiologie Erfassungssystem.
      Hinweis: Verwenden den eingebauten Verstärker in der Elektrophysiologie-Erfassungssystem CMAPs von den Aufnahme-Elektroden mit Elektrophysiologie-Erfassungssystem zu verstärken die Nervensignale.
  4. Einen kommerziellen 2,68 MHz-HIFU-Wandler verwenden, um die CMAPs bei diabetischen neuropathischen Ratten unterdrücken.
    Hinweis: Die Spezifikationen des Wandlers werden wie folgt beschrieben: ein Single-Element kugelförmigen Schale mit Öffnungsdurchmesser von 6 cm und 5 cm Brennweite und ein Ellipsoid Fokuszone von 4 mm in der Tiefe und 0,8 mm in der Breite in das freie Feld.
    1. Untertauchen der sphärischen Kegel, der HIFU-Wandler und den Kegel in den Tank zu decken mit entgastem Wasser gefüllt. Die HIFU-Wandler in den kugelförmigen Konus und befestigen Sie die Kegel-Abdeckung, um die obere Öffnung des Kegels sphärische durch 6 Schrauben ( Abbildung 5 b). Nach Luftblasen in den kugelförmigen Kegel natürlich aufgrund der niedrigen Dichte Blasen im Vergleich mit Wasser vertrieben werden, verschließen Sie die Front-End-Öffnung des Kegels mit einem transparenten 0,03 mm dicken Band. Schraubenkomponente III auf den kugelförmigen Kegel.
    2. Herausnehmen der HIFU-Wandler mit den sphärischen Kegel und Komponente III aus dem entgastem Wassertank.
      Hinweis: In der Studie verwendeten Umkehr-Osmose-Wasser ist das Wasser durch den Prozess der Umkehrosmose gereinigt. Die Umkehr-Osmose-Wasser wird gekocht, um das Gas zu vertreiben. Nach dem Abkühlen entgastem Wasser erhält man in einem einzelnen geschlossenen Tank.
  5. Komponente legte ich in den Raum zwischen den Nerv und Muskel sorgfältig, und positionieren Sie die Nerven in den Spalt der Komponente I. durchführen Schritte 4.2.3 und 4.2.4 um sicherzustellen, dass der Nerv im Inneren der Fokuszone die HIFU ist ( Abbildung 3A < / starke >).
  6. Link einen Funktionsgenerator und ein Radiofrequenz-Endstufe. Verbinden Sie die Endstufe mit der HIFU-Wandler für die Generation der HIFU-Strahl. Manuell einstellen der Ausgangsspannung der Funktionsgenerator, der HIFU-Wandler über die Endstufe. Manuell schalten Sie der Funktionsgenerator, sobald die HIFU-Belichtung Zeit abgelaufen ist. Zeit mit Hilfe eines Timers beobachten.
    Hinweis: Die Intensität und die Energie der HIFU-Strahl in dieser Studie verwendeten sind 2.810 W/cm 2 84 J/mm 2, bzw..
  7. Liefern gleichzeitig den Reiz über die Elektrophysiologie-Erfassungssystem (Schritt 4.3) und HIFU Strahl über HIFU-System (Schritt 4.6) an den Ischiasnerv während der Aufnahme die CMAPs. Schrittweise Erhöhung die HIFU-Exposition auf den Ischiasnerv von 3 s, 5 s bis 8 s bis Abnahme oder Hemmung der Amplitude des CMAPs beobachtet wird.
    1. Rekord CMAPs einmal pro Sekunde während der Entbindung von der HIFU-Strahl. Nach der Feststellung der Änderung der Amplitude der CMAPs, die HIFU-Anlage abschalten und manuell klicken Sie auf das Aufnahmesymbol auf die Elektrophysiologie Datenerfassungs-Software zum Datensatz CMAPs alle 2 min in den frühen 10 min alle 5 min in den aufeinander folgenden 30 min und alle 10 min in der letzten phase bis die Aufnahmedauer 2 h. erreicht
  8. Separate Komponente II und III des Nervs Fixateur ( Abbildung 3), die HIFU-Wandler von der Einschnitt-Website zu entfernen. Separate Komponente II und ich den gesicherten Ischiasnerv freizugeben. Naht der Operationsstelle diabetischen Ratten durch 4-0 Chromsäure Catgut Nähte nach der Aufnahme die CMAPs. Gelten Sie flüssiges Jod an der Operationsstelle um Infektionen zu vermeiden.
    1. Die Käfige auf das Heizkissen und die Ratten in ihren Käfigen zu erholen, vor der Rückgabe an die Tierstation. Die Ratten mit Ibuprofen im Trinkwasser für 3 Tage oder intraperitoneale Injektion von Buprenorphin (0,05 - 0,1 mg/kg) zur Verfügung zu stellen.
  9. Fügen Sie anregende und Aufnahme Elektroden in das Herkunftsland der Ischiasnerv und die Gastrocnemius Muskeln der narkotisierten diabetischen neuropathischen Ratten, wie in den Schritten 4.1.2 und 4.3 auf 7, 14 und 28 Tagen nach der ersten HIFU-Ultraschall beschrieben. Wiederholen Sie die Schritte 4.3.1, 4.3.2.
    1. Die Käfige auf das Heizkissen und ermöglichen die Ratten in ihren Käfigen zu erholen, bevor die Käfige mit der Tierstation.
  10. Einschläfern die Ratten nach dem Experiment. Legen Sie die Ratte in eine Kohlendioxid-Kammer. Warten Sie ca. 5 min. für die Ratten zu atmen aufhören. Stellen Sie sicher, dass das Herz aufgehört hat zu schlagen.

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Representative Results

Die in-Vivo -Studie zeigte, dass mit einer HIFU-Dosis von 3 s-Beschallung mit einer Intensität von 2.810 W/cm2, die CMAPs wurden um 20 % der Grundlinie unterdrückt, aber sie waren nach 30 min (Abbildung 2A, Diamanten) vollständig erholt und waren fast Konstante in der Frist von 28 Tagen (Abb. 2 b, Diamanten). Für die 5 s-HIFU-Belichtung mit der gleichen Intensität die CMAPs sank auf 65,4 % (9,5 %) der Basislinie bei 4 min und erholte sich 73,7 % (12,6 %) der Baseline von 120 min (Abb. 2A, Quadrate). Die CMAPs zurück nicht zum Ausgangswert bis Tag 14 (Abb. 2 b, Quadrate). Bei HIFU Beschallungsdauer stieg auf 8 s unter der gleichen Intensität, die CMAPs auf 26,0 % (14,1 %) der Basislinie bei 4 min (Abbildung 2A, Dreiecke), aber erhöht auf 38,0 % (12,0 %) der Basislinie bei 120 min reduziert wurden und schrittweise erhöht auf 74 % der Basislinie bei Tag 28 (Abb. 2 b, Dreiecke). Lee, Y.F.,13 weitere Details zu sehen.

Figure 1
Abbildung 1 : Der Versuchsaufbau für In Vivo Leitung Nervenblockade mit hoher Intensität fokussiert Ultraschall (HIFU). (A) ein maßgeschneiderter Acryl sphärischer Kegel, der mit Umkehrosmosewasser entgast gefüllt ist mit den Nerv Fixateur um sicherzustellen, dass die Brennpunkt stehende Zone der HIFU-Wandler in der Brennebene der Nerven wurde kombiniert wurde. (B) Förderung und Aufnahme Elektroden sind in der Abbildung gezeigt. Der Nerv Fixateur positioniert den Ischiasnerv in der Brennebene der HIFU-Strahl. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 : Die CMAPs Antworten in In Vivo Diabetische neuropathische Ratten nach 3 s, 5 s und 8 s der HIFU Zellulite. (A) die zeitlichen Verläufe von CMAPs während der Aufzeichnung von Tag 1. Nach 3 s, 5 s und 8 s der HIFU Beschallung, die CMAPs wurden während der ersten 10 min gesenkt und erholte sich nach 120 min. (B) die zeitlichen Verläufe der CMAPs bei Tag 7, 14 und 28 Aufnahmen. Die CMAPs wurden vollständig erholt von Tag 03:14 s und 5 s-HIFU-Beschallung am Tag 1 und teilweise erhöhte durch Tag 08:28 s HIFU Beschallung. Diamonds: 3 s der HIFU-Beschallung, Plätze: 5 s der HIFU-Beschallung und Dreiecke: 8 s der HIFU-Beschallung. n = 6 für jeden HIFU-Parameter. * Deutlich anders als Tag 1. Die Daten werden als der Median (Bereich), angegeben wo die Fehler-Bar die Hälfte des Bereichs ist. Diese Zahl ist von Lee, Y.F., 201513geändert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Der Montageprozess, den Ischiasnerv in der HIFU-Hot-Spot zu gewährleisten. (A) drei Montage-Schritte werden gezeigt: (1) sorgfältig zu begleichen die Nerven in den Schlitz der Komponente I, (2) montieren II und Komponente I, (3) legen Sie die Front-End-Komponente III mit der HIFU-Wandler Kegel Struktur in Komponente II. (B) eine schematische Zeichnung der HIFU-Wandler integriert mit der Ratte-Nerv. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 : Die Zeichnungen der Komponenten I (A), II (B) und III (C). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 : Die Zeichnungen von der sphärischen Kegel (A) und der Kegel Kappe (B). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Teil- und vorübergehenden Unterdrückung von Action potentials der neuropathischen Nerven von diabetischen Ratten in Vivo und sofortige auftreten die Sperrwirkung nach der HIFU-Behandlung, die beide beobachtet wurden. Die 28-Tage-Follow-up-Studie auf CMAPs gezeigt, dass eine sichere Blockade der Nervenleitung am eine angemessene HIFU-Belichtung durchgeführt werden kann. Infolgedessen bieten das obige Protokoll der HIFU-Behandlung eine alternative Lösung für die reversible Wärmeleitung Block des Ischias-Nerven bei diabetischen Ratten.

Bei dieser Methode gibt es keine neuronale Degeneration, und die Sinnesnerven können über einen Zeitraum von Stunden bis zu mehreren Tagen im milden Nerv Verletzungen14vollständig wiederherstellen. Für schwere Verletzungen dauert der zeitliche Verlauf der sensorischen Erholung in der Regel mehrere Monate, wenn es überhaupt auftritt. Darüber hinaus regenerieren die peripheren neuronalen Fasern mehr völlig die Endoneurial Schläuche und Basallamina Schwann Zelle intakt nach Zerkleinerung Verletzungen15sind. Daher schließen wir, dass die HIFU milder, aber reversible Nervenverletzungen für den Fall verursacht, weil die unterdrückte CMAPs nach der HIFU-Behandlung zu Baseline im Laufe der Zeit zurückgegeben. Für schwere Nervenverletzungen erholte sich die CMAPs nur teilweise, selbst nach 28 Tagen.

Die Technik dieser Studie eine experimentelle Plattform vorgesehenen Tierstudie HIFU-Auswirkungen auf die peripheren Nerven vor der klinischen Studie. Die HIFU Fokuszone kann genau darauf abzielen, Nervus Ziel wegen der strukturellen Komponenten und das Protokoll in dieser Studie, die löst das bisherige Problem der Positionierung entwickelt. Neben den normalen Nerv kann die HIFU blockieren Technik auch auf der erkrankten Nerven angewendet werden. Jedoch die Grenzen der aktuellen Technik sind den Mangel an Temperaturüberwachung (führt zur Beschädigung des umgebenden Gewebes), und die kurze Blockierwirkung, obwohl wiederholt die HIFU-Exposition der Analgesie erstrecken kann. Um die HIFU blockieren Technik, um klinische Studien zu übersetzen, ist eine nicht-invasive Führung der HIFU-Fokuszone erforderlich, wie Ultraschall-Bildgebung oder MR-Bildgebung, um die Position der Zielgewebe zu identifizieren und überwachen die Temperatur in Echtzeit.

Das vorhandenen Mundmedikationen Ergebnis in nur einer von vier Patienten mit neuropathischen Schmerzen Erfahrungen von über 50 % Schmerzlinderung und stellen einige erhebliche Nebenwirkungen wie Benommenheit, Schwindel und Schläfrigkeit16. Physikalische Modalitäten sind entwickelt, um hoffentlich analgetische Wirksamkeit wie die Akupunktur, elektrische und magnetische Stimulationen zu verbessern. Jedoch die Wirksamkeit der Akupunktur stützt sich stark auf die Kliniker Erfahrung, und das Verfahren ist invasiv. Die Wirksamkeit von nicht-invasive elektrische Stimulation oder Magnetstimulation beträgt ca. 40 % für Schmerz Freiheit um 2 Uhr. Beide Stimulationen sind nicht auf der lokalen Website konzentriert, die einige unerwünschte Ereignisse17produziert. Deshalb um klinische unbefriedigte Bedürfnisse für periphere Schmerzlinderung zu befriedigen, die HIFU blockieren Technik ein viel versprechendes Instrument wegen sofortige Wirksamkeit, reversible Wirkung, physikalische Therapie, nicht-invasive Behandlung und potenzielle Heimgebrauch.

Es ist wichtig die HIFU Fokuszone auf den Ischiasnerv genau zielen. Abbildung 3 zeigt die schematische Vorgehensweise für die Positionierung des Nervs in der Fokuszone. Der erste Schritt ist mit einem Glas Haken heben Sie den Ischiasnerv habe ich unter den Nerv in der Komponente und dann legte die Nerven in den Schlitz der Komponente ich (Abb. 3A). Der Nerv verläuft am zentralen Standort der Komponente I durch den ersten Schritt. Der zweite Schritt ist Komponente II mit Komponente zusammenzubauen ich über die Schraubkappe Struktur. Die Montage der Komponenten I und II ist der Nerv Fixateur, dargestellt in Abbildung 2 b. Komponente II spielt die Rolle der Verknüpfung der Komponenten I und III. Vor der Kombination von Komponenten II und III, werden sie gefüllt mit Entgasung Ringer Lösung zum Übertragen des Ultraschalls und die Nerven zu bewahren. Der letzte Schritt ist Komponente II Komponente III Front-End-Struktur des HIFU Wandler Kegel Kopplers einzufügen. Zwei Paare von flexiblen langen und kurzen Säulen der Komponente II bieten ausreichenden Befestigungen Kraft. Montage der Teile II und III soll anhand der Schlitz-Zapfen-Prinzip, das sicherstellen kann, dass im Mittelpunkt der drei Komponenten in Achse steht. Die Brennweite der HIFU-Wandler ist gleich dem Abstand zwischen der zentrale Punkt des Wandlers und der zentrale Punkt der Komponente ich. Infolgedessen ist der Nerv sicherlich innerhalb der Fokuszone, die ein Ellipsoid mit einer Breite von 0,8 mm und einer Tiefe von 4 mm ist.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Die Studie wurde unterstützt durch das Ministerium für Wissenschaft und Technologie (Projekt am meisten 105-2221-E-400-001) und den National Health Research Institutes (Projekt BN-105-PP-10), Taiwan.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
streptozotocin Sigma 85882
citric acid monohydrate  Sigma C1909
trisodium citrate dihydrate Sigma W302600
glucose meters Roche Accu-Check Active GC
electronic von Frey device IITC Life Science 2390
hot plate IITC Life Science
Biopac MP36 acquisition system Biopac Systems, Inc.
HIFU transducer Sonic Concepts H108
function generator Agilent 33250A
power amplifier Electronics & Innovation 1040L
Rats  Biolasco taiwan Sprague-Dawley
Puralube vet ointment Dechra
isoflurane vaporizer Parkland Scientific V3000PS
Isoflurance Attane
Restraint bag (Decapicones) Braintree Scientific DC 200

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References

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Biotechnik Ausgabe 128 hohe Intensität fokussierten Ultraschall Wärmeleitung Nervenblockade zusammengesetzte Muskel Aktionspotentiale neuropathischen Ischias Nerven diabetischen Ratten Follow-up-Studie
Ein Ultraschall Werkzeug für die Nervenleitung blockieren in diabetischen Ratten Modelle
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Lee, Y. F., Lin, C. C., Cheng, J. S., Chen, G. S. An Ultrasonic Tool for Nerve Conduction Block in Diabetic Rat Models. J. Vis. Exp. (128), e55675, doi:10.3791/55675 (2017).

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