Summary

En ultralyds værktøj til Nerve Varmeledning blokere i diabetisk rotte modeller

Published: October 20, 2017
doi:

Summary

Dette arbejde præsenterer metoden for anvendelse af høj intensitet-fokuseret ultralyd til at blokere handling potentialer af diabetisk neuropatisk nerver.

Abstract

Nerve varmeledning blok med en høj intensitet-fokuseret ultralyd (HIFU) transducer er blevet udført i normal og diabetisk dyremodeller for nylig. HIFU kan reversibelt blokere overledning af perifere nerver uden at beskadige nerver samtidig ved hjælp af en passende ultralyd parameter. Midlertidig og delvis blok af handling potentialer af nerver viser, at HIFU har potentiale til at være en nyttig klinisk behandling for smertelindring. Dette arbejde viser procedurer for at undertrykke handling potentialerne af neuropatisk nerver i diabetisk rotter i vivo ved hjælp af en HIFU transducer. Det første skridt er at generere voksne mandlige diabetisk neuropatisk rotter ved streptozotocin (STZ) injektion. Det andet skridt er at evaluere de perifere diabetisk neuropati i STZ-induceret diabetisk rotter ved en elektronisk von Frey sonde og en varm tallerken. Det sidste trin er at registrere i vivo ekstracellulære handling potentialer af nerve udsat for HIFU sonikering. Metoden viste her kan gavne studiet af ultralyd smertestillende applikationer.

Introduction

Oral medicin, akupunktur1, og elektrisk nerve stimulation2 har været brugt til behandling af smertefuld diabetisk polyneuropati. Men, bivirkninger af oral medicin, invasive drift af akupunktur, og elektrisk nervestimulation hæmme den terapeutiske virkning og overholdelse af patientens. Ultralyd blok af perifere nerver i dyremodeller har været undersøgt for årtier3,4,5. Overledning af in vitro- ischiadicus nerver af store grønne frøen var hæmmet reversibelt efter behandling af 10-20 pulser af ultralyd eksponering for 0,4 – 1,0 s6. En faktor til at blokere nerve varmeledning er temperaturstigningen induceret af ultralyd7. For patienter med polyneuropati, blev undertrykkelsen af sammensatte muskel handling potentialer (CMAPs) udført i peroneal nerve udsat for lavintensive ultralyd for 2 min8. Fuld helbredelse tid var i 5 min.

For nylig, Food and Drug Administration i USA godkendt HIFU som en non-invasiv behandling af uterin fibroid tumorer9, smerte palliations knogle metastaser10og prostatakræft11. En HIFU transduceren udsender akustiske bjælker uden for kroppen, og bjælker sender i forskellige væv medier og konvergerer på target tumor i fokus. Zonen fokale dannes umiddelbart for at generere lokaliserede virkninger på målet tumorer uden at beskadige de omkringliggende væv. HIFU er også blevet anvendt til at hæmme nerve varmeledning eller forårsage nerve denervering i vivo forsøg af normale Sprague-Dawley (SD) rotter12. Derudover har HIFU kortsigtede og langsigtede virkninger på neuropatiske nerver været undersøgt13. Tidligere resultater viste, at den reversible eller permanent blok af sensoriske nerve varmeledning kunne opnås ved HIFU med relevante parametre. Udover smertestillende applikationer, kan HIFU bruges som et værktøj til at undersøge den relative bidrag af perifere og centrale komponenter til nerve varmeledning blokade for grundlæggende forskning i Neurologi og udvikling af smertestillende medicin. Derfor er der behov for en HIFU blokerende teknologiplatform specifik for perifere nerver i dyremodeller. Formålet med denne artikel er at vise procedurerne for delvis eller fuldstændig blokering handling potentialer af perifere nerver i diabetisk neuropatisk rotter af HIFU. Diabetisk rotte modeller og evaluering af perifere neuropatiske symptomer blev etableret. En HIFU platform og eksperimenterende processer specifikt til behandling af rotte ischiadicus nerver er præsenteret.

Protocol

institutionelle Animal Care og brug Udvalget af de nationale sundhed forskningsinstitutter i Taiwan godkendt alle animalske protokoller. 1. induktion af diabetisk Model i mandlige voksne Sprague – Dawley (SD) rotter fjerne rotte mad pellets fra buret til hurtig mandlige SD rotter (300-350 g) i 6 timer før STZ induktion. Forbered natrium citrat buffer (0,1 M, pH 4.5). Opløse 1,05 g citronsyre monohydrat (C 6 H 8 O 7 · H 2</…

Representative Results

I vivo undersøgelse viste, at med en HIFU dosis af 3 s sonikering ved en intensitet for 2.810 W/cm2, CMAPs blev undertrykt af 20% af baseline, men de var helt genvundet efter 30 min (figur 2A, diamanter) og var næsten konstant i perioden på 28 dage (figur 2B, diamanter). For 5 s HIFU eksponering med den samme intensitet, CMAPs faldt til 65,4% (9,5%) af baseline på 4 min og tilbagebetalt til 73,7% (12,6%) a…

Discussion

Delvis og midlertidig undertrykkelse af action potentials af neuropatisk nerver fra diabetisk rotter i vivo og instant forekomst af de blokerende virkning efter HIFU behandling både blev observeret. 28-dages opfølgende undersøgelse på CMAPs viste, at en sikker blokade af nerve varmeledning kunne udføres på en passende HIFU eksponering. Som et resultat, kan den ovennævnte protokol HIFU behandling give en alternativ løsning for reversible overledningsforstyrrelser blok af ischiadicus nerver i diabetisk rot…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Undersøgelsen blev støttet af Ministeriet for videnskab og teknologi (projekt mest 105-2221-E-400-001) og den nationale sundhed forskningsinstitutter (projekt BN-105-PP-10), Taiwan.

Materials

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

References

  1. Abuaisha, B. B., Costanzi, J. B., Boulton, A. J. Acupuncture for the treatment of chronic painful peripheral diabetic neuropathy: A long-term study. Diabetes Res Clin Pract. 39 (2), 115-121 (1998).
  2. Hamza, M. A., et al. Percutaneous electrical nerve stimulation: A novel analgesic therapy for diabetic neuropathic pain. Diabetes Care. 23 (3), 365-370 (2000).
  3. Ballantine, H. T., Bell, E., Manlapaz, J. Progress and problems in the neurologic applications of focused ultrasound. J Neurosurg. 17, 858-876 (1960).
  4. Foley, J. L., Little, J. W., Vaezy, S. Image-guided high-intensity focused ultrasound for conduction block of peripheral nerves. Ann Biomed Eng. 35 (1), 109-119 (2007).
  5. Lee, Y. F., Lin, C. C., Cheng, J. S., Chen, G. S. High-intensity focused ultrasound attenuates neural responses of sciatic nerves isolated from normal or neuropathic rats. Ultrasound Med Biol. 41 (1), 132-142 (2015).
  6. Young, R. R., Henneman, E. Reversible block of nerve conduction by ultrasound. Arch Neurol. 4, 83-89 (1961).
  7. Lele, P. P. Effects of focused ultrasonic radiation on peripheral nerve, with observations on local heating. Exp Neurol. 8 (1), 47-83 (1963).
  8. Hong, C. Z. Reversible nerve conduction block in patients with poly- neuropathy after ultrasound thermotherapy at therapeutic dosage. Arch Phys Med Rehabil. 72 (2), 132-137 (1991).
  9. Okada, A., Morita, Y., Fukunishi, H., Takeichi, K., Murakami, T. Non-invasive magnetic resonance-guided focused ultrasound treatment of uterine fibroids in a large Japanese population: impact of the learning curve on patient outcome. Ultrasound Obstet Gynecol. 34 (5), 579-583 (2009).
  10. Huisman, M., et al. International consensus on use of focused ultrasound for painful bone metastases: current status and future directions. Int J Hyperthermia. 31 (3), 251-259 (2015).
  11. Dickinson, L., et al. Medium-term Outcomes after Whole-gland High-intensity Focused Ultrasound for the Treatment of Nonmetastatic Prostate Cancer from a Multicentre Registry Cohort. Eur Urol. 70 (4), 668-674 (2016).
  12. Foley, J. L., Little, J. W., Vaezy, S. Effects of high-intensity focused ultrasound on nerve conduction. Muscle Nerve. 37 (2), 241-250 (2008).
  13. Lee, Y. F., Lin, C. C., Cheng, J. S., Chen, G. S. Nerve conduction block in diabetic rats using high-intensity focused ultrasound for analgesic applications. Br J Anaesth. 114 (5), 840-846 (2015).
  14. Donoff, R. B. Nerve regeneration: basic and applied aspects. Crit Rev Oral Biol Med. 6 (1), 18-24 (1995).
  15. Fawcett, J. W., Keynes, R. J. Peripheral nerve regeneration. Annu Rev Neurosci. 13, 43-60 (1990).
  16. Nightingale, S. The neuropathic pain market. Nat Rev Drug Discov. 11 (2), 101-102 (2012).
  17. Lipton, R. B., et al. Single-pulse transcranial magnetic stimulation for acute treatment of migraine with aura: a randomised, double-blind, parallel-group, sham-controlled trial. Lancet Neurol. 9 (4), 373-380 (2010).
check_url/fr/55675?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Lee, Y. F., Lin, C., Cheng, J., Chen, G. An Ultrasonic Tool for Nerve Conduction Block in Diabetic Rat Models. J. Vis. Exp. (128), e55675, doi:10.3791/55675 (2017).

View Video