Een ultrasone instrument voor de geleiding van de zenuwen blokkeren in diabetische Rat modellen
Summary
Dit werk presenteert de methodologie van de toepassing van hoge intensiteit gerichte echografie om te blokkeren van de mogelijkheden van de actie van diabetische neuropathische zenuwen.
Abstract
Zenuw geleiding blok met een hoge intensiteit-geconcentreerd ultrageluid (HIFU) transducer is onlangs uitgevoerd in normale en diabetische diermodellen. HIFU kan de geleiding van perifere zenuwen omkeerbaar blokkeren zonder beschadiging van de zenuwen tijdens het gebruik van een juiste ultrasone parameter. Tijdelijke en gedeeltelijke blok van de actie potentieel van zenuwen blijkt dat HIFU de potentie heeft om een nuttige klinische behandeling voor verlichting van pijn. Dit werk toont de procedures voor het onderdrukken van de actie potentieel van neuropatische zenuwen in diabetische ratten in vivo met behulp van een transducer HIFU. De eerste stap is het genereren van volwassen mannelijke diabetische neuropathische ratten door injectie van streptozotocin (STZ). De tweede stap is om te evalueren van de perifere diabetische neuropathie bij diabetesratten STZ veroorzaakte door een elektronische von Frey-sonde en een kookplaat. De laatste stap is het record in vivo extracellulaire actie potentieel van de zenuw blootgesteld aan HIFU ultrasoonapparaat. De methode toonde hier in aanmerking voor de studie van echografie pijnstillende toepassingen.
Introduction
Orale medicatie, acupunctuur1en elektrische zenuw stimulatie2 zijn gebruikt voor de behandeling van pijnlijke diabetische polyneuropathie. De bijwerkingen van de orale medicatie, invasieve werking van acupunctuur en elektrische zenuwstimulatie belemmeren echter de therapeutische werkzaamheid en de naleving van de patiënt. Echografie blok van perifere zenuwen in diermodellen is onderzocht voor decennia3,4,5. De geleiding van in vitro ischiadicus zenuwen van de grote groene kikker was omkeerbaar geremd na de behandeling van 10-20 pulsen van echografie blootstelling voor 0,4 – 1,0 s6. Een factor voor het blokkeren van de zenuw geleiding is de temperatuurstijging veroorzaakt door echografie7. Voor patiënten met polyneuropathie, werd de onderdrukking van samengestelde spier actie potentials (CMAPs) uitgevoerd in de peroneale zenuw blootgesteld aan lage-intensiteit ultrageluid voor 2 min8. De volledige hersteltijd was binnen 5 min.
Onlangs, de Food and Drug Administration van de Verenigde Staten goedgekeurd HIFU als een niet-invasieve behandeling voor Uteriene fibroid tumoren9, pijn palliations van bot metastasen10en prostaatkanker11. Een transducer HIFU stoot akoestische balken buiten het lichaam, en de balken zenden in diverse weefsel mediums en convergeren op de doel-tumor op de focus. De focale zone wordt onmiddellijk gevormd voor het genereren van gelokaliseerde effecten op target tumoren zonder schade aan de omliggende weefsels. HIFU is ook toegepast om te remmen geleiding van de zenuw of zenuwen denervation veroorzaken in in vivo experimenten van normale Sprague-Dawley (SD) ratten12. Daarnaast is de korte en lange termijn effecten van HIFU op neuropatische zenuwen geweest onderzochte13. Vorige resultaten aangetoond dat de omkeerbare of permanent blokkeren van sensorische zenuw geleiding door HIFU kon worden bereikt met de juiste parameters. Naast pijnstillende toepassingen, kan HIFU worden gebruikt als een instrument om te onderzoeken de relatieve bijdrage van perifere en centrale componenten zenuw geleiding blokkade voor fundamenteel onderzoek van de neurologie en ontwikkeling van pijn medicatie. Daarom is een HIFU blokkerende technologieplatform specifiek voor perifere zenuwen in diermodellen nodig. Het doel van dit artikel is om aan te tonen van de procedures voor het geheel of gedeeltelijk blokkeren van de mogelijkheden van de actie van perifere zenuwen bij neuropatische diabetesratten door HIFU. Diabetische rat modellen en evalueren van perifere neuropatische symptomen werden opgericht. Een HIFU-platform en experimentele processen specifiek voor het behandelen van rat ischiadicus zenuwen worden gepresenteerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
Gedeeltelijke en tijdelijke onderdrukking van de action potentials van de neuropathische zenuwen van diabetische ratten in vivo en instant optreden van het blokkerende effect na HIFU-behandeling die beide werden waargenomen. De 28-daagse follow-up studie op CMAPs aangetoond dat een veilige blokkade van de geleiding van de zenuwen kan worden verricht op een passende HIFU blootstelling. Dientengevolge, kan het bovenstaande protocol van de HIFU-behandeling een alternatieve oplossing bieden voor het blok van de omke…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De studie werd ondersteund door het ministerie van wetenschap en technologie (Project meest 105-2221-E-400-001) en de nationale gezondheid onderzoeksinstituten (Project 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
- 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).
- Hamza, M. A., et al. Percutaneous electrical nerve stimulation: A novel analgesic therapy for diabetic neuropathic pain. Diabetes Care. 23 (3), 365-370 (2000).
- Ballantine, H. T., Bell, E., Manlapaz, J. Progress and problems in the neurologic applications of focused ultrasound. J Neurosurg. 17, 858-876 (1960).
- 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).
- 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).
- Young, R. R., Henneman, E. Reversible block of nerve conduction by ultrasound. Arch Neurol. 4, 83-89 (1961).
- Lele, P. P. Effects of focused ultrasonic radiation on peripheral nerve, with observations on local heating. Exp Neurol. 8 (1), 47-83 (1963).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Foley, J. L., Little, J. W., Vaezy, S. Effects of high-intensity focused ultrasound on nerve conduction. Muscle Nerve. 37 (2), 241-250 (2008).
- 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).
- Donoff, R. B. Nerve regeneration: basic and applied aspects. Crit Rev Oral Biol Med. 6 (1), 18-24 (1995).
- Fawcett, J. W., Keynes, R. J. Peripheral nerve regeneration. Annu Rev Neurosci. 13, 43-60 (1990).
- Nightingale, S. The neuropathic pain market. Nat Rev Drug Discov. 11 (2), 101-102 (2012).
- 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).
