उत्पादन और मांग पर मूषक और मानव ऊतक में तीव्र Ictal गतिविधि की दीक्षा
Summary
तीव्र जब्ती मॉडल epileptiform घटनाओं अंतर्निहित तंत्र का अध्ययन करने के लिए महत्वपूर्ण हैं । इसके अलावा, पर epileptiform घटनाओं उत्पंन करने की क्षमता मांग एक उच्च कुशल विधि को अपनी दीक्षा अंतर्निहित घटनाओं के सटीक अनुक्रम का अध्ययन प्रदान करता है । यहां, हम तीव्र 4-aminopyridine cortical जब्ती मॉडल माउस और मानव ऊतक में स्थापित वर्णन ।
Abstract
जब्ती नियंत्रण चिकित्सा समुदाय के लिए एक चुनौतीपूर्ण मुद्दा बना हुआ है । प्रगति करने के लिए, शोधकर्ताओं के लिए एक तरह से बड़े पैमाने पर अध्ययन की गतिशीलता और इसकी अंतर्निहित तंत्र की जांच की जरूरत है । तीव्र जब्ती मॉडल सुविधाजनक हैं, electrophysiological रिकॉर्डिंग प्रदर्शन करने की क्षमता प्रदान करते हैं, और electrographic जब्ती की तरह (ictal) की घटनाओं की एक बड़ी मात्रा उत्पंन कर सकते हैं । तीव्र जब्ती मॉडल से आशाजनक निष्कर्षों तो पुरानी मिर्गी मॉडल और नैदानिक परीक्षणों के लिए उन्नत किया जा सकता है । इस प्रकार, तीव्र मॉडलों में बरामदगी का अध्ययन है कि ईमानदारी से electrographic और एक नैदानिक जब्ती के गतिशील हस्ताक्षर दोहराने चिकित्सकीय प्रासंगिक निष्कर्षों को बनाने के लिए आवश्यक हो जाएगा । तीव्र जब्ती मानव ऊतक से तैयार मॉडल में ictal घटनाओं का अध्ययन निष्कर्ष है कि नैदानिक प्रासंगिक बनाने के लिए भी महत्वपूर्ण है । इस पेपर में प्रमुख फोकस cortical 4 पर है-एपी दोनों में vivo और इन विट्रो स्टडीज में ictal घटनाओं पैदा करने में अपनी बहुमुखी प्रतिभा के कारण मॉडल, के रूप में अच्छी तरह के रूप में दोनों माउस और मानव ऊतक में । इस पत्र में तरीके भी जब्ती की एक वैकल्पिक विधि का वर्णन करेंगे शूंय का उपयोग-मिलीग्राम2 + मॉडल और लाभ और epileptiform की सीमाओं के विभिंन तीव्र में उत्पंन गतिविधि की एक विस्तृत सिंहावलोकन प्रदान जब्ती मॉडल । इसके अलावा, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध optogenetic माउस उपभेदों का लाभ लेने के द्वारा, एक संक्षिप्त (30 एमएस) प्रकाश पल्स एक ictal घटना सहज होने वाले लोगों के लिए समान ट्रिगर किया जा सकता है । इसी प्रकार, 30-100 एमएस puffs के न्यूरोट्रांसमीटर (गामा अमीनो Butyric एसिड या ग्लूटामेट) मानव ऊतक करने के लिए लागू किया जा सकता ictal घटनाओं है कि सहज होने वाले लोगों के लिए समान हैं ट्रिगर करने के लिए. तीव्र जब्ती मॉडल में मांग पर ictal घटनाओं को ट्रिगर करने की क्षमता newfound घटनाओं है कि आबाद जब्ती दीक्षा गतिशीलता और कुशलता से संभावित विरोधी जब्ती चिकित्सा का मूल्यांकन के सटीक अनुक्रम का पालन करने की क्षमता प्रदान करता है ।
Introduction
तीव्र जब्ती मॉडल सफलतापूर्वक electrographic हस्ताक्षर ictal घटनाओं की याद ताजा प्रतिलिपि कर सकते है इलॅक्ट्रोसेफेलॉग्राम में मनाया (ईईजी) व्यक्तियों के एक जब्ती का अनुभव । शोधकर्ताओं ने इन ictal की तरह घटनाओं का उपयोग करें (इस के साथ साथ ‘ के रूप में संदर्भित ictal ‘ घटनाओं) जब्ती घटना1के लिए किराए के रूप में । चिकित्सकीय, ictal घटनाओं जब्ती की घटनाओं के लिए एक विश्वसनीय प्रॉक्सी के रूप में की सेवा के बाद से बरामदगी एक स्नायविक विकार जो मस्तिष्क से उत्पंन होती हैं । मिर्गी निगरानी इकाई में, न्यूरोलॉजिस्ट मस्तिष्क के epileptogenic क्षेत्र की पुष्टि करने के लिए ictal घटनाओं का पता लगाने और इसे लकीर2के लिए अलग करने पर भरोसा करते हैं । गहन देखभाल इकाई में, चिकित्सकों ictal गतिविधि पर नजर रखने के आकलन के लिए अगर किसी भी जब्ती गतिविधि बेहोश रोगियों में3बनी हुई है । बरामदगी को नियंत्रित करने के लिए चिकित्सा समुदाय के लिए एक चुनौतीपूर्ण मुद्दा बना हुआ है, के रूप में मिर्गी के रोगियों के 30% दवा उपलब्ध दवा के लिए प्रतिरोधी रहे हैं4,5, और दवा प्रेरित बरामदगी शामिल चिकित्सा मामलों के 10% कर रहे हैं मानक उपचार के लिए अप्रतिसादी3। यह समाज के लिए एक गंभीर चिंता का विषय है, के रूप में अमेरिकी आबादी का 10% के लिए अपने जीवनकाल में एक जब्ती घटना अनुभव और 3% के लिए मिर्गी6विकसित होने की उंमीद कर रहे है संभावना है प्रस्तुत करता है ।
पुरानी मिर्गी के मॉडल में बरामदगी का अध्ययन महंगा है, श्रमसाध्य, और अक्सर7तैयार करने के लिए महीनों लग । यह भी मुक्त रूप से चलती जानवरों में electrophysiological रिकॉर्डिंग प्रदर्शन करने के लिए मुश्किल है । मानव नैदानिक परीक्षणों के समान मुद्दों का सामना, साथ ही अतिरिक्त रोगी सहमति से संबंधित जटिलताओं, प्रतिभागियों की पृष्ठभूमि में परिवर्तनशीलता, और नैतिक और नैतिक विचार शामिल8। तीव्र जब्ती मॉडल, दूसरी ओर, क्योंकि वे अपेक्षाकृत तैयार, लागत कुशल, और9अध्ययन के लिए ictal घटनाओं की बड़ी मात्रा में पैदा करने में सक्षम सुविधाजनक है अनुकूल हैं । इसके अतिरिक्त, ऊतक एक स्थिर स्थिति में तय हो गया है, तो शर्तों electrophysiological जब्ती गतिशीलता और संबंधित अंतर्निहित pathophysiology अध्ययन करने के लिए आवश्यक रिकॉर्डिंग प्रदर्शन के लिए आदर्श होते हैं । तीव्र जब्ती मॉडल silico (कंप्यूटर) मॉडल में अधिक अनुकूल रहना है क्योंकि वे अपने सभी अंतर्निहित कारकों और synaptic कनेक्टिविटी, कि कब्जा नहीं किया जा सकता है के साथ मस्तिष्क के घटक न्यूरॉन नेटवर्क के शामिल जैविक सामग्री पर आधारित हैं द्वारा भी सबसे विस्तृत कंप्यूटर10मॉडल । इन सुविधाओं तीव्र जब्ती मॉडल बनाने के लिए संभावित विरोधी जब्ती चिकित्सा के लिए स्क्रीनिंग में कुशल हो और उंहें पुरानी मिर्गी मॉडल और नैदानिक परीक्षणों में आगे की जांच के लिए आगे बढ़ने से पहले प्रारंभिक निष्कर्षों बनाने की ओर अग्रसर ।
आमतौर पर, तीव्र जब्ती मॉडल सामांय मस्तिष्क ऊतक है कि अति उत्तेजित स्थितियों के अधीन किया गया है से प्राप्त कर रहे हैं । स्वस्थ मस्तिष्क के ऊतकों में नैदानिक प्रासंगिक ictal घटनाओं को प्रेरित करने के लिए, यह समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि मस्तिष्क कार्य एक महत्वपूर्ण राज्य11 में बेहतर जहां उत्तेजना (ई) और निषेध (I)12संतुलित कर रहे हैं । ई के एक व्यवधान-मैं संतुलन अति उत्तेजित जब्ती राज्य में नेतृत्व कर सकते है जिसमें ictal घटनाओं हाला । तदनुसार, इस वैचारिक ढांचे के भीतर, वहां दो प्रमुख रणनीतियों मस्तिष्क स्लाइस में ictal घटनाओं उत्पंन करने के लिए कर रहे है (इनविट्रो में) या पूरे मस्तिष्क में (vivo में) की तैयारी: या तो कम निषेध (“निषेध”) या वृद्धि हुई उत्तेजना (“गैर-निषेध”) । हालांकि, ictal घटनाओं अत्यधिक आदेश दिया और सिंक्रनाइज़ घटनाओं है कि GABAergic के प्रभाव की आवश्यकता होती है ंयूरॉंस तंत्रिका नेटवर्क गतिविधि आर्केस्ट्रा13,14। इस कारण के लिए, गैर बाधा मॉडल है ictal घटनाओं में पैदा करने के लिए सबसे प्रभावी अलग तंत्रिका नेटवर्क, जैसे एक में इन विट्रो में मस्तिष्क15, जबकि इन विट्रो में निषेध मॉडल आमतौर पर spiking गतिविधि के लिए नेतृत्व interictal की याद ताजा-जैसे spiking. इसके अलावा, इस वैचारिक ढांचे के भीतर, एक क्षणिक तुल्यकालन घटना भी मज़बूती से एक ictal घटना16ट्रिगर कर सकते हैं । वास्तव में, एक ictal घटना किसी भी मामूली तंत्रिका प्रणाली17 पर लागू गड़बड़ी द्वारा ट्रिगर किया जा सकता है जब यह एक महत्वपूर्ण राज्य संक्रमण (“विभाजन”)18बिंदु पर है । परंपरागत रूप से, इन perturbations विद्युत उत्तेजना से प्रेरित थे । तंत्रिका विज्ञान में optogenetics के हाल ही में विकास, तथापि, अब एक और अधिक सुरुचिपूर्ण रणनीति के लिए महत्वपूर्ण राज्य संक्रमण16प्रेरित प्रदान करता है ।
इस पत्र में वर्णित तरीके प्रदर्शित कैसे पर ictal घटनाओं उत्पंन करने के लिए तीव्र जब्ती मॉडल में दोनों विट्रो में मांग ( प्रोटोकॉलके चरण 1) और vivo अध्ययन में ( प्रोटोकॉलके चरण 2) । वे मस्तिष्क क्षेत्र, जब्ती प्रेरण विधि, अध्ययन के प्रकार, और प्रजातियों की पसंद शामिल; हालांकि, ध्यान एक तीव्र 4 की सिफारिश की पसंद पर होगा-एपी cortical जब्ती मॉडल की वजह से अपनी बहुमुखी प्रतिभा के अध्ययन के प्रकार की एक विस्तृत विविधता में । इन विट्रो 4-एपी जब्ती मॉडल में तीव्र electrophysiological रिकॉर्डिंग और इमेजिंग अध्ययन19के लिए उच्च गुणवत्ता वाले मस्तिष्क स्लाइसें तैयार करने के लिए मानक प्रोटोकॉल पर आधारित है । इन प्रोटोकॉल पहले से ही इन विट्रो कोरोनर मस्तिष्क स्लाइसें में बनाने के लिए इस्तेमाल किया गया है somatosensory से16चूहों की मोटर प्रांतस्था,20 और मनुष्यों21. संशोधन मस्तिष्क स्लाइसें के इन प्रकार में ictal घटनाओं उत्पंन करने के लिए पहले16 का प्रदर्शन किया गया है और पूर्ण विवरण के नीचे प्रोटोकॉल में वर्णित हैं । vivo 4-AP cortical जब्ती मॉडल में तीव्र इमेजिंग अध्ययन22के लिए एक craniotomy तैयार करने के लिए मानक प्रोटोकॉल पर आधारित है । संशोधन है कि कोई (ग्लास स्लाइड) विंडो craniotomy के बाद स्थापित किया गया है । इसके बजाय, proconvulsant एजेंटों (4 एपी) सामयिक उजागर प्रांतस्था करने के लिए लागू कर रहे है ictal घटनाओं प्रेरित जबकि पशु सामांय संज्ञाहरण के तहत है । हमारे ज्ञान के लिए, हमारे समूह पहले चूहों16,23में vivo cortical जब्ती मॉडल में इस तीव्र विकसित करने के लिए किया गया था । vivo 4 में एक्यूट-एपी cortical जब्ती मॉडल वयस्क चूहों से तैयार में इन विट्रो पूरक किशोर ऊतक से मॉडल के लिए विकसित किया गया था । vivo जब्ती मॉडल में वयस्क में निष्कर्षों की प्रतिकृति एक 2d मस्तिष्क टुकड़ा की गैर शारीरिक स्थितियों के बारे में निहित चिंताओं को संबोधित करके स्लाइस मॉडल से निष्कर्षों को सामान्य करने में मदद करता है (एक 3 डी पूरे मस्तिष्कबनाम संरचना) और किशोर और वयस्क ऊतक के बीच शारीरिक मतभेद ।
पर मांग ictal घटना दीक्षा की विधि एक picospritzer या optogenetic रणनीतियों के साथ न्यूरोट्रांसमीटर के या तो कश का उपयोग कर प्रदर्शन किया है. हमारे ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, हमारे समूह में एक picospritzer16 के माध्यम से न्यूरोट्रांसमीटर का उपयोग मानव ऊतक में ictal घटनाओं शुरू करने के लिए पहली बार है. optogenetic रणनीतियों के लिए, C57BL/6 चूहों तनाव transgenes व्यक्त करने के लिए इस्तेमाल किया पारंपरिक तनाव है । या तो GABAergic न्यूरॉन्स या glutamatergic पिरामिडीय कोशिकाओं में channelrhodopsin-2 (ChR2) की अभिव्यक्ति संक्षिप्त प्रकाश दालों के साथ मांग पर ictal घटनाओं उत्पन्न करने के लिए वैकल्पिक क्षमता प्रदान करेगा. उपयुक्त optogenetic चूहों उपभेदों में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध C57BL/6 संस्करण शामिल है जो या तो न्यूरॉन्स में ChR2 व्यक्त करता है, माउस vesicular गाबा ट्रांसपोर्टर मोटर (VGAT)24, या पिरामिडीय कोशिकाओं का उपयोग कर, माउस थाइमस सेल प्रतिजन 1 का उपयोग कर मोटर (Thy1)25. ये व्यावसायिक रूप से उपलब्ध VGAT-ChR2 और Thy1-ChR2 चूहों को GABAergic न्यूरॉन्स या glutamatergic न्यूरॉन्स को सक्रिय करने का अवसर प्रदान करते हैं, क्रमशः, नीले (४७० एनएम) प्रकाश के साथ neocortex में. तीव्र जब्ती मॉडल में मांग पर ictal घटनाओं उत्पंन करने की क्षमता उपंयास अवसर जब्ती दीक्षा गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए और कुशलता से संभावित विरोधी जब्ती चिकित्सा का मूल्यांकन की पेशकश कर सकते हैं ।
Protocol
Representative Results
Discussion
मस्तिष्क स्लाइस एक proconvulsant दवा या एक बदल ACSF perfusate तंत्रिका नेटवर्क की उत्तेजितता बढ़ाने के लिए और ictal घटनाओं की एक वर्षण को बढ़ावा देने के साथ इलाज कर रहे है (electrographic बरामदगी की तरह घटनाओं) । चूहों के लिए, somatosensory-मोट…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम स्वास्थ्य अनुसंधान के कनाडा के संस्थानों द्वारा समर्थित किया गया था (पीटर एल Carlen और तौफीक एक. बहादुरी को ११९६०३), ओंटारियो ब्रेन इंस्टीट्यूट (एक. वीर तौफीक), और Mightex छात्र अनुसंधान अनुदान (माइकल चांग को) । हम वीडियो पांडुलिपि फिल्माने में उसकी सहायता के लिए लियाम लंबे समय शुक्रिया अदा करना चाहूंगा. हम इस पांडुलिपि में आंकड़ों और तालिकाओं के संकलन में उनकी सहायता के लिए पारिया Baharikhoob, Abeeshan Selvabaskaran, और Shadini Dematagoda को स्वीकार करना चाहेंगे । आंकड़े 1a, 3ए, 4a, और 6A सभी मूल चांग एट अल में प्रकाशित आंकड़ों से बने आंकड़े हैं । 16.
Materials
| Sodium pentobarbital | N/A | N/A | Purchased through the Toronto Western Hospital's Suppliers |
| 1 mm syringe | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| 25G 5/8” sterile needle | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Single edge razor blade (2x) | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Instant adhesive glue | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Lens paper | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Glass petri dish (2x) | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Splinter forceps (2x) | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| PVC handle micro spatula | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Micro spoon with flat end | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Detailing brush 5/0 | N/A | N/A | Purcahsed from a boutique art store |
| Wide bore transfer pipette | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Dental Tweezer | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Thermometer (digital) | N/A | N/A | Purchased on Amazon.ca |
| Check carbogen tank (95%O2/5%CO2) | N/A | N/A | Purchased through the Toronto Western Hospital's Suppliers |
| Vibratome | Leica | N/A | Purchased through the Toronto Western Hospital's Suppliers |
| brain slice incubation chamber (a.k.a. brain slice keeper) | Scientific Systems Design Inc | N/A | |
| Sodium Chloride (NaCl) | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Sodium Bicarbonate | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Dextrose | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Potassium Chloride (KCl) | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Magnesium Sulfate (MgSO4 H2O) | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Sodium phosphate monobasic monohydrate (HNaPO4·H2O) | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Calcium Chloride (CaCl2·2H2O) | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
| Sucrose | N/A | N/A | Purchased through UT Med Store |
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