पूर्व नैदानिक अनुसंधान में भेषज चुनौती fMRI का उपयोग: 5-HT सिस्टम के लिए आवेदन
Summary
इस तकनीक के लक्ष्य लिए औषधीय चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (phMRI) और एक चयनात्मक serotonin reuptake अवरोध करनेवाला (SSRI), Fluoxetine के साथ एक अंतःशिरा चुनौती के साथ रहते हैं और स्वतंत्र साँस लेने के पशु में सेरोटोनिन (5 हिंदुस्तान टाइम्स) neurotransmitter के समारोह का आकलन है.
Abstract
Pharmacological MRI (phMRI) is a new and promising method to study the effects of substances on brain function that can ultimately be used to unravel underlying neurobiological mechanisms behind drug action and neurotransmitter-related disorders, such as depression and ADHD. Like most of the imaging methods (PET, SPECT, CT) it represents a progress in the investigation of brain disorders and the related function of neurotransmitter pathways in a non-invasive way with respect of the overall neuronal connectivity. Moreover it also provides the ideal tool for translation to clinical investigations. MRI, while still behind in molecular imaging strategies compared to PET and SPECT, has the great advantage to have a high spatial resolution and no need for the injection of a contrast-agent or radio-labeled molecules, thereby avoiding the repetitive exposure to ionizing radiations. Functional MRI (fMRI) is extensively used in research and clinical setting, where it is generally combined with a psycho-motor task. phMRI is an adaptation of fMRI enabling the investigation of a specific neurotransmitter system, such as serotonin (5-HT), under physiological or pathological conditions following activation via administration of a specific challenging drug.
The aim of the method described here is to assess brain 5-HT function in free-breathing animals. By challenging the 5-HT system while simultaneously acquiring functional MR images over time, the response of the brain to this challenge can be visualized. Several studies in animals have already demonstrated that drug-induced increases in extracellular levels of e.g. 5-HT (releasing agents, selective re-uptake blockers, etc) evoke region-specific changes in blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signals (signal due to a change of the oxygenated/deoxygenated hemoglobin levels occurring during brain activation through an increase of the blood supply to supply the oxygen and glucose to the demanding neurons) providing an index of neurotransmitter function. It has also been shown that these effects can be reversed by treatments that decrease 5-HT availability16,13,18,7. In adult rats, BOLD signal changes following acute SSRI administration have been described in several 5-HT related brain regions, i.e. cortical areas, hippocampus, hypothalamus and thalamus9,16,15. Stimulation of the 5-HT system and its response to this challenge can be thus used as a measure of its function in both animals and humans2,11.
Protocol
Discussion
5 हिंदुस्तान टाइम्स phMRI vivo में पशुओं में neurotransmitter समारोह का आकलन करने के लिए एक होनहार उपकरण है. यह मस्तिष्क कार्यात्मक एमआर इमेजिंग के साथ एक 5-HT चुनौती के जवाब visualizes. एमआरआई के लिए एक उच्च स्थानिक संकल्प है और इसके विपरीत एजेंट या रेडियो लेबल इस प्रकार ionizing विकिरण के लिए दोहरावदार जोखिम से बचने के अणुओं के इंजेक्शन की जरूरत नहीं है महान लाभ है. इस तकनीक को दोनों मानव और पशुओं के विषयों में लागू है और इसलिए neurotransmitter प्रणाली और मानसिक विकारों के translational अनुसंधान के लिए बहुत उपयुक्त है. अपने आवेदन पाठ्यक्रम के 5 हिंदुस्तान टाइम्स मार्ग के लिए ही सीमित नहीं है और पहले से ही बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया गया है दोनों 5,15 पशुओं और 22 मनुष्यों में डोपामिनर्जिक दवाओं के प्रभाव का आकलन है.
फिर भी, छोटे जानवरों में phMRI चुनौती बनी हुई है, के रूप में पहले से ही मार्टिन और सिब्सन के 11 और 20 प्रबंधक द्वारा समीक्षा लेख में बताया. इन चुनौतियों में से एक रखरखाव ओच छवि अधिग्रहण के दौरान स्थिर शारीरिक मापदंड. अधिकांश anesthetics हृदय समारोह को बदल दिया है है कि phMRI गंभीर हृदय / hemodynamic मापदंडों यह आवश्यक है करने के लिए सुनिश्चित करें कि किसी भी hemodynamic परिवर्तन केवल दी गई दवा चुनौती के कारण पर निर्भर है. इसलिए यह vitally महत्वपूर्ण है कि पीसीओ 2 स्तर आधारभूत अधिग्रहण के दौरान स्थिर रहना. यांत्रिक वेंटीलेशन शारीरिक स्थिरता सुनिश्चित करने में मदद कर सकते हैं, और अक्सर के इस प्रकार के प्रयोगों में इस्तेमाल किया है. लेकिन हम मुक्त साँस लेने में जानवरों का उपयोग भविष्य में अनुदैर्ध्य अध्ययन करने की संभावना के लिए खुला छोड़ करने के लिए चुना. इसके बजाय, हम बड़े पैमाने पर और बदल श्वसन दर और रक्त गैस मूल्यों पर नजर रखी सामान्य सीमाओं के भीतर शारीरिक स्थिरता सुनिश्चित करने के पहले कार्यात्मक स्कैन के शुरू और इस तरह से स्थिर संवहनी जेट की रक्षा के लिए और इस तरह टी 2 * / संकेत टी 2. सामान्य anesthetics के प्रभाव के बारे में साहित्य मस्तिष्क hemodynamics और metabolis के पर20 प्रचुर मात्रा में है और इस पांडुलिपि के दायरे से परे है. हम इस विशिष्ट प्रोटोकॉल में ± 2 isoflurane% के साथ गैस संज्ञाहरण का उपयोग करने के लिए चुना है, क्योंकि साँस लेना anesthetics के साथ, संज्ञाहरण की गहराई तेजी से हो सकता है और आसानी से नियंत्रित कर सकते हैं. यह हमारे सेटअप में छवि अधिग्रहण के शुरू होने से पहले सामान्य श्रेणी स्थिर पीसीओ 2 स्तर को सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है. Isoflurane सबसे अधिक इस्तेमाल किया inhalant चतनाशून्य करनेवाली औषधि है और आज तेजी से शामिल है और वसूली है, जो अनुदैर्ध्य अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण है के लिए अनुमति देता है. यह भी कम से कम हृदय और श्वसन अवसाद पैदा करता है और कंकाल की मांसपेशियों की अच्छी छूट लाती है.
दूसरी, चुनौतीपूर्ण दवा की नसों में प्रशासन के अधिक मनुष्यों की तुलना में छोटे पशुओं में जटिल है. सर्जरी है कि और्विक धमनी और शिरा की केन्युलेशन के लिए की जरूरत है अच्छी तरह से प्रशिक्षित और अनुभवी स्टाफ की आवश्यकता है. इन आक्रामक प्रक्रियाओं के कारण मुख्य रूप से टर्मिनल की प्रक्रिया में इस्तेमाल किया पल पर है. हालांकि, गैर इनवेसिव रक्त homeostasis और पूंछ नस इंजेक्शन की निगरानी अनुदैर्ध्य 23 अध्ययन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
इसके अलावा, वहाँ तकनीक है, है जो पशु phMRI के लिए विशिष्ट नहीं कर रहे हैं के लिए कुछ और अधिक सामान्य सीमाएं हैं. इसके अतिरिक्त, के रूप में मार्टिन और सिब्सन 11 के द्वारा कहा, सभी fMRI अध्ययन के एक संभावित उलझन में डालना है कि यह माना जाता है कि मस्तिष्क गतिविधि में परिवर्तन चुनौती से पैदा परिधीय प्रणालीगत प्रभाव के बजाय neuronal गतिविधि में बदलाव को प्रतिबिंबित. गहरी मस्तिष्क संरचना में विशेष रूप से, neurovascular युग्मन के एक अपेक्षाकृत गरीब समझ neuronal गतिविधि में परिवर्तन और hemodynamic परिवर्तन के बीच संबंध रहता है. 10 Logothetis द्वारा प्रदर्शन के लिए प्रांतस्था में neurovascular युग्मन निर्धारित तरह के अध्ययन अभी तक नहीं मस्तिष्क के अन्य भागों में प्रदर्शन किया गया है. यह इसलिए महत्वपूर्ण संरचनाओं में बोल्ड संकेत में वृद्धि क्या इस तरह striatum से प्रमस्तिष्कखंड या कह है अज्ञात हैहमें neuronal गतिविधि के बारे में जी. हम इस क्षण में कह सकते हैं सबसे अच्छा है कि मस्तिष्क क्षेत्र को दी गई चुनौती के प्रति प्रतिक्रिया करता है और उपचार और / या शर्तों के आधार पर, हम मस्तिष्क जेट की महत्वपूर्ण परिवर्तन की निगरानी कर सकते हैं कि. यह मोटे तौर पर दोनों एमआरआई डेटा और शारीरिक प्रतिक्रियाओं को देख द्वारा सत्यापित किया जा सकता है. मस्तिष्क सक्रियण के सामान्य पैटर्न इस मामले में, एक उच्च स्फूर्तिदान के 5-HT, और नहीं के रूप में ज्यादा के रूप में एक सामान्य संवहनी प्रतिक्रिया में विशिष्ट क्षेत्र और साथ क्षेत्रों के लिए प्रतिबंधित होना चाहिए. इसके अलावा, संवहनी और hemodynamic परिवर्तन के बीच एक अलग प्रोफ़ाइल अस्थायी उम्मीद है. जबकि रक्तचाप में परिवर्तन कई मिनट के भीतर अपने आधारभूत मूल्यों को वापस करने के लिए, बोल्ड सक्रियण पर दवा का प्रभाव दिखाई Fluoxetine के मामले में छवि अधिग्रहण के अंत तक है और इस दवा का पता pharmacokinetic गुण के अनुरूप है. अंत में, सभी जानवरों के शारीरिक प्रतिक्रियाओं के समान हो सकता है क्रम में करने के लिए अंतर – विषय तुलना करने के लिए करना चाहिए. Nonetheleएस एस, यह ज्ञात है कि 5 हिंदुस्तान टाइम्स द्वारा स्थानीय रक्त प्रवाह की तंत्रिकाजन्य विनियमन 4 मौजूद है. इसलिए यह है कि बोल्ड संकेत के स्थानीय परिवर्तन संवहनी जहाजों की निकटता में 5 हिंदुस्तान टाइम्स के रिलीज होने के कारण परिवर्तन के गुण हो सकता है बाहर नहीं किया जा सकता है. हालांकि इन प्रभावों को स्थानीय neuronal सक्रियण के लिए नहीं जुड़े हैं और इस तरह झूठी सकारात्मक परिणाम के रूप में माना जा सकता है, यह भी 5-HT प्रणाली के समग्र विशेष समारोह (3 भी देखें) की एक सूची है.
इस तकनीक का महत्वपूर्ण कदम इसलिए कर रहे हैं शारीरिक प्रतिक्रियाओं को बड़े पैमाने पर नजर रखने के लिए और यकीन है कि पशु की शारीरिक स्थितियों से पहले और छवि अधिग्रहण के दौरान स्थिर रहे हैं. इसके अलावा स्कैनर की स्थिति के रूप में संभव के रूप में स्थिर है और वास्तव में प्रत्येक जानवर के लिए एक ही होना चाहिए. आपके अनुक्रम के संकेत स्थिरता और अपने प्रयोग के शुरू होने से पहले जाँच की जानी चाहिए की पुष्टि की. इसके अलावा, यकीन है कि हमेशा बड़े पर्याप्त सांख्यिकीय शक्ति छोटे विषय चल मैदान के साथ भी,पी एस. पशु phMRI की प्रयोगात्मक आधार पर सामान्य रूप में एक अच्छी समीक्षा के लिए 20, प्रबंधक देखना और औषधीय fMRI के लिए चूहों और चूहों में एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के एक अतिरिक्त उदाहरण के लिए, फेरारी 5 देखना.
तकनीक के संभावित संशोधन यहाँ वर्णित कई हैं. एक सका:
- चुनौती के रूप में एक और SSRIs के या 5-HT (चींटी) रिसेप्टर agonists के 16,13,18,7 या भी एक डबल चुनौती के क्रम में दवा 6,19 कार्रवाई की अंतर्निहित तंत्र प्रकट 5 – हिंदुस्तान टाइम्स, के लिए एक अलग दवा का उपयोग;
- एक अलग संज्ञाहरण शासन, यांत्रिक वेंटीलेशन, रक्त पूल विपरीत एजेंटों के बजाय बोल्ड 15, अनुदैर्ध्य अध्ययन (पशु जिंदा रखा जा जरूरत के रूप में एक अलग प्रयोगात्मक सेटअप है, का उपयोग करें, तो कोई आक्रामक रक्त गैस / रक्तचाप माप और / या यांत्रिक वेंटीलेशन संभव हो रहे हैं), या neuronal गतिविधि की रिकॉर्डिंग के रूप में अन्य तरीकों (आक्रामक) एमआर संगत तत्वों का उपयोग के साथ संयोजन भी10 या पीईटी SPECT / 4 पढ़ाई ctrodes;
- 'पी' ब्लॉक 12 McKie या कार्यात्मक कनेक्टिविटी 15 विश्लेषण की पद्धति के रूप में इस तरह के अलग एमआरआई डेटा विश्लेषण के तरीकों का उपयोग करें.
जो विकल्प आप प्रयोगात्मक सेटअप में बनाने की संभावनाओं और / या अपने प्रयोगशाला और अनुसंधान प्रश्न के प्रकार आप का जवाब चाहते हैं के भीतर अनुभव पर अत्यधिक निर्भर है.
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम में वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए नीदरलैंड संगठन (NWO) (Veni नहीं. 916.86.125), एल Reneman के लिए सम्मानित किया गया द्वारा वित्त पोषित है. funder अध्ययन डिजाइन में कोई भूमिका नहीं है, डेटा संग्रह और विश्लेषण, प्रकाशित करने का निर्णय, या पांडुलिपि की तैयारी की थी. ब्याज की कोई संघर्ष कर रहे हैं.
Materials
| Name of the reagent/equipment | Company | Catalogue number | Comments |
| Isoflurane | ABBOTT Abbott Laboratories Ltd.,Maidenhead, UK |
No B506 | Mix with medical air |
| Medical air | BOC Healthcare | ||
| Heating pad | Harvard apparatus | 507223F Complete Homeothermic Blanket System with Flexible Probe, Medium, 230 VAC, 50 Hz |
|
| Silk ligature | http://www.harvardapparatus.com/ | 2-0 black braided silk non-absorbable Cat Num 51-7631 |
|
| PE-50 Cannula | http://www.scientificlabs.co.uk/ | Portex Tubing PE 0.58×0.96mm | 0.58 ID 0.96 OD mm |
| Heparin sodium | Leo laboratories Ltd, Bucks., UK | Heparin sodium 1000IU/ml | 15 U/ml |
| Vetbond Tissue Adhesive | 3M | M Vetbond Tissue Adhesive | |
| Monitoring system | SA Instruments | http://www.i4sa.com Model 1025L monitoring system |
Monitors respiration and temperature |
| Pressure transducer | Biopac Systems Corp | BLOOD PRESSURE TRANSDUCER – TSD104A MP150 DATA ACQUISITION SYSTEM – WIN – MP150WSW |
Monitors blood pressure |
| RapidLab blood gas analyzer | Siemens Diagnostics | RAPIDLab 248/348 Systems | |
| 4.7T animal scanner | Agilent Technologies (previously Magnex) 4.7T frequency 199.845 MHz |
||
| MR compatible stereotactic bed | m2m Imaging Corp | Rat bed: PA Multi element AHS 50-72-1003/100 | |
| Coil | m2m Imaging Corp | Volume TH/Rx RQD1 72/112 200 |
|
| Fluoxetine Hydrochloride | Sigma-Aldrich | F-132 | 5mg/kg in saline |
Riferimenti
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