Målet med denne teknikken er å vurdere serotonin (5-HT) nevrotransmitter funksjon i live og fri pust dyr med farmakologisk magnetic resonance imaging (phMRI) og en intravenøs utfordring med en selektiv serotonin reuptake inhibitor (SSRI), fluoksetin.
Farmakologisk MRI (phMRI) er en ny og lovende metode for å studere effekter av stoffene på hjernens funksjon som kan til slutt brukes til å avdekke underliggende nevrobiologiske mekanismene bak narkotika handling og nevrotransmitter-relaterte lidelser, som depresjon og ADHD. Som de fleste av imaging metoder (PET, SPECT, CT) representerer det en fremgang i etterforskningen av hjernen lidelser og relaterte funksjon av nevrotransmitter baner i en ikke-invasiv måte med hensyn til den samlede nevronale tilkobling. Videre det gir også et ideelt verktøy for oversettelse til kliniske undersøkelser. MR, mens fortsatt bak i molekylær imaging strategier i forhold til PET og SPECT, har den store fordel å ha en høy romlig oppløsning og ingen behov for injeksjon av en kontrast-agent eller radio-merket molekyler, og dermed unngå repeterende eksponering for ioniserende stråling . Funksjonell MRI (fMRI) brukes mye i forskning og klinisk setting, der det er generally kombinert med en psyko-motor oppgave. phMRI er en tilpasning av fMRI slik etterforskningen av en bestemt nevrotransmitter-system, slik som serotonin (5-HT), under fysiologiske eller patologiske tilstander etter aktivering via administrering av en bestemt utfordrende stoff.
Målet med metoden som beskrives her er å vurdere hjerne 5-HT funksjon i fri-puste dyr. Ved å utfordre 5-HT-systemet samtidig skaffe funksjonelle MR-bilder over tid, kan responsen i hjernen til denne utfordringen bli visualisert. Flere studier på dyr har allerede vist at legemiddelinduserte økning i ekstracellulære nivåer av f.eks 5-HT (slippmidler, selektive reopptak stopper, osv.) fremkalle region-spesifikke endringer i oksygentilførsel i blodet nivå avhengige (Fet) MR-signaler (signal på grunn til en endring av oksygenert / deoxygenated hemoglobinverdier som oppstår under hjerneaktivitet gjennom en økning av blodtilførselen til å forsyne oksygen og glucose til de krevende nevroner) som gir en indeks av nevrotransmitter funksjon. Det har også vist at disse effektene kan reverseres ved behandlinger som reduksjon 5-HT tilgjengelighet 16,13,18,7. I voksne rotter, har Fet signal endringer etter akutt SSRI administrasjon blitt omtalt i flere 5-HT relaterte områder av hjernen, dvs. kortikale områder, hippocampus, hypothalamus og thalamus 9,16,15. Stimulering av 5-HT-systemet og dets respons på denne utfordringen kan dermed brukes som et mål på dens funksjon i både dyr og mennesker 2,11.
5-HT phMRI er en lovende verktøy for å vurdere signalfunksjon i dyr in vivo. Det visualiserer hjernen svar på en 5-HT utfordringen med funksjonell MR. MR har stor fordel å ha en høy romlig oppløsning og ikke trenger injeksjon av kontrast-agent eller radio-merkede molekyler og dermed unngår gjentagende eksponering for ioniserende stråling. Denne teknikken er aktuelt i både mennesker og dyr fag og derfor meget godt egnet for translasjonsforskning av nervesystemer og psykiske lidelser. Dens anvendelse er selvfølgelig ikke begrenset til 5-HT vei og har allerede vært brukt mye til å vurdere virkningene av dopaminerge medikamenter hos både dyr og mennesker 5,15 22.
Likevel er phMRI i små dyr utfordrende, som allerede påpekt i oversiktsartikler av Martin og Sibson 11 og Steward 20. En av disse utfordringene er det vedlikehold of stabile fysiologiske parametre under bildet oppkjøpet. De fleste anestesimidler kan endre kardiovaskulær funksjon og gitt at phMRI er kritisk avhengig av kardiovaskulære / hemodynamiske parametere det er viktig å sikre at eventuelle hemodynamiske endringer er utelukkende tilskrives den gitte stoffet utfordringen. Det er derfor viktig at PCO 2 nivåer forblir konstant under baseline oppkjøpet. Mekanisk ventilasjon kan for å sikre fysiologiske stabilitet, og brukes ofte i denne typen eksperimenter. Vi imidlertid valgt å bruke fri-puste dyr å la åpent muligheten til å utføre longitudinelle studier i fremtiden. I stedet har vi mye overvåket (og endret) pusterytme og blodgassverdier å sikre fysiologiske stabilitet innenfor normalområdet før start av funksjonell skanning og på denne måten å bevare stabil vaskulær reaktivitet og dermed T2 * / T2 signal. Litteratur om effekten av generelle anestetika på cerebrale hemodynamikken og metabolism er rikelig 20 og utover omfanget av dette manuskriptet. Vi valgte å bruke gass anestesi med ± 2% isofluran i denne spesifikke protokollen, fordi med inhalasjonsanestetika, kan anestesidybden være raskt og enkelt kontrolleres. Dette er viktig i oppsettet vårt for å sikre normalområdet stabile PCO 2 plan før start av bildet oppkjøpet. Isofluran er den mest brukte inhalant bedøvelse i dag og gir mulighet for rask induksjon og utvinning, noe som er viktig for longitudinelle studier. Den produserer også minimal kardiovaskulær og respiratorisk depresjon og induserer god avslapping av musklene.
For det andre er intravenøs administrering av den utfordrende stoffet mer komplisert i små dyr enn i mennesker. Operasjonen som er nødvendig for kanylering av femoral arterie og vene krever godt trente og erfarne medarbeidere. På grunn av disse invasive prosedyrer det er for øyeblikket hovedsakelig brukt i terminal prosedyrer. Imidlertid kan ikke-invasiv monitorering av blod homeostase og hale vene injeksjon brukes for longitudinelle studier 23.
I tillegg er det noen mer generelle begrensninger i teknikken, som ikke er spesifikke for dyr phMRI. I tillegg, som påpekt av Martin og Sibson 11, er en potensiell forvirre av alle fMRI studier at det antas at endringene i hjernens aktivitet evoked av utfordringen reflektere endringer i neuronal aktivitet snarere enn perifere systemiske effekter. Spesielt i dypere strukturer i hjernen, er fortsatt en relativt dårlig forståelse av nevrovaskulære kobling (forholdet mellom nerveaktiviten endringer og hemodynamiske endringer). Studier av slag utført av Logothetis 10 for å avgjøre nevrovaskulære kobling i hjernebarken ennå ikke er utført i andre deler av hjernen. Det er derfor ukjent hva en økning i BOLD signal på viktige strukturer slik striatum eller amygdala er telling oss om neuronal aktivitet. Det beste vi kan si på dette tidspunktet er at hjernen regionen reagerer på den gitte utfordringen og at avhengig av behandling og / eller forhold, kan vi overvåke de betydelige endringene i hjernen reaktivitet. Dette kan i stor grad kontrolleres ved å se på både MRI data og fysiologiske responser. Den generelle mønster av hjerneaktivitet bør være region spesifikk og begrenset til områder med, i dette tilfellet, en høy 5-HT innervasjon, og ikke så mye en generell vaskulær respons. Også er en annen timelig profil mellom vaskulære og hemodynamiske forandringer forventet. Mens blodtrykk forandringer tilbake til sine opprinnelige verdier i løpet av noen minutter, er effekten av stoffet på BOLD aktivering i tilfelle av fluoksetin synlig fram til slutten av bildet oppkjøpet og tilsvarer de kjenner farmakokinetiske egenskapene til dette stoffet. Til slutt bør de fysiologiske responser av alle dyr være lik for å få inter-fag sammenligninger. Nonetheless, er det kjent at en nevrogen regulering av lokal blodstrøm av 5-HT eksisterer fire. Derfor kan det ikke utelukkes at lokale endringer av dristige signal kan tilskrive vaskulære endringer som følge av frigjøring av 5-HT ved nærhet av skip. Selv om disse effektene ikke er knyttet til lokal neuronal aktivering og kan således betraktes som falske positive resultater, er det også en indeks av den samlede spesifikk funksjon av 5-HT-systemet (se også 3.).
Kritiske trinn av denne teknikken er derfor å overvåke fysiologiske responser mye og å sørge for at de fysiologiske forholdene i dyret er stabilt før og under bildet oppkjøpet. Også skanner forholdene skal være så stabil som mulig og nøyaktig den samme for hvert dyr. Signal stabilitet sekvensen din bør kontrolleres og bekreftes før starten av eksperimentet. Videre sørge for alltid å ha stor nok statistisk styrke, selv med liten gjenstand Groups. For en fin gjennomgang på de eksperimentelle hensynet til dyr phMRI generelt, se Steward 20 og for ytterligere eksempel på en eksperimentell protokoll for farmakologisk fMRI i rotter og mus, se Ferrari fem.
Mulige endringer av teknikken beskrevet her er mange. Man kunne:
Hvilke valg du gjør i det eksperimentelle oppsettet er svært avhengig av mulighetene for og / eller erfaring innenfor ditt laboratorium og den type problemstilling du ønsker å svare.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet er finansiert av den nederlandske organisasjonen for Scientific Research (NWO) (Veni nei. 916.86.125), tildelt L. Reneman. Finansieringskilden hadde ingen rolle i studien design, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet. Det er ingen interessekonflikter.
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 |