In vivo Tomografia ad emissione di positroni per rivelare i modelli di attività indotti dalla stimolazione cerebrale profonda nei ratti

Summary

Descriviamo un metodo sperimentale preclinico per valutare la neuromodulazione metabolica indotta dalla stimolazione cerebrale profonda acuta con FDG-PET in vivo . Questo manoscritto comprende tutte le fasi sperimentali, dalla chirurgia stereotassica all'applicazione del trattamento di stimolazione e all'acquisizione, elaborazione e analisi di immagini PET.

Abstract

La stimolazione cerebrale profonda (DBS) è una tecnica neurochirurgica invasiva basata sull'applicazione di impulsi elettrici alle strutture cerebrali coinvolte nella fisiopatologia del paziente. Nonostante la lunga storia della DBS, il suo meccanismo d'azione e i protocolli appropriati rimangono poco chiari, evidenziando la necessità di ricerche volte a risolvere questi enigmi. In questo senso, valutare gli effetti in vivo della DBS utilizzando tecniche di imaging funzionale rappresenta una potente strategia per determinare l'impatto della stimolazione sulla dinamica cerebrale. Qui viene descritto un protocollo sperimentale per modelli preclinici (ratti Wistar), combinato con uno studio longitudinale [¹⁸F]-fluorodesossiclucosa tomografia ad emissione di positroni (FDG-PET), per valutare le conseguenze acute della DBS sul metabolismo cerebrale. In primo luogo, gli animali sono stati sottoposti a chirurgia stereotassica per l'impianto bilaterale di elettrodi nella corteccia prefrontale. È stata acquisita una tomografia computerizzata post-chirurgica (TC) di ciascun animale per verificare il posizionamento degli elettrodi. Dopo una settimana di recupero, è stato acquisito un primo FDG-PET statico di ciascun animale operato senza stimolazione (D1) e due giorni dopo (D2), un secondo FDG-PET è stato acquisito mentre gli animali venivano stimolati. Per questo, gli elettrodi sono stati collegati a uno stimolatore isolato dopo aver somministrato FDG agli animali. Pertanto, gli animali sono stati stimolati durante il periodo di assorbimento di FDG (45 min), registrando gli effetti acuti della DBS sul metabolismo cerebrale. Data la natura esplorativa di questo studio, le immagini FDG-PET sono state analizzate con un approccio voxel-wise basato su un T-test accoppiato tra studi D1 e D2. Nel complesso, la combinazione di DBS e studi di imaging consente di descrivere le conseguenze della neuromodulazione sulle reti neurali, contribuendo in definitiva a svelare gli enigmi che circondano la DBS.

Introduction

Il termine neurostimolazione comprende una serie di tecniche diverse volte a stimolare il sistema nervoso con un obiettivo terapeutico¹. Tra questi, la stimolazione cerebrale profonda (DBS) si distingue come una delle strategie di neurostimolazione più diffuse nella pratica clinica. La DBS consiste nella stimolazione dei nuclei cerebrali profondi con impulsi elettrici erogati da un neurostimolatore, impiantati direttamente nel corpo del paziente, attraverso elettrodi posti nel bersaglio cerebrale per essere modulati mediante chirurgia stereotassica. Il numero di articoli che valutano la fattibilità dell'applicazione della DBS in diversi disturb....

Protocol

Le procedure sperimentali sugli animali sono state condotte secondo la direttiva 2010/63 / UE del Consiglio delle Comunità europee e approvate dal Comitato etico per la sperimentazione animale dell'ospedale Gregorio Marañón. Un riepilogo grafico del protocollo sperimentale è mostrato nella Figura 1A.

1. Localizzazione del bersaglio cerebrale mediante neuroimaging in vivo

1. Preparazione degli animali
   NOTA: Sono stati utilizzati ratti Wistar maschi di ~ 300 g.
   1. Posizionare l'animale in una scatola di induzione per anestesia e sigillare la parte superiore.
   2. Accendere il ....

Results

Gli animali sono stati sacrificati usando CO₂ alla fine dello studio o quando il benessere dell'animale è stato compromesso. Un esempio di uno studio PET/CT completo da un animale operato è mostrato nella Figura 3. Pertanto, l'elettrodo inserito nel cervello del ratto può essere chiaramente osservato nell'immagine TC mostrata in Figura 3A. Questa modalità di imaging fornisce buone informazioni anatomiche e facilita la registrazione delle immagini FDG-.......

Discussion

Dati i progressi nella comprensione della funzione cerebrale e delle reti neurali coinvolte nella fisiopatologia dei disturbi neuropsichiatrici, sempre più ricerche stanno riconoscendo il potenziale della DBS in una vasta gamma di patologie neurologiche². Tuttavia, il meccanismo d'azione di questa terapia rimane poco chiaro. Diverse teorie hanno tentato di spiegare gli effetti ottenuti in specifiche circostanze patologiche e di stimolazione, ma l'eterogeneità degli studi proposti rende molto diffi.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Scanner 7-Tesla Biospec 70/20	Bruker, Germania	SN0021	Scanner MRI per l'imaging di piccoli animali
Betadine	Meda Pharma S.L., Spagna	644625.6	Soluzione di iodio (iodopovidone)
Beurer IL 11	Beurer	SN87318	Luce infrarossa
Cavo bipolare 50 cm con 50 cm di copertura della rete fino a 100 cm	Plastica Uno, USA	305-305 (CM)
Cavo bipolare TT2  50 cm fino a 100 cm	Plastics One, USA	305-340/2	Cavo bipolare TT2  50 cm fino a 100 cm
Buprex	Schering-Plough, S.A	961425	Buprenorfina (analgesico)
Ceftriaxona Reig Jofré 1g IM	Laboratorio Reig Jofré S.A., Spagna	624239.1	Ceftriaxone (antibiotic)
Commutatore	Plastics One, USA	SL2+2C	Commutatore a 4 canali per DBS
Elettrodi bipolari concentrici in platino-iridio	Plastics One, USA	MS303/8-AIU/Spc	Elettrodi per DBS
Driller	Bosh	T58704	Driller
FDG	Curium Pharma Spain S.A., Spagna	-----	2-[18F]fluoro-2-deossi-D-glucosio (radiotracciante PET)
Termoforo	DAGA, Spagna	23115	Termoforo
Ketolar	Pfizer S.L., Spagna	776211.9	Ketamina (farmaco anestetico)
Lipolistico 2 mg/g	Bausch & Lomb S.A, Spagna	65277	Gel lubrificante oftalmico
MatLab R2021a	The MathWorks, Inc		Software di supporto per SPM12
MRIcro	McCausland Center for Brain Imaging,  Università della Carolina del Sud, USA	v2.1.58-0	Software per la pre-elaborazione e l'analisi delle immagini
Multimodality Workstation (MMWKS)	BiiG, Spagna		Software per l'elaborazione e l'analisi delle immagini
Omicrom VISION VET	RGB Medical Devices, Spagna	731100 ReV B	Monitor cardiorespiratorio per piccole immagini
Prevex Cotton fioc	Prevex, Finlandia	-----	Cotton fioc
Sevorane	AbbVie Spagna, S.L.U, Spagna	673186.4	Sevoflurano (anestesia inalatoria)
Viti piccole	Max Witte GmbH	1,2 x 2 DIN 84 A2	Viti piccole
Strumento stereotassico con telaio a U standard per ratto, 18 gradi; Ear Bar	Harvard Apparatus, USA	75-1801	Telaio stereotassico a due bracci per
ratto Mappatura parametrica statistica (SPM12)	The Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Queen Square Institute of Neurology, Regno Unito	SPM12	Software per l'analisi dell'imaging voxel-wise
STG1004	Multi Channel Systems GmbH, Germania	STG1004	Stimolatore isolato
Scanner	PET/CT SuperArgusSedecal, Spagna	S0026403	Scanner NanoPET/CT per l'imaging di piccoli animali
Filo di sutura con ago, 1/º	Lorca Marí n S.A., Spagna	55325	Sutura intrecciata in seta naturale non assorbibile 1/0, con ago triangolare
Technovit 4004 (polvere e liquido)	Tecnica Kulzer, Germania	64708471; 64708474	Cemento dentale acrilico per rubinetto per craniotomia Ratti
Wistar (Rattus norvergicus)	Charles River, Spagna	struttura per animali	Modello animale utilizzato
Xylagesic	Laboratorios Karizoo, A.A, Spagna	572599-4	Xilazina (farmaco anestetico)
	Normon S.A., Spagna	602910	Mepivacaina in gel per uso topico