非拘束EEG Radiotelemetry：硬膜外とディープ脳内定位EEG電極配置
Summary
非拘束脳波radiotelemetryは自由に動くげっ歯類からin vivoでの長期的な脳波を記録する貴重な方法論的アプローチです。この詳細なプロトコールは、CNSのリズムとCNS関連行動の段階の信頼性の高い記録を得るために、異なる脳領域に定位硬膜外と深い脳内電極配置を説明しています。
Abstract
植込み型脳波radiotelemetryは、神経精神医学的および神経変性疾患だけでなく、てんかんのトランスジェニックマウスモデルの神経学的特性評価において中心的な関連性があります。この強力な技術は、根底にある病態生理学的メカニズムに貴重な洞察を提供するだけでなく、すなわち 、CNS関連疾患の原因病理は、それはまた、新しい翻訳、 すなわち 、治療法の開発を容易にします。ジャケットまたは係留システムで使用される記録システムを利用する競合技術は、半拘束文字への非生理的な抑制に苦しむ一方、radiotelemetric EEG記録はこれらの欠点を克服します。技術的には、移植可能な脳波radiotelemetryは、様々な生理学的および病態生理学的条件の下で硬膜外と深い、脳内脳波の正確かつ高感度な測定を可能にします。まず、我々は、成功したまっすぐの詳細なプロトコルを提示します高品質のelectrocorticogramsその結果硬膜外（表面）EEG記録のための迅速かつ効率的な技術。第二に、我々は、海馬（electrohippocampogram）で、 例えば深い、脳内EEG電極を、移植する方法を示しています。両方のアプローチについては、コンピュータの3D定位電極注入システムが用いられます。無線周波数送信機自体が、マウスおよびラットの両方における皮下嚢に移植されます。特別な注意はまた、実験動物の周囲および術後治療を事前に支払われる必要があります。マウス、ラット、適切な麻酔の術前の準備だけでなく、術後の治療や痛みの管理は、詳細に記載されています。
Introduction
Radiotelemetryは特にEEG、ECG、EMG、血圧、体のコア温度または活性の測定1-7との関連で、様々なサイズを意識し、拘束されていない動物で、行動や生理的パラメータの多様性を測定するための最も貴重な方法論的アプローチです。理論的には、任意の種は、ネコ、イヌ、ブタおよび霊長類3.8のマウスおよびラットのような実験用げっ歯類の移植可能な脳波radiotelemetryを用いて分析することができます。でも、魚、爬虫類と両生類はradiotelemetric調査9の対象となります。過去20年間にわたって、移植可能なEEGのradiotelemetryは、てんかん、睡眠障害、神経変性および神経精神障害7,10-12などのヒト疾患の種々のトランスジェニック動物モデルの特性に有益であることが証明されました。過去には、マウスおよびラットからの生体電位を含む生理学的データを収集する多数の方法論的アプローチは、descをしていますribed。ジャケットレコーダーシステム、物理的な拘束方法、非移植radiotransmittersと係留システムで着用は過去13,14のメイン注目を集めています。今日、radiotelemetric移植のための様々なシステムが市販されています。しかし、文学の画面には、自作のradiotelemetricシステム15-40の開発を記述する29の出版物を明らかにしました。自家製のシステムは安価で、よりユーザに適合である可能性が高いのに対し、市販のシステムは、単純にインストールすることが比較的容易であり、迅速に設定することができます。
植込み型脳波radiotelemetryは、ジャケット・システムまたは係留アプローチで着用物理的な拘束方法、などの競合技術に比べて多くの利点を有します。後者は、定義によって拘束されている、すなわち 、動物は動くことができない場合、またはその正常な動作が損なわれています。それも、再取得のための動物を麻酔する必要があるかもしれません責任を負うデータ。現代の係留システムは、しかしながら、より少ない拘束である可能性が高いが、これは科学的に検証される必要があります。一方、Radiotelemetryは、動物が時空間の制約なしに行動の彼らの完全なレパートリーを発揮することができ、したがって、アプローチを抑制し、人間1,3で取得することができ、結果の複数の予測であることがより優れていると考えられています。その拘束アプローチは劇的に根本的な生理学的パラメータ、 例えば 、食物摂取、身体の深部体温、血圧と心拍数と実施例3のために身体活動を変化させることができるが、それはかなりのために知られています。係留システムは、1枚の静止広く使用されている古典的な拘束アプローチ13,14を表します。硬膜外または深いのいずれかの電極である電極は、一般的に頭蓋骨に固定されている小型のソケットに接続されています。ソケット自体は、動物の比較的自由な動きを可能にするケーブルの取り付けのために露出されています。 ALTHウワーッ、今日係留システムは非常に繊細かつ非常に柔軟になってきた、その主要な欠点の一つは、それがまだ半拘束であること、です。動物は自分の体（頭）由来の任意の外部機器を操作する傾向があるように加えて、電極移植部位での感染の危険があるかもしれません。様々な種の無線radiotelemetry技術はすでに60年代後半に記載されているので、数十年前から存在してきたが、それはごく最近になって、特にこのような小さな実験用げっ歯類では、手頃な価格で信頼性が高く、比較的使いやすい10,41,42となっていますマウスやラットなど。小さい、小型の移植可能なEEG送信機は、現在市販されており、20グラム（約10週間）よりも大きいマウスに移植することができます。このように、特にトランスジェニックマウスモデルの電気生理学的特性評価は、これらの日の移植可能な脳波radiotelemetryのアプリケーションの主な分野となっています。動物の大きさは、もはや絶対的な実験restricではありませんトランスミッタ「バッテリーの寿命一方ションは確かです。その限られた寿命にもかかわらず、移植可能な送信機システムは、システムを抑制することによって潜在的な記録に関連するストレスに関連するほとんどの欠点を最小限に抑えることが可能です。げっ歯類は安静時、運動活性（探査）と睡眠（REM、徐波睡眠）43,44を含む生理学的な行動の彼らの完全な装備一式を提示することができます。重要なのは、移植可能なradiotelemetryは強く動物使用3を減らすことができます 。現在、科学の実験動物の数を制限し、彼らの苦しみを軽減する方法について激しい議論があります。明らかに、動物実験やヒトおよび動物の疾患の動物モデルは、ボトムラインの病態と治療におけるその後の進展についての我々の理解のために不可欠です。また、動物実験は、薬物の研究開発において重要です。彼らは、実質的に、薬物のライセンスでの前臨床/毒物学的研究に寄与しませんこのように、ヒトおよび動物の両方の世話にコミットします。これは現在の選択肢がまだ誘発される他の方法では不可能であろう複雑な病態生理学的メカニズムを理解するために、動物の研究に利用できないことを、注目すべきです。同時に、EUおよび米国における3R、 すなわち 、交換、縮小と洗練戦略が強く補完代替方法の研究を奨励しています。 Radiotelemetryは、他の技術と比較して、実験動物の数およびそれらの苦痛を軽減することができるように成功した3R戦略の重要な例です。
ここでは、マウスとラットの両方における無線周波数送信機の皮下ポーチ注入を実行するための詳細かつ連続的なステップバイステップのアプローチを提供します。この最初のシーケンスは、定位硬膜外と深い脳内脳波電極の位置の説明が続いています。特別な注意は、住宅事情、麻酔、周囲および術後疼痛に支払われます管理および可能な抗感染症治療。焦点は確実に硬膜外と深い脳内構造物を対象とするコンピュータ化された3D定位アプローチです。また、術後の回復時の外傷および疼痛管理の最適化を減少させるための頻繁な実験的なEEG電極注入における落とし穴と戦略についてのコメント。最後に、表面と深部EEG記録の例を提示します。
Protocol
Representative Results
Discussion
それは、実験動物が行動1,3の彼らの完全なレパートリーを実行することを可能にする非拘束技術であるとして、植込み型脳波radiotelemetryは、中央の関連性があります。遠隔測定アプローチは自発的なEEG記録だけでなく、認知課題の下での録音や、T-迷路のような概日分析のセットアップ、放射状迷路、水迷路、睡眠不足のタスクまたはたびEEG記録が必要または有用であるだけでな?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Dr. Christina Ginkel (German Center for Neurodegenerative Diseases, DZNE), Dr. Michaela Möhring (DZNE) and Dr. Robert Stark (DZNE) for assistance in animal breeding and animal health care. This work was financially supported by the Federal Institute for Drugs and Medical Devices (Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte, BfArM) Bonn, Germany.
Materials
| Carprofen (Rimadyl VET – InjektionA2:D43slösung) | Pfizer | PZN 0110208 | 20 ml |
| binocular surgical magnification microscope | Zeiss Stemi 2000 | 0000001003877, 4355400000000, 0000001063306, 4170530000000, 4170959255000, 4551820000000, 4170959040000, 4170959050000 | |
| bulldog serrefine | F.S.T. | 18051-28 | 28mm |
| cages (Macrolon) | Techniplast | 1264C, 1290D | |
| cold light source | Schott KL2500 LCD | 9.705 202 | ordered at Th.Geyer |
| cotton tip applicators (sterile) | Carl Roth | EH12.1 | |
| Dexpanthenole (Bepanthen Wund- und Heilsalbe) | Bayer | PZN: 1578818 | |
| drapes (sterile) | Hartmann | PZN 0366787 | |
| 70% ethanol | Carl Roth | 9065.5 | |
| 0.3% / 3% hydrogene peroxide solution | Sigma | 95321 | 30% stock solution |
| gloves (sterile) | Unigloves | 1570 | |
| dental glas ionomer cement | KentDental /NORDENTA | 957 321 | |
| 2% glutaraldehyde solution | Sigma | G6257 | |
| Graefe Forceps-curved, serrated | F.S.T. | 11052-10 | |
| Halsey Micro Needle Holder-Tungsten Carbide | F.S.T. | 12500-12 | 12.5 cm |
| heat-based surgical instrument sterilizer | F.S.T. | 18000-50 | |
| heating pad | AEG HK5510 | 520010 | ordered at myToolStore |
| high-speed dental drill | Adeor | SI-1708 | |
| Iris scissors extra thin | F.S.T. | 14058-09 | 9 cm |
| Inhalation narcotic system (isoflurane) | Harvard Apparatus GmbH | 34-1352, 10-1340, 34-0422, 34-1041, 34-0401, 34-1067, 72-3044, 34-0426, 34-0387, 34-0415, 69-0230 | |
| Isoflurane | Baxter 250 ml | PZN 6497131 | |
| Ketamine | Pfizer | PZN 07506004 | |
| lactated Ringer’s solution (sterile) | Braun | L7502 | |
| Lexar-Baby Scissors-straight, 10 cm | F.S.T. | 14078-10 | 10 cm |
| Nissl staining solution | Armin Baack | BAA31712159 | |
| non-absorbable suture material 5-0/6-0 (sterile) | SABANA (Sabafil) | N-63123-45 | |
| Covidien (Sofsilk) | S1172, S1173 | ||
| Halsey Needle Holder | F.S.T. | 12001-13 | 13 cm |
| pads (sterile) | ReWa Krankenhausbedarf | 2003/01 | |
| 0.9% saline (NaCl, sterile) | Braun | PZN:8609255 | |
| scalpel blades with handle (sterile) | propraxis | 2029/10 | |
| Standard Pattern Forceps | F.S.T. | 11000-12, 11000-14 | 12 cm and 14.5 cm length |
| Steel and tungsten electrodes parylene coated | FHC Inc., USA) | UEWLGESEANND | |
| stereotaxic frame | Neurostar | 51730M | ordered at Stoelting |
| (Stereo Drive-New Motorized Stereotaxic) | |||
| tapes (sterile) | BSN medical GmbH & Co. KG | 626225 | |
| TA10ETA-F20 | DSI | 270-0042-001X | Radiofrequency transmitter 3.9 g, 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range ± 2.5 mV, channel bandwidth (B) 1-200 Hz, nominal sampling rate (f) 1000 Hz (f = 5B) temperature operating range 34-41 °C warranted battery life 4 months |
| TL11M2-F20EET | DSI | 270-0124-001X | Radiofrequency transmitter 3.9 g, 1.9 cc, input voltage range ± 1.25 mV, channel bandwidth (B) 1-50 Hz, nominal sampling rate (f) 250 Hz (f = 5B) temperature operating range 34-41 °C warranted battery life 1.5 months |
| Tissue Forceps- 1×2 Teeth 12 cm | F.S.T. | 11021-12 | 12 cm length |
| Tungsten carbide iris scissors | F.S.T. | 14558-11 | 11.5 cm |
| Vibroslicer 5000 MZ | Electron Microscopy Sciences | 5000-005 | |
| Xylazine (Rompun) | Bayer | PZN: 1320422 |
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