Transcraniana por corrente contínua estimulação (tDCS) em ratos
Summary
Estimulação transcraniana de corrente contínua (tDCS) é uma técnica terapêutica proposta para tratar doenças psiquiátricas. Um modelo animal é essencial para entender as alterações biológicas específicas evocadas por tDCS. Este protocolo descreve um modelo do rato tDCS que utiliza um eletrodo implantado cronicamente.
Abstract
Estimulação transcraniana de corrente contínua (tDCS) é uma técnica de neuromodulação não-invasiva, proposta como um tratamento alternativo ou complementar para várias doenças neuropsiquiátricas. Os efeitos biológicos das tDCS não são totalmente compreendidos, que em parte é explicado devido à dificuldade na obtenção de tecido do cérebro humano. Este protocolo descreve um modelo do rato tDCS que utiliza um eletrodo implantado cronicamente permitindo o estudo dos efeitos biológicos duradouro das tDCS. Neste modelo experimental, tDCS altera a expressão do gene cortical e oferece uma contribuição proeminente para o entendimento da justificativa para seu uso terapêutico.
Introduction
Estimulação transcraniana de corrente contínua (tDCS) é uma técnica não-invasiva, de baixo custo, terapêutica, que se centra na modulação neuronal através do uso de correntes contínuas de baixa intensidade1. Atualmente existem duas configurações (anodal e cathodal da) para tDCS. Enquanto que a estimulação anodal exerce um campo elétrico atual fraco demais para desencadear potenciais de ação, eletrofisiologia estudos têm demonstrado que este método produz alterações na plasticidade sináptica2. Por exemplo, a evidência mostra que tDCS induz os efeitos a longo prazo (LTP) de potenciação como pico maior amplitude dos potenciais pós-sinápticos excitatórios3,4 e modulação da excitabilidade cortical5.
Por outro lado, cathodal da estimulação induz a inibição, resultando em hiperpolarização de membrana6. Uma hipótese para este mecanismo é baseada nas observações fisiológicas onde tDCS é descrita para modular a frequência do potencial de ação e duração no corpo neuronal3. Notavelmente, este efeito não diretamente evocar potenciais de ação, que pode deslocar o limiar de despolarização e facilitar ou dificultar o disparo neuronal7. Estes efeitos de contraste tenham sido demonstradas anteriormente. Por exemplo, estimulação anodal e cathodal da produziu efeitos opostos em respostas condicionados registradas através de eletromiografia atividade em coelhos8. No entanto, estudos mostraram também que sessões de estimulação anodal prolongada podem diminuir a excitabilidade enquanto crescente cathodal da correntes pode levar a excitabilidade, apresentando auto contraste efeitos3.
Estímulos anodal e cathodal da agregam o uso de pares de eletrodo. Por exemplo, na estimulação anodal, “ativo” ou “ânodo” eletrodo é colocado sobre a região do cérebro a ser modulada, Considerando que o eletrodo “referência” ou “raios catódicos” situa-se sobre uma região onde o efeito da corrente é considerado insignificante9. Na cathodal da estimulação, disposição de eletrodo é invertida. A intensidade de estimulação para tDCS eficaz depende da intensidade de corrente e dimensões de eletrodo, que afectam o elétrico de campo diferente10. Em estudos mais publicados, a intensidade de corrente média é entre 0,10 a 2,0 mA e 0.1 mA para 0,8 mA para humanos e ratos, respectivamente de6,11. Embora o tamanho de eletrodo de 35cm2 é normalmente usado em seres humanos, não há nenhuma compreensão adequada sobre dimensões de eletrodo para roedores e uma investigação mais aprofundada é necessário6.
tDCS foi proposto em estudos clínicos com a tentativa de oferecer um tratamento alternativo ou complementar para vários distúrbios neurológicos e neuropsiquiátricos11 como epilepsia12, transtorno bipolar13, acidente vascular cerebral5 , major depressão14, a doença de Alzheimer15, esclerose múltipla16 e a doença de Parkinson17. Apesar da crescente interesse em tDCS e sua utilização em ensaios clínicos, detalhada celular e moleculares evocadas alterações no tecido cerebral, curto e efeitos duradouros, bem como os resultados comportamentais, estão ainda ser mais profundamente investigada18, 19. como uma abordagem humana direta para estudar exaustivamente tDCS não é viável, a utilização de um modelo animal tDCS pode oferecer insights valiosos sobre os eventos celulares e moleculares subjacentes os mecanismos terapêuticos das tDCS devido a acessibilidade para os tecido de cérebro do animal.
Evidência disponível é limitada em relação a modelos tDCS em camundongos. A maioria dos modelos relatados usado diferentes layouts responsável, eletrodo de dimensões e materiais. Por exemplo, Winkler et al . (2017) implantou o cabeça do eléctrodo (Ag/AgCl, 4 mm de diâmetro) preenchido com solução salina e fixa-lo ao crânio com acrílico de cimento e parafusos20. Diferente da nossa abordagem, eletrodo seu peito foi implantado (platina, 20 x 1.5 mm). Nasehi et al . (2017) usado um procedimento muito semelhante ao nosso, embora o eletrodo torácico foi feito de uma esponja embebida em solução salina (carbono preenchido, 9,5 cm2)21. Outro estudo implantou os dois eléctrodos na cabeça do animal, o que foi conseguido usando placas fixas e cobrindo a cabeça do animal com um hidrogel condutor22. Aqui, descrevemos um modelo do rato tDCS que utiliza um eletrodo cronicamente implantado por meio cirúrgico procedimentos e tDCS configuração simples (Figura 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Nos últimos anos, técnicas de neuroestimulação tem sido entrar em prática clínica como um procedimento promissor para tratar distúrbios neuropsiquiátricos23. Para reduzir a restrição imposta pela falta de conhecimento dos mecanismos de neuroestimulação, aqui apresentamos um modelo de mouse tDCS carregando um eletrodo que pode direcionar a regiões do cérebro. Desde que o eletrodo é cronicamente implantável, este modelo animal permite a investigação de efeitos biológicos de longa …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos o Sr. Rodrigo de Souza para assistência na manutenção de colônias de rato. L.A.V.M é um pós-doutorado da CAPES. Este trabalho foi financiado pela subvenção PRONEX (FAPEMIG: APQ-00476-14).
Materials
| BD Ultra-Fine 50U Syringe | BD | 10033430026 | For intraperitonially injection. |
| Shaver (Philips Multigroom) | Philips (Brazil) | QG3340/16 | For surgical site trimming. |
| Surgical Equipment | |||
| Model 940 Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console | KOPF | 940 | For animal surgical restriction and positioning. |
| Model 922 Non-Rupture 60 Degree Tip Ear Bars | KOPF | 922 | For animal surgical restriction and positioning. |
| Cannula Holder | KOPF | 1766-AP | For implant positioning. |
| Precision Stereo Zoom Binocular Microscope (III) on Boom Stand | WPI | PZMIII-BS | For bregma localization and implant positioning. |
| Temperature Control System Model | KOPF | TCAT-2LV | For animal thermal control. |
| Cold Light Source | WPI | WA-12633 | For focal brightness |
| Tabletop Laboratory Animal Anesthesia System with Scavenging | VetEquip | 901820 | For isoflurane delivery and safety. |
| VaporGuard Activated Charcoal Adsorption Filter | VetEquip | 931401 | Delivery system safety measures. |
| Model 923-B Mouse Gas Anesthesia Head Holder | KOPF | 923-B | For animal restriction and O2 and isoflurane delivery. |
| Oxygen regulator, E-cylinder | VetEquip | 901305 | For O2 regulation and delivery. |
| Oxygen hose – green | VetEquip | 931503 | For O2 and isoflurane delivery. |
| Infrared Sterilizer 800 ºC | Marconi | MA1201 | For instrument sterilization. |
| Surgical Instruments | |||
| Fine Scissors – ToughCut | Fine Science Tools | 14058-11 | For incision. |
| Surgical Hooks | INJEX | 1636 | In House Fabricated – Used to clear the surgical site from skin and fur. |
| Standard Tweezers or Forceps | – | – | For skin grasping. |
| Surgical Consumables | |||
| Vetbond | 3M | SC-361931 | For incision closing. |
| Cement and Catalyzer KIT (Duralay) | Reliance | 2OZ | For implant fixation. |
| Sterile Cotton Swabs (Autoclaved) | JnJ | 75U | For surgical site antisepsis. |
| 24 Well Plate (Tissue Culture Plate) | SARSTEDT | 831,836 | For cement preparation. |
| Application Brush | parkell | S286 | For cement mixing and application. |
| Pharmaceutics | |||
| Xylazin (ANASEDAN 2%) | Ceva Pharmaceutical (Brazil) | P10160 | For anesthesia induction. |
| Ketamine (DOPALEN 10%) | Ceva Pharmaceutical (Brazil) | P30101 | For anesthesia induction. |
| Isoflurane (100%) | Cristália (Brazil) | 100ML | For anesthesia maintenance. |
| Lidocaine (XYLESTESIN 5%) | Cristal Pharma | – | For post-surgical care. |
| Ketoprofen (PROFENID 100 mg) | Sanofi Aventis | 20ML | For post-surgical care. |
| Ringer's Lactate Solution | SANOBIOL LAB | ############ | For post-surgical care. |
| TobraDex (Dexamethasone 1 mg/g) | Alcon | 631 | For eye lubrification and protection. |
| Stimulation | |||
| Animal Transcranial Stimulator | Soterix Medical | 2100 | For current generation. |
| Pin-type electrode Holder (Cylindrical Holder Base) | Soterix Medical | 2100 | Electrode support (Implant). |
| Pin-type electrode (Ag/AgCl) | Soterix Medical | 2100 | For current delivery (electrode). |
| Pin-type electrode cap | Soterix Medical | 2100 | For implant protection. |
| Body Electrode (Ag/AgCl Coated) | Soterix Medical | 2100 | For current delivery (electrode). |
| Saline Solution (0.9%) | FarmaX | ############ | Conducting medium for current delivery. |
| Standard Tweezers or Forceps | – | – | For tDCS setup. |
| Real Time Polymerase Chain Reaction | |||
| BioRad CFX96 Real Time System | BioRad | C1000 | For qPCR |
| SsoAdvancedTM Universal SYBR Green Supermix (5 X 1mL) | BioRad | 1725271 | For qPCR |
| Hard Shell PCR Plates PCT COM 50 p/ CFX96 | BioRad | HSP9601 | For qPCR |
| Microseal "B" seal pct c/ 100 | BioRad | MSB1001 | For qPCR |
Referências
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