Microelettrodo guidata impianto di elettrodi nel subtalamico Nucleo di Ratti per lungo termine stimolazione cerebrale profonda
Summary
A method for implanting electrodes into the subthalamic nucleus (STN) of rats is described. Better localization of the STN was achieved by using a microrecording system. Furthermore, a stimulation set-up is presented that is characterized by long-lasting connections between the head of the animal and the stimulator.
Abstract
La stimolazione cerebrale profonda (DBS) è una terapia ampiamente utilizzato ed efficace per diversi disturbi neurologici, come la malattia di Parkinson idiopatica, distonia o tremori. DBS si basa sulla fornitura di stimoli elettrici specifici profonde strutture anatomiche del sistema nervoso centrale. Tuttavia, i meccanismi alla base l'effetto di DBS rimangono enigmatici. Ciò ha portato ad un interesse per investigare l'impatto di DBS in modelli animali, specialmente nei ratti. Come DBS è una terapia a lungo termine, la ricerca deve essere incentrata sui cambiamenti molecolari, genetiche di circuiti neurali che si verificano diverse settimane dopo DBS. A lungo termine DBS nei ratti è impegnativo, perché i ratti muovono nella loro gabbia, che causa problemi a mantenere in posizione il filo conduttore dalla testa dell'animale allo stimolatore. Inoltre, strutture bersaglio per stimolazione nel cervello di ratto sono piccole e quindi elettrodi non possono essere facilmente inseriti nella posizione desiderata. Così, un set-up di lunga durata stimolizione di ratti con elettrodi di platino / iridio con un'impedenza di circa 1 MW è stato sviluppato per questo studio. Un elettrodo con queste specifiche permette non solo la stimolazione adeguata, ma anche la registrazione delle strutture cerebrali profonde per identificare l'area di destinazione per DBS. Nel nostro set-up, un elettrodo con una presa per il cavo è stato incorporato in cemento dentale con quattro viti di ancoraggio fissati sul cranio. Il filo dalla spina allo stimolatore era protetta da una molla in acciaio inox. Un girevole è collegato al circuito di impedire il filo di aggrovigliarsi. In generale, questa stimolazione set-up offre un elevato grado di mobilità libera per ratto e permette la spina testa, così come il collegamento del filo tra la spina e lo stimolatore, di mantenere la forza di lunga durata.
Introduction
La stimolazione cerebrale profonda (DBS) è un trattamento basato sulla fornitura di impulsi elettrici tramite elettrodi impiantati a specifiche strutture cerebrali, come il globo pallido interno 1, nucleo subtalamico (STN) 2 – 4 o ventrale talamo intermedia 5. Negli ultimi due decenni, questo trattamento è stato stabilito come un potente strumento terapeutico per la malattia di Parkinson, 1-4, distonia 6 e tremori 7, e viene usato anche per modulare il dolore cronico 7, disturbi psichiatrici (ad esempio, disturbo ossessivo-compulsivo 8, depressione maggiore 9) o epilessia intrattabile 10,11. Inoltre, DBS potrebbe, in futuro, diventare una opzione di trattamento per l'ipertensione arteriosa refrattaria 12 o ipotensione ortostatica 13.
I meccanismi fisiologici alla base degli effettidi DBS rimanere poco conosciuta. Studi in roditori anestetizzati hanno fornito spaccato risposte neurali alla stimolazione ad alta frequenza che riproducono clinicamente applicato DBS 14. Tuttavia, questi studi non solo non hanno conferme comportamentale dell'effetto DBS ma anche provocare una notevole variabilità a seconda dei parametri di stimolazione applicata 14.
Per studiare in modo più conciso gli effetti comportamentali e dei meccanismi alla base della DBS nei roditori cosciente, è necessaria una stimolazione di set-up che soddisfa i requisiti specifici. DBS è principalmente usato come una terapia a lungo termine (ad esempio, il morbo di Parkinson, il dolore cronico). Così, la stimolazione set-up in roditori dovrebbe essere progettato in modo che il gruppo è costituito da un elettrodo con un tappo, così come un filo dalla spina di uno stimolatore esterno; e questa unità deve essere leggero ma infrangibile quando fissato sul cranio. Inoltre, la libertà di movimento è indispensabile per i ratti durante stimolizione per un periodo prolungato. Le strutture di destinazione della DBS sono piccole; per esempio, il STN in ratti ha una lunghezza di 1,2 mm ed un volume di 0,8 mm 3,15. Pertanto, gli elettrodi devono essere progettati in modo tale che il nucleo non è lesionato durante l'inserimento e il targeting esigenze per essere precisi. Come la maggior parte degli studi condotti in roditori DBS hanno usato punto di riferimento basato inserimento stereotassica dell'elettrodo alla struttura di destinazione, il tasso di errore può essere relativamente alto, anche quando si utilizza le coordinate secondo Paxinos e Watson 16. Ciò si traduce in un maggior numero di animali necessari per raggiungere un risultato statisticamente significativo.
Nel presente studio una tecnica di impianto dell'elettrodo viene introdotta, che rivolge la STN con elevata precisione utilizzando un sistema microrecording mentre avanza l'elettrodo. Inoltre, un sistema di stimolazione viene presentato che non solo consente un elevato grado di mobilità per l'animale stimolata ma garantisce anche stimulati continuain via fissaggio sicuro del filo stimolazione (che è protetto da una molla in acciaio inossidabile) sulla testa del ratto.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo studio presenta una serie passo-passo di istruzioni per impiantare un elettrodo monopolare cronica nel STN di ratti. Sebbene elettrodi di tungsteno con bassa impedenza sono spesso utilizzati per DBS 18,19, un elettrodo monopolare di platino / iridio (Pt / Ir) è stata impiegata che aveva un'impedenza di circa 1 MW. Elettrodi Pt / Ir sono utilizzati anche nei pazienti con malattia di Parkinson a causa delle loro proprietà favorevoli: dimostrano minima erosione 20 e non producono da…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We wish to thank Mr Wabbel for preparing the wires and Mr Tietsch for constructing the plugs and cages according to our plans. This work was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (Sonderforschungsbereich 688). Felix Fluri holds a fellowship of the Interdisziplinäre Zentrum für Klinische Forschung (IZKF), University Clinics Würzburg, Germany.
Materials
| Pt/Ir electrode | FHC Inc. | UE | Custom-made: Specification: UEPSEGSECN1M |
| Plugs | GT Labortechnik (Arnstein/Germany) | Custom-made | |
| Pin header | DISTRELEC | 143-95-324 | single-row, 90° 1×3 datamate, Type M80-8420342 |
| Socket | DISTRELEC | 143-95-621 | single-row,straight 2 mm pole no.1×3 datamate, Type M80-8400342 |
| Stainless steel spring | Plastics ONE | SS0102 | Part-#: .120 X .156 Spring ID (mm): 3.0 Spring OD (mm): 4.0 |
| Dental cement/Paladur | Heraeus Kulzer | 64707938 | Liquid, 500 ml |
| Dental cement/Paladur | Heraeus Kulzer | 64707954 | Powder, rose, 500g |
| Head screw | Hummer & Reiss | V2ADIN84 M1.6×3 | |
| Jodosept PVP | Vetoquinol | 435678/E04 | |
| Mepivacain 1% | AstraZeneca | PZN03338515 | |
| Epinephrine | Sanofi-Aventis | PZN00176118 | |
| Tramadolhydrochloride | Rotexmedica | 38449.00.00 |
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