Pilokarpin modellen av tinningloben epilepsi och EEG övervakning med hjälp av Radiotelemetry System i möss
Summary
Detta manuskript beskriver en metod att inducera status epilepticus av systemisk pilokarpin injektion och av övervakningen spontana återkommande anfall med levande djur med hjälp av en trådlös telemetri video och elektroencefalogram system. Detta protokoll kan utnyttjas för att studera de patofysiologiska mekanismerna av kronisk epilepsi, epileptogenes och akut anfall.
Abstract
Tinningloben epilepsi (TLE) är en vanlig neurologisk sjukdom i vuxen ålder. Translationella studier av kronisk epilepsi väljs pilokarpin-inducerad status epilepticus (SE) ofta att recapitulate spontana återkommande anfall (SRS). Här presenterar vi ett protokoll SE induktion av intraperitoneal (IP) injektion av pilokarpin och övervakning av kronisk återkommande anfall med levande djur med hjälp av en trådlös telemetri video och elektroencefalogram (EEG) system. Vi visat betydande beteendeförändringar som behöver uppmärksamhet efter pilokarpin injektion och deras korrelation med Hippocampus neuronala förlust på 7 dagar och 6 veckor efter pilokarpin. Vi beskriver också de experimentella procedurerna av elektroden implantation för video och EEG inspelning och analys av frekvensen och varaktigheten av kronisk återkommande anfall. Slutligen diskuterar vi möjliga orsaker varför de förväntade resultaten inte uppnås i varje fall. Detta ger en grundläggande översikt över modellering kronisk epilepsi hos möss och riktlinjer för felsökning. Vi anser att detta protokoll kan fungera som en baslinje för lämpliga modeller av kronisk epilepsi och epileptogenes.
Introduction
TLE är en av de vanligaste förvärvade epilepsier1. Personer med epilepsi drabbas av återkommande anfall till följd av onormala neuronala aktiviteter i hjärnan2,3. TLE är ofta svårbehandlade, är det viktigt att förstå de grundläggande mekanismerna bakom utvecklingen av epilepsi.
Djurmodeller som kan sammanfatta de viktigaste egenskaperna hos mänskliga TLE kan erbjuda bättre uppskattning av TLE patofysiologi, tillåter oss att lätt övervaka och manipulera kritiska faktorer i epileptogenes. Bland dem varit chemoconvulsants-inducerad SE utbredda4,5. Till skillnad från andra epilepsi modeller, såsom elektrisk stimulering som visar ingen Hippocampus skleros och robust SRS6,7,8, kan systemisk injektion av chemoconvulsants härma kliniska patogenesen av mänskliga TLE, dvs, inledande hjärnskada, en latent period och en kronisk epilepsi scenen manifesterar SRS5,9,10. Denna teknik kan därför utnyttjas i olika studier förklarar mekanismerna bakom akuta hjärnskador, epileptogenes eller beslag dämpning. Dessutom är histopatologiska förändringar orsakade av chemoconvulsants liknande de som setts i mänskliga TLE, ger en ytterligare grund för användning av TLE gnagare modeller10,11,12. Särskilt, har strukturella skador som omfattar hippocampus återgivits konsekvent i båda kainic syra – och pilokarpin-inducerad SE modellerna. Men kan jämfört med kainic för injektion, pilokarpin modellen producera mer robust SRS i möss, som kan ge betydande fördelar för att studera kronisk epilepsi när man överväger den stora tillgången på transgena möss linjerna5, 13 , 14 , 15. övrigt beslag progression efter pilokarpin injektion är i allmänhet snabbare än i kainic acid modellen, som ger ytterligare bevis för en effektiv användning av pilokarpin modell av epilepsi.
Här visar vi en metod för att förmå SE genom i.p. injektion av pilokarpin och genom att utföra video och EEG övervakning i kronisk epilepsi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Detta arbete beskriver de experimentella procedurerna för SE induktion och utvärdering av kroniska kramper.
Flera faktorer kan påverka framgångsrika SE induktion. Korrekt beteendemässiga övervakning enligt Racine skala är avgörande för utveckling av SRS. Huvud nickar, forelimb Klonus, uppfödning, och faller är beteendemässiga kännetecken för akut anfall utvecklas till SE fas4,16. När det första motoriska beslaget upptä…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av National Research Foundation i Korea (NRF) bidraget finansieras av den koreanska regeringen (NRF-2014R1A1A3049456) och ett bidrag från Korea hälsa teknik R & D projekt genom den Korea hälsa industri utveckling Institute (KHIDI), finansieras av ministeriet för hälsa & välfärd, Sydkorea (HI15C2854).
Materials
| C57BL/6 | Envigo | C57BL/6NHsd | |
| Scopolamine methyl nitrate | Sigma | S2250 | Make 10X stock |
| Terbutaline hemisulfate salt | Sigma | T2528 | Make 10X stock |
| Pilocarpine hydrochloride | Sigma | P6503 | |
| Intensive care unit | Daejong instrument industry Co., Ltd. | 28~30℃ | |
| Ketamine hydrochloride | Yuhan corporation | ||
| Xylazine hydrochloride | Bayer Korea | ||
| Diazepam | SAMJIN | ||
| Castor oil (Kolliphor EL) | Sigma | C5135 | Polyoxyl 35 hydrogenated castor oil |
| Saline | Daihan pharm. Co. | ||
| 5% Dextrose | Daihan pharm. Co. | ||
| Iodine solution (Povidin) | Firson | ||
| vet ointment (Terramycin) | Pfizer | ||
| Blue Nylon | AILEE | NB617 | |
| Mupirocin (Bearoban) | Daewoong Pharmaceutical Co., Ltd | ||
| Ketoprofen | Samchundang Pharm. Co., Ltd | 5 mg/kg | |
| Gentamicin | Huons, Ltd. | 5 mg/kg | |
| 1 mL syringe | Sung shim medial Co., Ltd. | ||
| 26 guage needle | Sung shim medial Co., Ltd. | 26 G * 13 mm (1/2") | |
| 30 guage needle | Sung shim medial Co., Ltd. | 30 G * 13 mm (1/2") | |
| Razor blade | Dorco | ||
| Drill | Saeshin precision Co., Ltd. | 207A, 35K (speed) | |
| Telemetry video/EEG system | Data sciences International. Inc. | Version 5.20-SP6 | |
| Implantable transmitter | Data sciences International. Inc. | ETA-F10 | |
| Screw | Sungho Steel | M1.4, 2 mm length stainless steel | |
| Vertex dental material | Dentimex | ||
| Acetone | Duksan pure chemicals Co., Ltd. | CAS 67-64-1 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | millipore | 1.04005.1000 | 4 % |
| Sucrose | Sigma | S9378 | 30 % solution in 0.01 M PBS |
| Cresyl violet acetate | Sigma | C5042 | |
| Ethanol | EMD Millipore Co. | UN1170 | |
| xylene | Duksan pure chemicals Co., Ltd. | UN1307 | |
| Acetic acid glacial | Junsei chemical | 31010-0350 | |
| FSC33 Clear | Leica biosystems | OCT compound for tissue freezing | |
| DPX Mounting for histology | Sigma | 6522 | |
| Forceps | Fine science tools | 11002-12 | |
| Scissors | Solco biomedical | 02-2445 | |
| Stereotaxic frame | David Kopf Instruments | E51070012 |
References
- Chang, B. S., Lowenstein, D. H. Epilepsy. N Engl J Med. 349 (13), 1257-1266 (2003).
- Scharfman, H. E. The neurobiology of epilepsy. Curr Neurol Neurosci Rep. 7 (4), 348-354 (2007).
- Rakhade, S. N., Jensen, F. E. Epileptogenesis in the immature brain: emerging mechanisms. Nat Rev Neurol. 5 (7), 380-391 (2009).
- Cavalheiro, E. A. The pilocarpine model of epilepsy. Ital J Neurol Sci. 16 (1-2), 33-37 (1995).
- Curia, G., Longo, D., Biagini, G., Jones, R. S., Avoli, M. The pilocarpine model of temporal lobe epilepsy. J Neurosci Methods. 172 (2), 143-157 (2008).
- Morimoto, K., Fahnestock, M., Racine, R. J. Kindling and status epilepticus models of epilepsy: rewiring the brain. Prog Neurobiol. 73 (1), 1-60 (2004).
- Levesque, M., Avoli, M. The kainic acid model of temporal lobe epilepsy. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 37 (10), 2887-2899 (2013).
- Sharma, A. K., et al. Mesial temporal lobe epilepsy: pathogenesis, induced rodent models and lesions. Toxicol Pathol. 35 (7), 984-999 (2007).
- Hellier, J. L., Dudek, F. E. Chemoconvulsant model of chronic spontaneous seizures. Curr Protoc Neurosci. 9, 19 (2005).
- Pitkanen, A., Lukasiuk, K. Molecular and cellular basis of epileptogenesis in symptomatic epilepsy. Epilepsy Behav. 14, 16-25 (2009).
- Mathern, G. W., Adelson, P. D., Cahan, L. D., Leite, J. P. Hippocampal neuron damage in human epilepsy: Meyer’s hypothesis revisited. Prog Brain Res. 135, 237-251 (2002).
- Turski, W. A., et al. Limbic seizures produced by pilocarpine in rats: behavioural, electroencephalographic and neuropathological study. Behav Brain Res. 9 (3), 315-335 (1983).
- Brulet, R., Zhu, J., Aktar, M., Hsieh, J., Cho, K. O. Mice with conditional NeuroD1 knockout display reduced aberrant hippocampal neurogenesis but no change in epileptic seizures. Exp Neurol. 293, 190-198 (2017).
- Cho, K. O., et al. Aberrant hippocampal neurogenesis contributes to epilepsy and associated cognitive decline. Nat Commun. 6, 6606 (2015).
- Cavalheiro, E. A., Santos, N. F., Priel, M. R. The pilocarpine model of epilepsy in mice. Epilepsia. 37 (10), 1015-1019 (1996).
- Racine, R. J. Modification of seizure activity by electrical stimulation. II. Motor seizure. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 32 (3), 281-294 (1972).
- Hester, M. S., Danzer, S. C. Accumulation of abnormal adult-generated hippocampal granule cells predicts seizure frequency and severity. J Neurosci. 33 (21), 8926-8936 (2013).
- Shibley, H., Smith, B. N. Pilocarpine-induced status epilepticus results in mossy fiber sprouting and spontaneous seizures in C57BL/6 and CD-1 mice. Epilepsy Research. 49 (2), 109-120 (2002).
- Borges, K., et al. Neuronal and glial pathological changes during epileptogenesis in the mouse pilocarpine model. Exp Neurol. 182 (1), 21-34 (2003).
- Pavlova, M. K., Shea, S. A., Bromfield, E. B. Day/night patterns of focal seizures. Epilepsy Behav. 5 (1), 44-49 (2004).
