Transkranielle Gleichstrom Stimulation (tDCS) bei Mäusen
Summary
Transkranielle Gleichstrom Stimulation (tDCS) ist eine therapeutische Technik, die zur Behandlung von psychiatrischer Erkrankungen vorgeschlagen. Einem Tiermodell ist unerlässlich für das Verständnis der spezifischen biologischen Veränderungen hervorgerufen durch tDCS. Dieses Protokoll beschreibt eine tDCS-Maus-Modell, das eine chronisch implantierte Elektrode verwendet.
Abstract
Transkranielle Gleichstrom Stimulation (tDCS) ist eine nicht-invasive Neuromodulation Technik als eine alternative oder ergänzende Behandlung für mehrere neuropsychiatrischen Erkrankungen vorgeschlagen. Die biologischen Wirkungen von tDCS sind nicht vollständig geklärt, teilweise aufgrund der Schwierigkeiten bei der Beschaffung von menschlichen Hirngewebe erklärt wird. Dieses Protokoll beschreibt eine tDCS-Maus-Modell, das eine chronisch implantierte Elektrode, so dass die Studie der lang andauernde biologische Wirkungen der tDCS verwendet. In diesem experimentellen Modell tDCS wechselt die kortikalen Genexpression und bietet einen herausragenden Beitrag zum Verständnis der Beweggründe für den therapeutischen Einsatz.
Introduction
Transkranielle Gleichstrom Stimulation (tDCS) ist eine nicht-invasive, kostengünstige, therapeutische Technik, die auf neuronalen Modulation durch kontinuierliche Ströme geringer Intensität1konzentriert. Derzeit gibt es zwei Setups (anodal und cathodal) für tDCS. Während die anodal Stimulation eine aktuelle elektrische Feld zu schwach übt, um Aktionspotentiale auslösen, haben Elektrophysiologie Studien gezeigt, dass diese Methode Änderungen in Synaptische Plastizität2erzeugt. Beispielsweise zeigt Beweise, dass tDCS Potenzierung (LTP) Langzeiteffekte wie erhöhte Peak Amplitude der exzitatorischen postsynaptischen Potenziale3,4 und Modulation der kortikale Erregbarkeit5induziert.
Im Gegensatz dazu induziert cathodal Stimulation Hemmung, wodurch Membran Hyperpolarisation6. Eine Hypothese für diesen Mechanismus basiert auf den physiologischen Erkenntnissen, wo tDCS um zu modulieren, Aktionspotential-Frequenz und Dauer in den neuronalen Körper3beschrieben wird. Vor allem ist dieser Effekt nicht direkt Aktionspotentiale, evozieren, obwohl es kann die Depolarisation Schwelle zu verlagern und erleichtern oder behindern neuronale feuern7. Diese gegensätzlichen Wirkungen wurden bisher nachgewiesen. Zum Beispiel produziert anodal und cathodal Stimulation gegenläufige Effekte konditionierte Antworten registriert über Elektromyographie Aktivität in Kaninchen8. Jedoch haben Studien auch gezeigt, dass längere anodal Stimulationssitzungen Erregbarkeit verringern können, während steigende cathodal Strömungen zu Erregbarkeit, präsentieren sich gegensätzliche Effekte3führen kann.
Anodal und cathodal Reize aggregieren die Verwendung von Elektrodenpaare. Beispielsweise wird in anodal Stimulation, die “aktiv” oder “Anode” Elektrode platziert, über die Region des Gehirns moduliert werden, während die “Referenz” oder “Kathode” Elektrode über einer Region befindet sich wo die Wirkung des Stromes angenommen wird, unbedeutend9. In der cathodal Stimulation Elektrode Disposition invertiert. Die Intensität der Stimulation für effektive tDCS hängt von der Stromstärke und Elektrode Dimensionen, betreffen das elektrische Feld anders10. In die meisten veröffentlichten Studien, ist die durchschnittliche Stromstärke zwischen 0,10 bis 2,0 mA und 0,1 mA bis 0,8 mA für Menschen und Mäusen, bzw.6,11. Obwohl die elektrodengröße 35 cm2 in der Regel bei Menschen verwendet wird, gibt es kein richtiges Verständnis bezüglich Elektrode Dimensionen für Nagetiere und eine gründlichere Untersuchung ist benötigten6.
tDCS wurde in klinischen Studien mit dem Versuch des bietet einer alternativen oder ergänzenden Behandlung für verschiedene neurologische und neuropsychiatrische Erkrankungen11 wie Epilepsie12, bipolare Störung13, Schlaganfall5 vorgeschlagen , major Depression14, Alzheimer-Krankheit15, Multiple Sklerose16 und der Parkinson-Krankheit17. Trotz der zunehmenden Interesse an tDCS und seine Verwendung in klinischen Studien, detaillierte zelluläre und molekulare evozierten Veränderungen im Hirngewebe, kurze und lang anhaltende Effekte sowie Verhaltens Ergebnisse, sind noch tiefer werden,18, untersucht 19. da ein direkter menschlichen Ansatz gründlich studieren tDCS nicht vertretbar ist, kann die Verwendung von einem Tiermodell tDCS bieten wertvolle Einblicke in die zellulären und molekularen Ereignisse zugrunde liegen die therapeutischen Mechanismen der tDCS aufgrund der Zugänglichkeit zu den des Tieres Hirngewebe.
Verfügbaren Daten beschränkt sich bezüglich tDCS Modelle bei Mäusen. Die meisten gemeldeten Modelle verwendet verschiedene implantierenden Layouts, Elektrode Abmessungen und Materialien. Z. B. Winkler Et al. (2017) implantiert die Kopf Elektrode (Ag/AgCl, 4 mm Durchmesser) mit Kochsalzlösung gefüllt und an den Schädel mit Acryl Zement und Schrauben20befestigt. Anders als bei unseren Ansatz, war ihre Brust-Elektrode implantiert (Platin, 20 x 1,5 mm). Nasehi Et al. (2017) verwendet ein Verfahren sehr ähnlich wie bei uns, obwohl die thorakale Elektrode aus einer Kochsalzlösung getränkten Schwamm (Kohlenstoff gefüllt, 9,5 cm2)21war. Eine weitere Studie implantiert beide Elektroden in den Kopf des Tieres, die durch die Verwendung von fester Platten und bedeckt den Kopf des Tieres mit einem Hydrogel Dirigent22erreicht wurde. Hier beschreiben wir eine tDCS-Maus-Modell, das eine chronisch implantierte Elektrode durch einfache chirurgische Verfahren und tDCS Setup (Abbildung 1) verwendet.
Protocol
Representative Results
Discussion
In den letzten Jahren haben Neurostimulation Techniken klinischen Praxis als viel versprechende Verfahren zur Behandlung von neuropsychiatrischen Störungen23eingeben. Um die Einschränkung auferlegt durch den Mangel an Wissen über die Mechanismen der Neurostimulation zu reduzieren, haben wir hier tDCS-Maus-Modell mit einer Elektrode, die Gehirnregionen zugeordnet werden kann. Da die Elektrode chronisch implantierbare ist, ermöglicht dieses Tiermodell die Untersuchung von dauerhaften biologische…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Herrn Rodrigo de Souza für Hilfe bei der Aufrechterhaltung der Maus Kolonien. L.A.V.M ist CAPES postdoctoral Fellow. Diese Arbeit wurde unterstützt durch den Zuschuss 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 |
References
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