Farelerde Transkraniyal doğru akım stimülasyon (tDCS)
Summary
Transkraniyal doğru akım stimülasyon (tDCS) psikiyatrik hastalıkları tedavi etmek için önerilen tedavi edici bir tekniktir. TDCS tarafından uyarılmış belirli biyolojik değişiklikler anlamak için gerekli hayvan bir modeldir. Bu iletişim kuralı bir kronik implante elektrot kullanan bir tDCS fare modeli açıklar.
Abstract
Transkraniyal doğru akım stimülasyon (tDCS) için birkaç nöropsikiyatrik hastalıkların bir alternatif veya tamamlayıcı tedavi olarak önerilen bir non-invaziv neuromodulation tekniktir. TDCS biyolojik etkileri tam olarak, kısmen insan beyin dokusu elde zorluk nedeniyle açıklandığı anlaşılır değil. Bu iletişim kuralı bir kronik implante elektrot tDCS biyolojik etkileri uzun süreli çalışma izin kullanan bir tDCS fare modeli açıklar. Bu deneysel modelde tDCS kortikal gen ekspresyonu değiştirir ve terapötik kullanımı için gerekçe anlayış belirgin bir katkı sunuyor.
Introduction
Transkraniyal doğru akım stimülasyon (tDCS) kullanılarak düşük yoğunluktaki sürekli akımları1nöronal modülasyon üzerinde duruluyor bir non-invaziv, düşük maliyetli, tedavi tekniği kullanıyor. Şu anda tDCS için iki kurulumları (anodal ve cathodal) bulunmaktadır. Anodal uyarım giderek artan bir geçerli elektrik alanı Aksiyon potansiyelleri tetiklemek için çok zayıf olsa da, bu yöntem sinaptik plastisite2değişimler üretir Elektrofizyoloji çalışmalar göstermiştir. Örneğin, kanıt bu tDCS uzun vadeli kullanılmasının muhtemelen (LTP) etkileri artan pik genlik eksitatör postsinaptik potansiyeller3,4 ve modülasyon kortikal uyarılabilirlik5gibi indükler gösterir.
Tersine, cathodal stimülasyon inhibisyon, membran hyperpolarization6‘ kaynaklanan neden olmaktadır. Bu mekanizma için bir hipotez tDCS Aksiyon potansiyeli sıklığı ve süresi nöronal vücut3modüle açıklanan fizyolojik bulgular temel alır. Bu depolarizasyon eşik vardiya ve kolaylaştırmak ya da nöronal ateş7engel olsa da özellikle, bu etkiyi doğrudan Aksiyon potansiyelleri, uyandırmak değil. Bunlar etkileri zıt daha önce göstermiştir. Örneğin, anodal ve cathodal dürtme şartına yanıt kayıtlı üzerinden elektromiyografi faaliyet tavşan8karşı etkileri üretti. Ancak, çalışmalar da cathodal akımları artan öz zıt etkileri3sunulması uyarılabilirlik için neden olabilir iken uzun süreli anodal stimülasyon oturumları uyarılabilirlik düşebilir göstermiştir.
Anodal ve cathodal uyaranlara elektrot çiftleri kullanımı toplamak. Örneğin, anodal stimülasyon, “etkin” veya “anot” “referans” veya “katot” elektrot nerede akım etkisi önemsiz9olarak kabul edilir bir bölge üzerinde yer alır, ancak modülasyonlu için beyin bölgesi üzerinde elektrot yerleştirilir. Cathodal stimülasyon, elektrot eğilim ters. Elektrik etkiler elektrot boyutları farklı10alan ve stimülasyon yoğunluğu etkili tDCS için geçerli yoğunluğu üzerinde bağlıdır. En yayınlanmış çalışmalarda, ortalama geçerli yoğunluğu 0,10-2.0 arasında olan anne ve 0,1 mA 0.8 mA insan ve fare, sırasıyla6,11. 35 cm2 elektrot boyutu genellikle insanlarda kullanılmasına rağmen kemirgen için elektrot boyutları ile ilgili uygun hiçbir anlayış ve daha kapsamlı bir soruşturma gerekli6.
tDCS çeşitli nörolojik ve Nöropsikiyatrik bozukluklar11 epilepsi gibi12, bipolar bozukluk13, kontur5 için bir alternatif veya tamamlayıcı tedavi sunan girişimi ile klinik çalışmalarda teklif edildi , major depresyon14, Alzheimer hastalığı15, multipl skleroz16 ve Parkinson hastalığı17. TDCS ilgi ve kullanımı klinik çalışmalarda, detaylı hücresel ve moleküler uyarılmış değişiklikler beyin dokusunda, kısa ve uzun süreli etkileri yanı sıra davranışsal sonuçları ile büyüyen rağmen daha derin olmak18, soruşturma henüz vardır 19. tDCS iyice çalışmaya doğrudan bir insan yaklaşımı uygun olmadığından, tDCS hayvan modeli kullanımını tDCS için erişilebilirlik nedeniyle tedavi mekanizmaları temel hücresel ve moleküler olayların içine değerli bakış açısı sunabilir hayvanın beyin dokusu.
Eldeki kanıtlar farelerde tDCS modelleri ile ilgili olarak sınırlıdır. Rapor modelleri farklı Reproduction düzenler, elektrot boyutları ve malzemeler kullanılır. Örneğin, Winkler vd. (2017) serum dolu kafa elektrot (Ag/AgCl, çapı 4 mm) implante ve akrilik çimento ve vidalar20ile kafatası için sabit. Yaklaşımımız farklı, onların göğüs elektrot implante (Platin, 20 x 1.5 mm) yapıldı. Nasehi vd. (2017) kullanılan bizim için çok benzer bir yordam torasik elektrot salin batırılmış sünger (dolu, karbon 9.5 cm2)21kimden çekilmesine rağmen. Başka bir çalışmada her iki elektrot kullanarak sabit plakalar ve hayvanın kafasını hidrojel iletken22ile kapsayan elde hayvanın kafası içine yerleştirdim. Burada, bir kronik implante elektrot basit cerrahi prosedürler ve tDCS kurulumu ile (Şekil 1) kullanan bir tDCS fare modeli açıklar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Son yıllarda, neurostimulation teknikleri klinik pratikte Nöropsikiyatrik bozukluklar23tedavisi için umut verici bir prosedür olarak girerek. Neurostimulation mekanizmaları bilgisi eksikliği tarafından dayatılan kısıtlama azaltmak için burada beyin bölgeleri hedefleyebilirsiniz bir elektrot taşıyan bir tDCS fare modeli sundu. Elektrot kronik implante edilebilir olduğundan, bu hayvan modeli uzun ömürlü biyolojik etkileri karmaşık stimülasyon desen (en az 1 ay için) tDCS taraf?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bay Rodrigo de Souza fare kolonileri korumak yardım için teşekkür. L.A.V.M bir burunları doktora sonrası adam var. Bu eser grant PRONEX tarafından desteklenmiştir (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
- Filmer, H. L., Dux, P. E., Mattingley, J. B. Applications of transcranial direct current stimulation for understanding brain function. Trends in Neurosciences. 37 (12), 742-753 (2014).
- Nitsche, M. A., Paulus, W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neurology. 57 (10), 1899-1901 (2001).
- Kronberg, G., Bridi, M., Abel, T., Bikson, M., Parra, L. C. Direct Current Stimulation Modulates LTP and LTD: Activity Dependence and Dendritic Effects. Brain Stimulation. 10 (1), 51-58 (2017).
- Pelletier, S. J., Cicchetti, F. Cellular and Molecular Mechanisms of Action of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence from In Vitro and In Vivo Models. International Journal of Neuropsychopharmacology. 18 (2), pyu047 (2015).
- Chang, M. C., Kim, D. Y., Park, D. H. Enhancement of cortical excitability and lower limb motor function in patients with stroke by transcranial direct current stimulation. Brain Stimulation. 8 (3), 561-566 (2015).
- Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clinical Neurophysiology. 128 (1), 56-92 (2017).
- Monai, H., et al. Calcium imaging reveals glial involvement in transcranial direct current stimulation-induced plasticity in mouse brain. Nature Communications. 7, 11100 (2016).
- Marquez-Ruiz, J., et al. Transcranial direct-current stimulation modulates synaptic mechanisms involved in associative learning in behaving rabbits. Proc. Natl. Acad. Sci. 109, 6710-6715 (2012).
- Jackson, M. P., et al. Animal models of transcranial direct current stimulation: Methods and mechanisms. Clinical Neurophysiology. 127 (11), 3425-3454 (2016).
- Cambiaghi, M., et al. Brain transcranial direct current stimulation modulates motor excitability in mice. The European journal of neuroscience. 31 (4), 704-709 (2010).
- Monte-Silva, K., et al. Induction of late LTP-like plasticity in the human motor cortex by repeated non-invasive brain stimulation. Brain Stimulation. 6 (3), 424-432 (2013).
- San-Juan, D., et al. Transcranial Direct Current Stimulation in Mesial Temporal Lobe Epilepsy and Hippocampal Sclerosis. Brain Stimulation. 10 (1), 28-35 (2017).
- Brunoni, A. R., et al. Transcranial direct current stimulation (tDCS) in unipolar vs. bipolar depressive disorder. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 35 (1), 96-101 (2011).
- Brunoni, A. R., et al. Trial of Electrical Direct-Current Therapy versus Escitalopram for Depression. New England Journal of Medicine. 376 (26), 2523-2533 (2017).
- Boggio, P. S., et al. Prolonged visual memory enhancement after direct current stimulation in Alzheimer’s disease. Brain Stimulation. 5 (3), 223-230 (2012).
- Cosentino, G., et al. Anodal tDCS of the swallowing motor cortex for treatment of dysphagia in multiple sclerosis: a pilot open-label study. Neurological Sciences. , 7-9 (2018).
- Kaski, D., Dominguez, R. O., Allum, J. H., Islam, A. F., Bronstein, A. M. Combining physical training with transcranial direct current stimulation to improve gait in Parkinson’s disease: A pilot randomized controlled study. Clinical Rehabilitation. 28 (11), 1115-1124 (2014).
- Monai, H., et al. Calcium imaging reveals glial involvement in transcranial direct current stimulation-induced plasticity in mouse brain. Nature Communications. 7, 11100 (2016).
- Fritsch, B., et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron. 66 (2), 198-204 (2010).
- Winkler, C., et al. Sensory and Motor Systems Anodal Transcranial Direct Current Stimulation Enhances Survival and Integration of Dopaminergic Cell Transplants in a Rat Parkinson Model. New Research. 4 (5), 17-63 (2017).
- Nasehi, M., Khani-Abyaneh, M., Ebrahimi-Ghiri, M., Zarrindast, M. R. The effect of left frontal transcranial direct-current stimulation on propranolol-induced fear memory acquisition and consolidation deficits. Behavioural Brain Research. 331 (May), 76-83 (2017).
- Souza, A., et al. Neurobiological mechanisms of antiallodynic effect of transcranial direct current stimulation (tDCS) in a mice model of neuropathic pain. Brain Research. 1682 (14-23), (2018).
- Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology. 127 (2), 1031-1048 (2016).
- Cogan, S. F., et al. Tissue damage thresholds during therapeutic electrical stimulation. Journal of Neural Engineering. 13, 2 (2017).
- Podda, M. V., et al. Anodal transcranial direct current stimulation boosts synaptic plasticity and memory in mice via epigenetic regulation of Bdnf expression. Scientific reports. 6 (October 2015), 22180 (2015).
