自由运动大鼠脑电图记录过程中兴奋氨基酸的微透析

为了深入了解谷氨酸介导的兴奋性和 gabap 抑制神经传递导致颞叶癫痫 (tle) 自发性癫痫发作的功能损害, 我们系统地监测了细胞外的浓度。gaba 1 及更高版本的谷氨酸^和天冬氨酸2的水平, 通过微透析在大鼠的腹侧海马在疾病的自然过程的不同时间点,即在癫痫的发展和进展。我们利用大鼠的 tle 皮尔卡平模型, 在行为、电生理和组织病理学变化方面非常准确地模仿了这种疾病, 并将氨基的透析液浓度相关酸到其不同的阶段: 急性阶段后的癫痫侮辱, 潜伏期阶段, 第一次自发性发作的时间和慢性药物^{5,6, 7.}通过长期的视频脑电图监测、精确的脑电图和自发性癫痫的临床特征, 确定了疾病阶段的框架。微透析技术与长期视频脑电图监测相关的应用使我们能够提出 tle 神经病理学的机械假设。总之, 本手稿中描述的技术允许将大脑区域内的神经化学改变与动物模型中癫痫的发展和进展配对。

配对装置由与微透析插管并列的深度电极组成, 经常用于癫痫研究, 在这些研究中, 神经递质、其代谢物或能量底物的变化应与神经元活动相关。在绝大多数情况下, 它被用于行为自由的动物, 但它也可以在人类以类似的方式进行,例如, 在手术前接受深度电极调查^的药物耐药癫痫患者8。脑电图记录和透析液收集都可以单独进行 (例如, 将电极植入一个半球, 将微透析探针植入另一个半球, 甚至在一组动物中进行微透析在另一组动物中唯一的脑电图)。然而, 将电极耦合到探针可能有多重优点: 它简化了立体定向手术, 将组织损伤限制在一个半球 (同时保持另一个完整, 作为组织学研究的控制), 并将结果同质为这些是从相同的大脑区域和相同的动物中获得的。

另一方面, 耦合微透析探针电极装置的制备如果是自制的, 则需要技能和时间。如果从市场上购买, 人们可以花相对较高的钱。此外, 当微透析探针 (探针尖端通常直径 200-400μm, 7-12 毫米长)⁹和 eeg 电极 (电极尖端通常直径为 300-500μm, 长度足以达到感兴趣的大脑结构^10时) 10 是耦合, 安装的设备代表一个笨重和相对沉重的物体在头部的一侧, 这是麻烦的动物和容易丢失, 特别是当它连接到透析泵和硬线脑电图记录系统。这一方面更相关的癫痫动物是困难的处理和较少适应微透析过程。适当的手术技术和适当的术后护理可以导致持久的植入物, 导致最小的动物不适, 应追求组合微透析-脑电图实验^{10,11, 12岁}

微透析技术的优点和局限性已被许多神经科学家详细地综述。它比其他体内灌注技术 (例如, 快速流动推拉或皮质杯灌注) 的主要优势是探针的小直径, 涵盖了一个相对精确的感兴趣的区域^{13,14, 15岁}第二, 微透析膜在组织和胚芽之间形成物理屏障;因此, 高分子量物质不交叉, 也不干扰分析^16,17。此外, 组织被保护免受湍流^流动的香水18。另一个重要的优点是有可能改变灌注流, 以最大限度地提高在热液中的分析物浓度 (即, 微透析的过程可以很好地定义数学, 并可以修改到产生高产量样品中分析物的浓度)¹⁹。最后, 该技术可用于将药物或药理活性物质注入感兴趣的组织, 并确定其在干预部位20的效果^.另一方面, 与电化学或生物传感器相比, 微透析的解决时间有限 (由于采集样品所需的时间, 通常超过 1分钟);它是一种侵入性技术, 导致组织损伤;它破坏了膜周围空间内的神经化学平衡, 因为所有可溶性物质的连续浓度梯度与感兴趣的分析物一起进入香水。最后, 微透析技术受到用于对材料 9^{、21、22、23进行}定量的分析技术的限制的高度影响..用邻苯二甲酯衍生后的高效液相色谱法 (hplc) 对生物样品中的谷氨酸和天冬氨酸进行分析, 得到了^24,25,26的良好验证。^,27及其广泛的讨论超出了本手稿的范围, 但将详细描述使用这种方法产生的数据。

当正确地进行, 而不修改的香水成分, 微透析可以提供可靠的信息, 神经递质释放的基础水平。基础水平的最大部分很可能是突触9的发射机溢出的结果.因为在许多情况下, 在额外的突触空间中对神经递质进行简单的取样不足以实现调查的目标, 所以微透析技术也可以用来刺激神经元或剥夺它们的重要作用生理离子, 如 k⁺或 ca^{2 +}, 以唤起或防止神经递质的释放。

高 k⁺刺激经常用于神经生物学, 以刺激神经元的活动, 不仅在清醒的动物, 但也在初级和有机类型培养。健康的中枢神经系统暴露在高浓度 k⁺ (40-100 mm) 的溶液中, 会唤起神经递质28的流出.这种神经元在应对高 k⁺时提供额外释放的能力可能会在癫痫动物¹和其他神经退行性疾病 29^{、30 中}受到损害。同样, ca^{2 +}剥夺 (通过灌注 ca^{2 +}游离溶液获得) 被用来建立钙依赖释放的大多数神经递质测量微透析。一般认为 ca^{2 +}依赖释放是神经元的起源, 而 ca^{2 +}独立释放源于胶质细胞, 但许多研究对 ca2⁺敏感测量的含义引发了争议。谷氨酸或 gaba⁹: 因此, 如果可能的话, 最好支持微透析研究与微传感器研究, 因为后者具有较高的空间分辨率, 电极允许接近突触 31.

关于癫痫动物的微透析研究, 重要的是要强调的是, 从它们中的大多数获得的数据依赖于对癫痫发作的视频或视频脑电图监测,即由于异常而短暂出现体征和症状大脑中过度或同步的神经元活动 32。在准备实验时, 应考虑皮卡平治疗动物的电图癫痫发作的一些具体问题。自发性发作后, 伴随着抑郁活动, 脑电图间尖峰^频繁, 在^33,34组发生。sham 操作的非癫痫动物可能表现出类似癫痫发作的活动³⁵ , 因此脑电图记录评估的参数应标准化³⁶ , 如果可能, 微透析的时间应明确界定。最后, 我们强烈建议遵循国际抗癫痫协会和美国癫痫学会专家在其最近的报告中概述的控制成年啮齿类动物的视频脑电图监测的原则和方法^{标准37 ,38}。

本文介绍了谷氨酸和天冬氨酸的微透析与癫痫动物的长期视频脑电图记录以及它们在透析液中的高效液相色谱分析。我们将强调议定书的关键步骤, 一个人应该注意, 以取得最好的结果。