Summary

Stimolazione transcranica corrente continua (tDCS) in topi

Published: September 23, 2018
doi:

Summary

La stimolazione transcranica corrente continua (tDCS) è una tecnica terapeutica proposta per il trattamento di malattie psichiatriche. Un modello animale è essenziale per comprendere le specifiche alterazioni biologiche evocate da TDC. Questo protocollo descrive un modello di topo tDCS che utilizza un elettrodo cronicamente impiantato.

Abstract

La stimolazione transcranica corrente continua (tDCS) è una tecnica non invasiva neuromodulazione proposta come un trattamento alternativo o complementare per parecchie malattie neuropsichiatriche. Gli effetti biologici di tDCS completamente non sono capiti, che in parte si spiega a causa della difficoltà nell’ottenere il tessuto cerebrale umano. Questo protocollo descrive un modello di topo tDCS che utilizza un elettrodo cronicamente impiantato permettendo lo studio degli effetti biologici di tDCS duraturo. In questo modello sperimentale, tDCS cambia l’espressione genica corticale e offre un importante contributo alla comprensione delle motivazioni per il suo uso terapeutico.

Introduction

La stimolazione transcranica corrente continua (tDCS) è una tecnica non invasiva, a basso costo, terapeutica, che si concentra sulla modulazione neuronale attraverso l’uso di correnti continue di bassa intensità1. Ci sono attualmente due configurazioni (anodica e cathodal) per tDCS. Mentre la stimolazione anodica esercita un campo elettrico corrente troppo debole per attivare i potenziali di azione, elettrofisiologia studi hanno dimostrato che questo metodo produce i cambiamenti nella plasticità sinaptica2. Ad esempio, prova indica che quel tDCS induce effetti di potenziamento (LTP) a lungo termine come aumentato picco di ampiezza dei potenziali postsinaptici eccitatori3,4 e la modulazione dell’eccitabilità corticale5.

Al contrario, cathodal stimolazione induce l’inibizione, conseguente membrana hyperpolarization6. Un’ipotesi per questo meccanismo si basa sui risultati fisiologici dove tDCS è descritto per modulare la frequenza del potenziale d’azione e durata in un neurone corpo3. In particolare, questo effetto non evocano direttamente i potenziali di azione, anche se può spostare la soglia di depolarizzazione e facilitare o ostacolare il firing neuronale7. Queste contrastanti effetti sono state dimostrate in precedenza. Per esempio, la stimolazione anodica e cathodal prodotto effetti opposti nelle risposte condizionate registrate tramite attività elettromiografica in conigli8. Tuttavia, gli studi hanno anche dimostrato che prolungata stimolazione anodica sessioni potrebbero diminuire eccitabilità, mentre l’aumento cathodal correnti può portare all’eccitabilità, presentando self-contrastanti effetti3.

Stimoli sia anodica e cathodal aggregano l’uso di coppie di elettrodi. Ad esempio, nella stimolazione anodica, “attivo” o “anodo” elettrodo viene posizionato sopra la regione del cervello per essere modulata considerando che l’elettrodo “riferimento” o “catodo” è situato in una regione dove l’effetto della corrente viene considerato insignificante9. Nella cathodal stimolazione, disposizione dell’elettrodo è invertito. L’intensità di stimolazione per tDCS efficace dipende l’intensità di corrente e dimensioni degli elettrodi, che interessano l’elettrico campo diversamente10. Negli studi pubblicati, l’intensità di corrente medio è tra 0,10 a 2.0 mA e 0,1 mA a 0,8 mA per umani e topi, rispettivamente6,11. Anche se la dimensione degli elettrodi di 35cm2 viene in genere utilizzata in esseri umani, non c’è alcuna comprensione corretta per quanto riguarda le dimensioni degli elettrodi per roditori e un’indagine più approfondita è necessaria6.

tDCS è stato proposto negli studi clinici con il tentativo di offrire un trattamento alternativo o complementare per parecchi disordini neurologici e neuropsichiatrici11 come epilessia12, disturbo bipolare13, colpo5 , major depressione14, morbo di Alzheimer15,16 di sclerosi multipla e morbo di Parkinson17. Nonostante la crescente interesse in tDCS e suo uso in studi clinici, cellular dettagliate e alterazioni molecolari evocate nel tessuto cerebrale, breve ed effetti di lunga durata, nonché i risultati comportamentali, sono ancora per essere più profondamente studiato18, 19. Poiché un approccio umano diretto a studiare accuratamente tDCS non è praticabile, l’uso di un modello animale di tDCS può offrire preziose intuizioni gli eventi cellulari e molecolari alla base i meccanismi terapeutici di tDCS a causa della accessibilità per la tessuto cerebrale dell’animale.

Prova disponibile è limitata per quanto riguarda modelli tDCS nei topi. La maggior parte dei modelli segnalati utilizzato diversi layout impiantare, dimensioni degli elettrodi e materiali. Per esempio, Winkler et al. (2017) impiantato la testa dell’elettrodo (Ag/AgCl, 4 mm di diametro) riempito con soluzione fisiologica e fissato al cranio con viti e cemento acrilico20. Diverso dal nostro approccio, loro l’elettrodo è stato impiantato (platino, 20 x 1,5 mm). Nasehi et al. (2017) ha utilizzato una procedura molto simile alla nostra, anche se l’elettrodo toracico è stata effettuata in una spugna imbevuta di soluzione fisiologica (carbonio riempito, 9,5 cm2)21. Un altro studio impiantati entrambi gli elettrodi nella testa dell’animale, che è stato raggiunto utilizzando piastre fisse e che coprono la testa dell’animale con un conduttore di idrogel22. Qui, descriviamo un modello murino di tDCS che utilizza un elettrodo cronicamente impiantato attraverso semplice installazione tDCS e procedure chirurgica (Figura 1).

Protocol

Individualmente-ospitato maschio adulto (8-12 settimane) topi C57BL/6 sono stati utilizzati in questo esperimento. Gli animali hanno ricevuto cure adeguate prima, durante e dopo le procedure sperimentali con cibo e acqua ad libitum. Tutte le procedure sono state approvate dal comitato di etica animale dall’Università federale di Minas Gerais (protocollo numero 59/2014). 1. posizionamento elettrodo Sedativo e fissazione dell’animale sul apparato stereotassi…

Representative Results

Il protocollo chirurgico ha presentato la stabilità a lungo termine dell’impianto per almeno un mese, con nessun segnali infiammatori nel sito stimolato né qualsiasi altro effetto indesiderato. Tutti gli animali sono sopravvissuti le sessioni chirurgiche di procedura e tDCS (n = 8). In questo esperimento, tDCS gli impianti sono stati posizionati sopra le cortecce M1 e M2 (+1,0 mm anteriore-posteriore e laterale di 0.0 mm al bregma). Una settimana più tardi, tDCS (n = 3-4) e sham (n = 3…

Discussion

Negli ultimi anni, tecniche di neurostimolazione sono stati introdotti pratica clinica come una procedura di promessa per il trattamento di disordini neuropsichiatrici23. Per ridurre il vincolo imposto dalla mancanza di conoscenza dei meccanismi della neurostimolazione, abbiamo presentato qui un modello di topo tDCS portando un elettrodo che può avere come bersaglio regioni del cervello. Poiché l’elettrodo è cronicamente impiantabile, questo modello animale consente l’indagine degli effetti bio…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ringraziamo il signor Rodrigo de Souza per assistenza nel mantenere colonie del mouse. L.A.V.M è un postdoctoral fellow CAPES. Questo lavoro è stato supportato dalla concessione 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

Referencias

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Citar este artículo
de Souza Nicolau, E., de Alvarenga, K. A. F., Tenza-Ferrer, H., Nogueira, M. C. A., Rezende, F. D., Nicolau, N. F., Collodetti, M., de Miranda, D. M., Magno, L. A. V., Romano-Silva, M. A. Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) in Mice. J. Vis. Exp. (139), e58517, doi:10.3791/58517 (2018).

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