Summary

Implantations- und Aufzeichnung von Wireless-Elektroretinogramm und visuell evozierten Potenziale in wachen Ratten

Published: June 29, 2016
doi:

Summary

Wir zeigen eine chirurgische Implantation und Aufnahmeverfahren visuelle elektro Signale aus dem Auge (ERG) und Gehirn (visuell evozierte Potentiale) zu messen in der bewussten Ratten, die mehr analog zum menschlichen Zustand ist, wo Aufnahmen ohne Narkose verwechselt durchgeführt werden.

Abstract

Die Vollfeld-ERG (ERG) und visuell evozierten Potential (VEP) sind nützliche Werkzeuge, Netzhaut- und Sehbahn Integrität sowohl in Labor- und klinischen Umfeld zu bewerten. Derzeit werden präklinische ERG und VEP-Messungen mit Betäubung durchgeführt stabile Elektrodenanordnungen zu gewährleisten. Jedoch hat die Anwesenheit der Anästhesie wurde gezeigt normalen physiologischen Reaktionen zu verunreinigen. Um diese Anästhesie verwechselt zu überwinden, entwickeln wir eine neue Plattform zu testen, ERG und VEP in wachen Ratten. Die Elektroden werden chirurgisch Unter konjunktival auf das Auge implantiert, um die ERG und epidural über dem visuellen Kortex zu untersuchen den VEP zu messen. Eine Reihe von Amplitude und Empfindlichkeit / Timing-Parameter sind sowohl für die ERG und VEP bei steigender Licht Energien untersucht. Die ERG und VEP-Signale werden gezeigt für mindestens 4 Wochen nach der chirurgischen Implantation stabil und wiederholbar sein. Diese Fähigkeit, ERG und VEP-Signale ohne Anästhesie aufnehmen confounds in den vorklinischen setting sollte überlegen Übersetzung klinische Daten zur Verfügung stellen.

Introduction

Die ERG und VEP sind minimal in vivo – Tools invasive sowohl die Integrität der retinalen und der Sehbahn jeweils im Labor und Klinik zu beurteilen. Die Vollfeld ERG ergibt eine charakteristische Wellenform , die in verschiedene Komponenten aufgeteilt werden können, wobei jedes Element die verschiedene Zellklassen des retinalen Stoffwechselweg 1,2. Die klassische Vollfeld – ERG – Wellenform besteht aus einer anfänglichen negativen Steigung (a-Welle) die Photorezeptoraktivität Post Belichtung repräsentieren 2-4 gezeigt wurde , . Die a-Welle wird durch eine wesentliche positive Wellenform (b-Welle) gefolgt , die elektrische Aktivität der mittleren Netzhaut reflektiert überwiegend die ON-bipolaren Zellen 5-7. Darüber hinaus kann eine Lichtenergie variieren und Inter-Stimulus-Intervall Kegel von der Stange Antworten 8 zu isolieren.

Der Flash-VEP stellt elektrische Potentiale des visuellen Kortex und im Hirnstamm in Reaktion auf retinale Lichtstimulation9,10. Diese Wellenform kann in frühen und späten Komponenten zerlegt werden, wobei die frühe Komponente Reflexions Aktivität von Neuronen des retino-geniculo-striate Weg 11-13 und den späten Anteil darstellt kortikale Verarbeitung in verschiedenen Schichten V1 durchgeführt in Ratten 11,13. Daher gleichzeitige Messung der ERG und VEP liefert umfassende Bewertung der in der Sehbahn beteiligten Strukturen.

Derzeit, um die Elektrophysiologie in Tieren aufzunehmen, wird der Anästhesie eingesetzt, um stabile Platzierung der Elektrode zu ermöglichen. Es gab Versuche, 14-16 in wachen Ratten ERG und VEP zu messen , aber diese Studien eine verdrahtete Einrichtung eingesetzt, die mühsam sein kann und 17 durch die Beschränkung Tier Bewegung und natürliches Verhalten zu Tier Stress führen kann. Mit den jüngsten Fortschritten in der drahtlosen Technologie einschließlich der Verbesserung der Miniaturisierung und Lebensdauer der Batterie ist es nun möglich, eine Telemetrie Ansatz für ERG eine umzusetzend VEP-Aufnahme, die mit verdrahteten Aufnahmen verbunden sind Stress zu verringern und langfristige Rentabilität zu verbessern. Vollständig internalisiert stabile Implantationen von Telemetrie – Sonden haben sich für chronische Überwachung der Temperatur um erfolgreich zu sein, den Blutdruck 18, Aktivität 19 sowie Elektroenzephalographie 20. Solche Fortschritte in der Technologie wird auch mit Wiederholbarkeit und Stabilität der bewussten Aufnahmen helfen, die Plattform der Nutzen für chronische Studien zu erhöhen.

Protocol

Ethik – Anweisung: Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit dem australischen Kodex für die Pflege und Verwendung von Tieren für wissenschaftliche Zwecke (2013) durchgeführt. Die Tierethik Genehmigung wurde von der Tierethikkommission der Universität Melbourne erhalten. Die Materialien werden hier für die Laborversuche nur und nicht für medizinische oder veterinärmedizinische Verwendung bestimmt. 1. Vorbereiten Elektroden Hinweis: Ein Drei-Kanal-Sender ist für d…

Representative Results

Der Photorezeptor – Antwort wird durch den Einbau eines verzögerten Gaußsche an der Vorderkante des anfänglichen absteigenden Schenkel der ERG – Antwort in den oberen 2 Leucht Energien (1,20, 1,52 log csm -2) für jedes Tier analysiert, basierend auf dem Modell von Lamb und Pugh 22, formuliert von Hood und Birch 23. Diese Formel gibt eine Amplitude und eine Empfindlichkeitsparameter, (1C bzw. 1D). Eine hyperbolische Fu…

Discussion

Aufgrund der minimal-invasive Art visueller Elektrophysiologie, ERG und VEP-Aufnahmen bei menschlichen Patienten werden unter Bedingungen durchgeführt bewußten und erfordern nur die Verwendung von topischen Anästhetika zur Elektrodenplatzierung. Im Gegensatz dazu wird visuelle Elektro in Tiermodellen üblicherweise unter Vollnarkose durchgeführt, durch die Beseitigung freiwilligen Auge und Körperbewegungen stabile Platzierung der Elektroden zu ermöglichen. Jedoch häufig verwendete allgemeine Anästhetika verände…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

JC would like to acknowledge the David Hay Memorial Fund, The University of Melbourne for financial support in writing this manuscript. Funding for this project was provided by an ARC Linkage grant 100200129 (BVB, AJV, CTON).

Materials

Bioamplifier ADInstruments ML 135 Amplifies ERG and VEP signals
Carboxymethylcellulose sodium 1.0% Allergan CAS 0009000-11-7 Maintain corneal hydration during surgery
Carprofen 0.5% Pfizer Animal Health Group CAS 53716-49-7 Post-surgery analgesia, given with injectable saline for fluid replenishment
Chlorhexadine 0.5% Orion Laboratories 27411, 80085 Disinfection of surgical instrument
Cyanoacrylate gel activator RS components 473-439 Quickly dries cyanoacrylate gel
Cyanocrylate gel  RS components 473-423 Fix stainless screws to skull
Dental burr Storz Instruments, Bausch and Lomb E0824A Miniature drill head of ~0.7mm diameter for making a small hole in the skull over each hemisphere to implant VEP screws
Drill Bosch Dremel 300 series Automatic drill for trepanning
Enrofloxin Troy Laboratories Prophylactic antibiotic post surgey
Ganzfeld integrating sphere Photometric Solutions International Custom designed light stimulator: 36 mm diameter, 13 cm aperture size
Gauze swabs Multigate Medical Products Pty Ltd 57-100B Dries surgical incision and exposed skull surface during surgery
Isoflurane 99.9% Abbott Australasia Pty Ltd CAS 26675-46-7 Proprietory Name: Isoflo(TM) Inhalation anaaesthetic. Pharmaceutical-grade inhalation anesthetic mixed with oxygen gas for VEP electrode implant surgery
Kenacomb ointment Aspen Pharma Pty Ltd To reduce skin irritation and itching after surgery
Luxeon LEDs Phillips Lighting Co. For light stimulation, twenty 5 watt and one 1 watt LEDs, controlled by Scope software
Needle (macrosurgery) World Precision Instruments 501959 for suturing abdominal and head surgery, used with 3-0 suture, eye needle, cutting edge 5/16 circle Size 1, 15mm
Needle holder (macrosurgery) World Precision Instruments 500224 To hold needle during abdominal and head surgery
Needle holder (microsurgery) World Precision Instruments 555419NT To hold needle during ocular surgery
Optiva catheter Smiths Medical International LTD 16 or 21 G Guide corneal active electrodes from skull to conjunctiva
Povidone iodine 10% Sanofi-Aventis CAS 25655-41-8 Proprietory name: Betadine, Antiseptic to prepare the shaved skin for surgery 10%, 500 mL
Powerlab data acquisition system ADInstruments ML 785 Acquire signal from telemetry transmitter, paired to telemetry data converter
Proxymetacaine 0.5% Alcon Laboratories  CAS 5875-06-9 Topical ocular analgesia
Restrainer cutom made Front of the restrainer is tapered to minimize head movement, length can be adjusted to accommodate different rat length, overall diameter is 60 mm. 
Scapel blade R.G. Medical Supplies SNSM0206 For surgical incision
Scissors (macrosurgery) World Precision Instruments 501225 for cutting tissue on the abodmen and forhead
Scissors (microsurgery) World Precision Instruments 501232 To dissect the conjunctiva for electrode attachment
Scope Software ADInstruments version 3.7.6 Simultaneously triggers the stimulus via the ADI Powerlab system and collects data
Shaver Oster Golden A5 Shave fur from surgical areas
Stainless streel screws  MicroFasteners L001.003CS304 0.7 mm shaft diameter, 3 mm in length 
Stereotaxic frame David Kopf Model 900 A small animal stereotaxic instrument for locating the implantation landmarks on the skull
Surgical drape Vital Medical Supplies GM29-612EE Ensure sterile enviornment during surgery
Suture (macrosurgery) Ninbo medical needles 3-0 for suturing abdominal and head surgery, sterile silk braided, 60cm
Suture needle (microsurgery) Ninbo medical needles 8-0 or 9-0 for ocular surgery including, suturing electrode to sclera and closing conjunctival wound, nylon suture, 3/8 circle 1×5, 30cm
Telemetry data converter  DataSciences International R08 allows telemetry signal to interface with data collection software
Telemetry Data Exchange Matrix DataSciences International Gathers data from transmitters, pair with receiver
Telemetry data receiver DataSciences International RPC-1 Receives telemetry data from transmitter
Telemetry transmitter DataSciences International F50-EEE 3 channel telemetry transmitter
Tropicamide 0.5% Alcon Laboratories  Iris dilation
Tweezers (macrosurgery) World Precision Instruments 500092 Manipulate tissues during abdominal and head surgery
Tweezers (microsurgery) World Precision Instruments 500342 Manipulate tissues during ocular surgery

References

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Charng, J., He, Z., Bui, B., Vingrys, A., Ivarsson, M., Fish, R., Gurrell, R., Nguyen, C. Implantation and Recording of Wireless Electroretinogram and Visual Evoked Potential in Conscious Rats. J. Vis. Exp. (112), e54160, doi:10.3791/54160 (2016).

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