Implantación y grabación de Electrorretinograma Wireless y del potencial evocado visual en ratas conscientes
Summary
Mostramos implantación y grabación de los procedimientos quirúrgicos para medir señales electrofisiológicas visuales desde el ojo (electrorretinograma) y el cerebro (potencial evocado visual) en ratas conscientes, que se parece más a la condición humana, donde las grabaciones se realizaron sin anestesia confunde.
Abstract
El electrorretinograma de campo completo (ERG) y los potenciales evocados visuales (VEP) son herramientas útiles para evaluar la retina y la integridad de las vías ópticas, tanto en el laboratorio como en clínica. Actualmente, las mediciones ERG y PEV preclínicos se realizan con anestesia para asegurar la colocación de electrodos estables. Sin embargo, la presencia misma de la anestesia se ha demostrado que contaminar las respuestas fisiológicas normales. Para superar estos factores de confusión de anestesia, desarrollamos una novela plataforma para ensayar ERG y PEV en ratas conscientes. Los electrodos se implantan quirúrgicamente sub-conjuntival en el ojo para ensayar la ERG y epidural sobre la corteza visual para medir el VEP. Una gama de amplitud y sensibilidad / parámetros de tiempo se analizan para determinar tanto el ERG y PEV a aumentar las energías luminosas. Las señales ERG y PEV se muestran para ser estable y repetible durante al menos 4 semanas después del implante quirúrgico. Esta capacidad de grabar señales ERG y PEV sin anestesia en los confunde s preclínicosrocedimien debe proporcionar traducciones de gran calidad a los datos clínicos.
Introduction
El ERG y VEP son mínimamente invasivos en herramientas in vivo para evaluar la integridad de las vías de la retina y visuales, respectivamente, en tanto en el laboratorio y de la clínica. El ERG de campo completo produce una forma de onda característica que se puede dividir en diferentes componentes, con cada elemento que representa diferentes clases de células de la retina 1,2 vía. El ERG de campo completo de forma de onda clásica consiste en una pendiente inicial negativa (una onda), que se ha demostrado que representan los fotorreceptores actividad post exposición a la luz 2-4. La onda a es seguido por una forma de onda positiva sustancial (b-onda), que refleja la actividad eléctrica de la retina medio, predominantemente las células ON-bipolares 5-7. Además, se puede variar la energía luminosa e inter-estímulo-intervalo para aislar cono de respuesta de los bastones 8.
El flash VEP representa los potenciales eléctricos de la corteza y el tallo cerebral visual en respuesta a la estimulación de la luz de la retina9,10. Esta forma de onda se puede descomponer en componentes tempranos y tardíos, con el componente de principios de actividad de las neuronas de la vía retino-geniculo-estriada 11 a 13 y el componente tarde que representa el procesamiento cortical realizarse de diversas láminas V1 en ratas 11,13 reflectante. Por lo tanto la medición simultánea de la ERG y PEV vuelve evaluación exhaustiva de las estructuras implicadas en la vía visual.
Actualmente, a fin de registrar la electrofisiología en animales, se emplea anestesia para permitir una colocación estable de los electrodos. Ha habido intentos de medir ERG y PEV en ratas conscientes 14-16 pero estos estudios emplea una configuración de cable, que puede ser engorroso y puede conducir a estrés de los animales mediante la restricción de los movimientos del animal y el comportamiento natural 17. Con los recientes avances en la tecnología inalámbrica, incluyendo la mejora de la miniaturización y la duración de la batería, ahora es posible implementar un enfoque de telemetría para un ERGd grabación de los VEP, disminuyendo el estrés asociado con las grabaciones de cable y la mejora de la viabilidad a largo plazo. Plenamente internalizados implantaciones estables de sondas de telemetría han demostrado tener éxito para el control crónico de la temperatura, la presión arterial 18, la actividad 19, así como la electroencefalografía 20. Tales avances en la tecnología también ayudará con la repetibilidad y la estabilidad de las grabaciones conscientes, lo que aumenta la utilidad de la plataforma para estudios crónicos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Debido a la naturaleza mínimamente invasiva de la electrofisiología visual, grabaciones ERG y PEV en pacientes humanos se llevan a cabo en condiciones conscientes y sólo requieren el uso de anestésicos tópicos para la colocación del electrodo. Por el contrario, la electrofisiología visual en modelos animales se lleva a cabo bajo anestesia general convencional para permitir la colocación de electrodos estable mediante la eliminación de los movimientos oculares y corporales voluntarias. Sin embargo, los anestési…
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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