Summary

Microdialisi degli aminoacidi eccitanti durante le registrazioni di EEG in liberi di muoversi

Published: November 08, 2018
doi:

Summary

Qui, descriviamo un metodo per microdialisi in vivo analizzare il rilascio del glutammato e aspartato nell’ippocampo ventrale dei ratti epilettici e non-epilettici, in combinazione con le registrazioni di EEG. Concentrazioni extracellulari di aspartato e glutammato possono essere correlate con le diverse fasi della malattia.

Abstract

Microdialisi sono una tecnica consolidata neuroscienze che correla le modifiche di neurologico attivi diffusione nello spazio interstiziale del cervello con il comportamento e/o con l’esito specifico di una patologia (ad es., crisi epilettiche per l’epilessia). Quando si studia l’epilessia, la tecnica della microdialisi è spesso combinata con a breve termine o addirittura a lungo termine dei video-elettroencefalografia (EEG) di monitoraggio per valutare la frequenza di grippaggio spontaneo, gravità, progressione e clustering. Il microdialysis-EEG combinato si basa sull’uso di diversi metodi e strumenti. Qui, abbiamo effettuato mediante microdialisi in vivo e continuo dei video-EEG registra a monitor di glutammato e aspartato di deflusso nel tempo, nelle diverse fasi della storia naturale dell’epilessia in un modello del ratto. Questo approccio combinato consente l’abbinamento delle modifiche nel rilascio del neurotrasmettitore con specifiche fasi della progressione e lo sviluppo della malattia. La concentrazione dell’amminoacido nel dializzato è stata determinata per cromatografia liquida. Qui, descriviamo il metodi e delineare le principali misure di precauzione uno dovrebbero prendere durante la microdialisi in vivo -EEG, con particolare attenzione alla chirurgia stereotassica, stimolazione basale e alto potassio durante microdialisi, profondità registrazione degli elettrodi EEG e analisi di cromatografia liquida ad alte prestazioni di aspartato e glutammato nel dializzato. Questo approccio può essere adattato per testare una varietà di droga o di malattia ha indotto cambiamenti delle concentrazioni fisiologiche di aspartato e glutammato nel cervello. A seconda della disponibilità di un appropriato test analitico, possono essere ulteriormente utilizzato per testare diverse molecole solubili quando si impiegano registrazione EEG allo stesso tempo.

Introduction

Per consentono di comprendere il danno funzionale di neurotrasmissione eccitatorio e GABAergic neurotrasmissione inibitoria conseguente crisi epilettiche spontanee nell’epilessia del lobo temporale (TLE), abbiamo monitorato sistematicamente concentrazioni extracellulari di GABA1 e successivamente i livelli di glutammato e aspartato2 mediante microdialisi nell’ippocampo ventrale dei ratti in vari momenti della malattia naturale corso, vale a dire, durante lo sviluppo e la progressione dell’epilessia. Abbiamo approfittato del modello Pilocarpina TLE in ratti, che imita la malattia con estrema precisione in termini di cambiamenti comportamentali, elettrofisiologici e istopatologico3,4 e abbiamo correlato la concentrazione del dializzato di aminoacidi acidi di sue diverse fasi: la fase acuta dopo l’insulto epilettogena, la fase di latenza, tempo del primo grippaggio spontaneo e la phass cronica5,6,7. Inquadrare le fasi di malattia è stato attivato dal controllo del video-EEG a lungo termine e preciso EEG e caratterizzazione clinica di crisi epilettiche spontanee. Applicazione della tecnica del microdialysis connesso con controllo video-EEG a lungo termine ci ha permesso di proporre ipotesi meccanicistiche per neuropatologia TLE. In sintesi, la tecnica descritta in questo manoscritto permette l’abbinamento delle alterazioni neurochimiche all’interno di un’area definita del cervello con lo sviluppo e la progressione dell’epilessia in un modello animale.

Dispositivi associati, costituiti da un elettrodo di profondità giustapposto a una cannula di microdialisi, sono spesso impiegati in studi di ricerca di epilessia dove cambiamenti in neurotrasmettitori, loro metaboliti o substrati di energia dovrebbero essere correlate all’attività neuronale. Nella maggior parte dei casi, viene utilizzato a comportarsi liberamente gli animali, ma può anche essere condotta in modo simile in esseri umani, per esempio, in pazienti epilettici farmaco-resistente in fase di indagine di elettrodo di profondità prima della chirurgia8. Registrazione EEG sia dializzato raccolta può essere eseguita separatamente (ad esempio, impiantare l’elettrodo in un emisfero e la microdialisi della sonda in altro emisfero o anche eseguendo il microdialysis in un gruppo di animali durante l’esecuzione il suola EEG in un altro gruppo di animali). Tuttavia, gli elettrodi di accoppiamento a sonde può avere molteplici vantaggi: esso semplifica la chirurgia stereotassica, limita il danno di tessuto a un solo emisfero (mentre l’altra, lasciando intatti, come un controllo per gli esami istologici) e omogeneizza i risultati come questi sono ottenuti dalla stessa regione del cervello e l’animale stesso.

D’altra parte, la preparazione del dispositivo accoppiato microdialysis sonda elettrodo richiede abilità e il tempo se è fatta in casa. Uno potrebbe spendere quantità relativamente elevate di denaro se acquistato dal mercato. Inoltre, quando la microdialisi sonde (punte della sonda sono in genere 200-400 µm di diametro e 7-12 mm di lunghezza) sono9e gli elettrodi EEG (elettrodi sono solitamente di 300-500 µm di diametro e abbastanza a lungo per raggiungere la struttura del cervello di interesse10) accoppiato, il dispositivo montato rappresenta un oggetto ingombrante e relativamente pesante su un lato della testa, che è fastidioso per gli animali e incline a essere perso specialmente quando è collegato alla pompa dialisi e il sistema di registrazione EEG di filo duro. Questo aspetto è più rilevante negli animali epilettici che sono difficili da gestire e meno adattivo per le sessioni di microdialysis. Tecniche chirurgiche adeguate e appropriate cure post-operatorie possono provocare gli impianti di lunga durata che causano disagio minimo animale e dovrebbero essere perseguiti per esperimenti di microdialisi combinatorio-EEG10,11, 12.

Vantaggi e limiti della tecnica microdialysis sono stati esaminati in dettaglio da molti neuroscienziati. Il suo vantaggio primario rispetto ad altre in vivo aspersione tecniche (ad es., flusso rapido push-pull o aspersione corticale tazza) è un piccolo diametro della sonda che copre una zona relativamente precisa di interesse13,14, 15. In secondo luogo, la membrana di microdialysis crea una barriera fisica tra il tessuto e il perfusato; Pertanto, sostanze di alto peso molecolare non attraversano e non interferire con le analisi16,17. Inoltre, il tessuto è protetta dal flusso turbolento del perfusato18. Un altro importante vantaggio è la possibilità di modificare il flusso di perfusato per massimizzare la concentrazione dell’analita nel perfusato (cioè, il processo di microdialysis può ben essere definito matematicamente e può essere modificato per alto rendimento concentrazione dell’analita nel campione)19. Infine, la tecnica può essere utilizzata per infondere i farmaci o sostanze farmacologicamente attive nel tessuto di interesse e determinare il loro effetto presso il sito di intervento20. D’altra parte, microdialisi ha un tempo di risoluzione limitata (in genere più di 1 min a causa del tempo necessario per la raccolta di campioni) rispetto ai sensori elettrochimici o biologici; è una tecnica invasiva che provoca danni ai tessuti; compromette l’equilibrio neurochimico all’interno dello spazio intorno alla membrana dovuto la pendenza di concentrazione continua di tutte le sostanze solubili che entra il perfusato insieme con l’analita di interesse. Infine, la tecnica della microdialisi è fortemente influenzata dai limiti delle tecniche analitiche utilizzate per la quantificazione di sostanze del perfusato9,21,22,23 . La cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) dopo derivatizzazione con orthophthaldialdehyde per l’analisi di glutammato e aspartato in campioni biologici è stato convalidato ben24,25,26 , 27 e la sua vasta discussione è fuori della portata di questo manoscritto, ma i dati prodotti con questo metodo verranno descritti in dettaglio.

Quando eseguita correttamente e senza modifiche della composizione di perfusato, microdialisi è in grado di fornire informazioni attendibili circa i livelli basali del rilascio di neurotrasmettitore. La maggior parte dei livelli basali è probabilmente il risultato di spillover trasmettitore da sinapsi9. Perché in molti casi il campionamento semplice del neurotrasmettitore nello spazio sinaptico extra non è sufficiente a perseguire gli obiettivi di un’inchiesta, la tecnica della microdialisi può essere impiegata anche per stimolare i neuroni o di privarli di importanti ioni fisiologici come K+ o Ca2 +, al fine di evocare o impedire il rilascio del neurotrasmettitore.

Alta K+ stimolazione viene spesso utilizzata in neurobiologia per stimolare l’attività neuronale non solo negli animali svegli, ma anche nelle colture primarie e organotipiche. L’esposizione di un sano sistema nervoso centrale a soluzioni con alte concentrazioni di K+ (40-100 mM) evoca l’efflusso di neurotrasmettitori28. Questa capacità dei neuroni di fornire una versione aggiuntiva in risposta ad alta K+ può essere compromessa in animali epilettici1 e in altre malattie di neurodegenerative29,30. Allo stesso modo, il Ca2 + privazione (ottenuta irrorando soluzioni Ca2 + libera) viene utilizzata per stabilire calcio-dipendente rilascio di neurotrasmettitori più misurati dal microdialysis. Si ritiene generalmente che il Ca2 + dipendente rilascio è di origine neuronale, considerando che il rilascio di Ca2 + indipendente proviene da cellule gliali, ma molti studi sollevato polemiche sopra il significato di Ca2 +-misure sensibili di es. glutammato o GABA9: così, se possibile, si consiglia di sostenere gli studi di microdialisi con microsensor studi, come questi ultimi hanno una più alta risoluzione spaziale e gli elettrodi consente di avvicinarsi alla sinapsi31.

Per quanto riguarda gli studi di microdialisi in animali epilettici, è importante sottolineare che i dati ottenuti dalla maggior parte di essi si basano su video o video-EEG monitoraggio dei grippaggi, cioè, dell’occorrenza transitoria di segni e/o i sintomi dovuto anormale sincrone o eccessiva attività neuronale nel cervello32. Ci sono alcune specifiche dei grippaggi elettrografici negli animali trattato Pilocarpina che dovrebbero essere considerati quando si prepara l’esperimento. Crisi epilettiche spontanee sono seguiti da attività depressa con frequenti punti interictal di EEG3 e si verificano in cluster33,34. Sham azionati non-epilettici animali possono esibire grippaggio-come attività35 e pertanto i parametri per la valutazione di registrazioni EEG dovrebbero essere standardizzato36 e, se possibile, i tempi di microdialysis sessioni dovrebbero essere ben definito. Infine, ti raccomandiamo vivamente di seguire i principi e le norme metodologiche per controllo del video-EEG in roditori adulti controllo delineato dagli esperti della International League Against Epilepsy e società americana di epilessia nei loro rapporti molto recenti37 ,38.

Qui, descriviamo il microdialysis del glutammato e aspartato in parallelo con le registrazioni video-EEG a lungo termine negli animali epilettici e la loro analisi nel dializzato da HPLC. Ci metterà in risalto i passaggi critici del protocollo che uno dovrebbe prendersi cura di per il miglior risultato.

Protocol

Tutte le procedure sperimentali sono state approvate dall’Università di Ferrara istituzionale Animal Care e uso Comitato e dal Ministero italiano della salute (autorizzazione: D.M. 246/2012-B) in conformità con le linee guida delineate nelle Comunità europee Direttiva del Consiglio del 24 novembre 1986 (86/609/CEE). Questo protocollo è specificamente regolato per la determinazione del glutammato e aspartato in dializzato di cervello di ratto ottenuti sotto controllo EEG delle sessioni di microdialisi in ratti epilett…

Representative Results

Recupero della sonda Il recupero medio (cioè, il contenuto medio dell’amminoacido nel perfusato come percentuale del contenuto in un volume uguale di soluzione flaconcino) era 15.49 ± 0,42% ad una portata di 2 μL/min e 6.32 ± 0,64 a 3 μL/min per il glutammato e 14.89 ± 0,36% ad una portata di 2 ΜL/min e 10.13 ± 0.51 a 3 μL/min per aspartato quando si utilizza la sonda di membrana cuprophane. Se si utilizza la son…

Discussion

In questo lavoro, vi mostriamo come una registrazione video-EEG continua accoppiata con microdialisi può essere eseguita in un modello sperimentale di TLE. Vengono utilizzate tecniche di registrazione video-EEG per diagnosticare correttamente le diverse fasi di progressione della malattia negli animali e la tecnica della microdialisi è usata per descrivere i cambiamenti nel rilascio di glutammato che si verificano nel tempo (i cambiamenti non sono stati trovati per aspartato in un studio precedentemente pubblicato<sup …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Gli autori desiderano ringraziare Anna Binaschi, Paolo Roncon ed Eleonora Palma per il loro contributo ai manoscritti pubblicati in precedenza.

Materials

3-channel two-twisted electrode Invivo1, Plastic One, Roanoke, Virginia, USA MS333/3-B/SPC Material
guide cannula Agn Tho's, Lindigö, Sweden MAB 4.15.IC Material
Resin KK2 Plastik Elettra Sport, Lecco, Italy KK2 Material
Super Attack gel Loctite Henkel Italia Srl, Milano, Italy 2047420_71941 Material
Imalgene-Ketamine Merial, Toulouse, France 221300288 (AIC) Solution
Xylazine Sigma, Milano, Italy X1251 Material
Isoflurane-Vet Merial, Toulouse, France 103120022 (AIC) Solution
Altadol 50 mg/ ml – tramadol Formevet, Milano, Italy 103703017 (AIC) Solution
Gentalyn 0.1% crm – gentamycine MSD Italia, Roma, Italy 20891077 (AIC) Material
simplex rapid dental cement Kemdent, Associated Dental Products Ltd, Swindon, United Kingdom ACR811 Material
GlasIonomer CX-Plus Cement Shofu, Kyoto, Japan PN1167 Material
probe clip holder Agn Tho's, Lindigö, Sweden p/n 100 5001 Equipment
Histoacryl® Blue Topical Skin Adhesive TissueSeal, Ann Arbor, Michigan, USA TS1050044FP Material
Valium 10 mg/2 ml – diazepam Roche, Monza, Italy 019995063 (AIC) Material
1 mL syringe with 25G needle Vetrotecnica, Padova, Italy 11.3500.05 Material
rat flexible feeding needle 17G Agn Tho's, Lindigö Sweden 7206 Material
Grass Technology apparatus Grass Technologies, Natus Neurology Incorporated, Pleasanton, California, USA M665G08 Equipment (AS40 amplifier, head box, interconnecting cables, telefactor model RPSA S40)
modular data acquisition and analysis system MP150 Biopac, Goleta, California, USA MP150WSW Equipment
digital video surveillance system AverMedia Technologies, Fremont, California, USA V4.7.0041FD Equipment
microdialysis probe Agn Tho's, Lindigö Sweden MAB 4.15.1.Cu Material
microdialysis probe Synaptech, Colorado Springs, Colorado, USA S-8010 Material
block heater Grant Instruments, Cambridge, England QBD2 Equipment
stirrer Cecchinato A, Aparecchi Scientifici, Mestre, Italy 711 Equipment
infusion pump Univentor, Zejtun, Malta 864 Equipment
fine bore polythene tubing Smiths Medical International Ltd., Keene, New Hampshire, USA 800/100/100/100 Material
blue tubing adapters Agn Tho's, Lindigö Sweden 1002 Material
red tubing adapters Agn Tho's, Lindigö Sweden 1003 Material
2.5 mL syringe with 22G needle Chemil, Padova, Italy S02G22 Material
vial cap Cronus, Labicom, Olomouc, Czech Republic VCA-1004TB-100 Material
septum Thermo Scientific, Rockwoood, Tennessee, USA National C4013-60 8 mm TEF/SIL septum Material
glass insert with bottom spring Supelco, Sigma, Milano, Italy 27400-U Material
autosampler vial National Scientific, Thermo Fisher Scientific, Monza, Italy C4013-2 Material
Smartline manager 5000 system controller and degasser unit Knauer, Berlin, Germany V7602 Equipment
Smartline 1000 quaternary gradient pump Knauer, Berlin, Germany V7603 Equipment
spectrofluorometric detector Shimadzu, Kyoto, Japan RF-551 Equipment
chromatogrphic column Knauer, Berlin, Germany 25EK181EBJ Material
chromatogrphic pre-column Knauer, Berlin, Germany P5DK181EBJ Material
mobile phase solution A 0.1 M sodium phosphate buffer, pH 6.0 Solution
mobile phase solution B 40% 0.1 M sodium phosphate buffer, 30% methanol, 30% acetonitrile, pH 6.5 Solution
Ringer solution composition in mM: MgCl2 0.85, KCl 2.7, NaCl 148, CaCl2 1.2, 0.3% BSA Solution
modified Ringer solution composition in mM: MgCl2 0.85, KCl 100, NaCl 50.7, CaCl2 1.2, 0.3% BSA Solution
saline 0.9% NaCl, ph adjusted to 7.0 Solution
sucrose solution 10% sucrose in distilled water Solution

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Soukupová, M., Falcicchia, C., Lovisari, F., Ingusci, S., Barbieri, M., Zucchini, S., Simonato, M. Microdialysis of Excitatory Amino Acids During EEG Recordings in Freely Moving Rats. J. Vis. Exp. (141), e58455, doi:10.3791/58455 (2018).

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