Microélectrodes guidée implantation d'électrodes dans le noyau sous-thalamique des rats à long terme de stimulation cérébrale profonde
Summary
A method for implanting electrodes into the subthalamic nucleus (STN) of rats is described. Better localization of the STN was achieved by using a microrecording system. Furthermore, a stimulation set-up is presented that is characterized by long-lasting connections between the head of the animal and the stimulator.
Abstract
La stimulation cérébrale profonde (DBS) est une thérapie largement utilisé et efficace pour plusieurs troubles neurologiques, comme la maladie, la dystonie ou tremblements de Parkinson idiopathique. DBS est basé sur la prestation des stimuli électriques à des structures anatomiques profondes spécifiques du système nerveux central. Cependant, les mécanismes sous-jacents de l'effet de DBS restent énigmatiques. Cela a conduit à un intérêt dans l'enquête de l'impact de DBS dans des modèles animaux, en particulier chez les rats. Comme DBS est une thérapie à long terme, la recherche devrait être axée sur les changements de génétique moléculaire de circuits neuronaux qui se produisent plusieurs semaines après DBS. À long terme chez les rats DBS est difficile parce que les rats se déplacent dans leur cage, ce qui provoque des problèmes à maintenir en place le fil qui mène de la tête de l'animal au stimulateur. En outre, des structures cibles de stimulation dans le cerveau de rat sont de petite taille et par conséquent les électrodes peuvent pas facilement être mis à la position requise. Ainsi, un set-up pour longue durée stimulation des rats en utilisant des électrodes de platine / iridium avec une impédance d'environ 1 MQ a été développé pour cette étude. Une électrode à ces spécifications permet non seulement une stimulation adéquate, mais aussi l'enregistrement des structures profondes du cerveau pour identifier la zone cible pour DBS. Dans notre set-up, une électrode avec un bouchon pour le fil a été enrobé dans un ciment dentaire avec quatre vis d'ancrage fixé sur le crâne. Le fil de la bougie pour le stimulateur a été protégé par un ressort en acier inoxydable. Un pivot est relié au circuit pour empêcher le fil de emmêlement. Dans l'ensemble, cette stimulation set-up offre un degré élevé de mobilité libre pour le rat et permet la prise de tête, ainsi que la connexion du fil entre le bouchon et le stimulateur, de conserver la force de longue durée.
Introduction
La stimulation cérébrale profonde (DBS) est un traitement basé sur la prestation des impulsions électriques via des électrodes implantées à structures cérébrales spécifiques, tels que le globus pallidus interne 1, le noyau sous-thalamique (STN) 2 – 4 ou le thalamus ventral intermédiaire 5. Dans les deux dernières décennies, ce traitement a été établi comme un outil thérapeutique puissant pour la maladie de Parkinson: 1 – 4, dystonie 6 et le tremblement 7, et est également utilisé pour moduler la douleur chronique 7, troubles psychiatriques (ie, le trouble obsessionnel-compulsif 8, dépression majeure 9) ou d'épilepsie réfractaire 10,11. En outre, DBS pourrait, à l'avenir, devenir une option de traitement pour l'hypertension artérielle réfractaire 12 ou hypotension orthostatique 13.
Les mécanismes physiologiques sous-jacents aux effetsde DBS demeurent mal compris. Les études chez les rongeurs anesthésiés ont donné un aperçu des réponses neuronales à la stimulation à haute fréquence qui imitent cliniquement appliquée DBS 14. Toutefois, ces études ne manquent pas corroboration du comportement de l'effet DBS mais entraînent également une grande variabilité selon les paramètres de stimulation appliqué 14.
Pour étudier de façon plus concise les effets sur le comportement et les mécanismes sous-jacents de DBS à rongeurs conscients, une stimulation set-up est nécessaire qui répond à des exigences spécifiques. DBS est principalement utilisé comme une thérapie à long terme (par exemple, la maladie de Parkinson, la douleur chronique). Ainsi, la mise en place stimulation chez les rongeurs doit être conçu de sorte que l'unité est constituée d'une électrode avec un bouchon, ainsi qu'un fil de la bougie à un stimulateur externe; et cette unité doit être léger mais incassable lorsqu'il est fixé sur le crâne. En outre, la liberté de mouvement est indispensable pour les rats pendant stimulation sur une période prolongée. Les structures cibles de DBS sont de petite taille; par exemple, la STN chez le rat a une longueur de 1,2 mm et un volume de 0,8 mm 3,15. Par conséquent, les électrodes doivent être conçus de telle sorte que le noyau ne soit pas lésé pendant l'insertion et le ciblage doit être précis. Comme la plupart des études menées chez les rongeurs DBS ont utilisé repère basé insertion stéréotaxique de l'électrode à la structure cible, le taux d'erreur peut être relativement élevé, même en utilisant les coordonnées selon Paxinos et Watson 16. Cela se traduit par un plus grand nombre d'animaux nécessaires pour parvenir à un résultat statistiquement significatif.
Dans la présente étude, une technique d'implantation de l'électrode est introduite, qui cible le STN avec une grande précision à l'aide d'un système de microfiche tout en faisant avancer l'électrode. En outre, un système de stimulation est présenté qui ne permet pas seulement un haut degré de mobilité de l'animal stimulé mais garantit également stimulati continuvia une fixation sûre du fil de stimulation (qui est protégée par un ressort en acier inoxydable) sur la tête du rat.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cette étude présente un ensemble étape-par-étape d'instructions pour l'implantation d'une électrode monopolaire chronique dans le STN des rats. Bien que les électrodes de tungstène à basse impédance sont souvent utilisés pour DBS 18,19, une électrode monopolaire en platine / iridium (Pt / Ir) qui a été employé avait une impédance d'environ 1 MQ. Électrodes Pt / IR sont également utilisés chez les patients atteints de la maladie de Parkinson en raison de leurs propriét?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We wish to thank Mr Wabbel for preparing the wires and Mr Tietsch for constructing the plugs and cages according to our plans. This work was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (Sonderforschungsbereich 688). Felix Fluri holds a fellowship of the Interdisziplinäre Zentrum für Klinische Forschung (IZKF), University Clinics Würzburg, Germany.
Materials
| Pt/Ir electrode | FHC Inc. | UE | Custom-made: Specification: UEPSEGSECN1M |
| Plugs | GT Labortechnik (Arnstein/Germany) | Custom-made | |
| Pin header | DISTRELEC | 143-95-324 | single-row, 90° 1×3 datamate, Type M80-8420342 |
| Socket | DISTRELEC | 143-95-621 | single-row,straight 2 mm pole no.1×3 datamate, Type M80-8400342 |
| Stainless steel spring | Plastics ONE | SS0102 | Part-#: .120 X .156 Spring ID (mm): 3.0 Spring OD (mm): 4.0 |
| Dental cement/Paladur | Heraeus Kulzer | 64707938 | Liquid, 500 ml |
| Dental cement/Paladur | Heraeus Kulzer | 64707954 | Powder, rose, 500g |
| Head screw | Hummer & Reiss | V2ADIN84 M1.6×3 | |
| Jodosept PVP | Vetoquinol | 435678/E04 | |
| Mepivacain 1% | AstraZeneca | PZN03338515 | |
| Epinephrine | Sanofi-Aventis | PZN00176118 | |
| Tramadolhydrochloride | Rotexmedica | 38449.00.00 |
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