Mikroelektrod Uzun vadeli Derin Beyin Stimülasyonu için Sıçan Subtalamik Nucleus içine elektrotlar implantasyonu Rehberli
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
Derin beyin stimülasyonu (DBS) gibi idiyopatik Parkinson hastalığı, distoni veya titreme gibi çeşitli nörolojik bozukluklar için yaygın olarak kullanılan ve etkili bir tedavi yöntemidir. DBS santral sinir sisteminin belirli derin anatomik yapılara elektrik uyaranlara teslim dayanmaktadır. Ancak, DBS etkisi altında yatan mekanizmalar esrarengiz kalır. Bu, özellikle sıçanlarda hayvan modellerinde DBS etkisini araştıran bir ilgi yol açmıştır. DBS uzun vadeli bir tedavi olduğu için, araştırma DBS haftalarca sonra ortaya nöral devrelerin moleküler genetik değişiklikler odaklı olmalıdır. Sıçanlar yerinde stimülatörü hayvanın başının önde gelen tel tutarak sorunlara neden onların kafes içinde hareket nedeniyle sıçanlarda Uzun vadeli DBS zordur. Bundan başka, sıçan beyninde uyarımı için hedef yapılar küçük ve bu sebepten, elektrotlar kolayca gerekli pozisyonda yerleştirilemez. Böylece, uzun ömürlü stimula için bir set-upyaklaşık 1 M? empedansa sahip platin / iridyum elektrotlar kullanılarak sıçan edilmesi bu çalışma için geliştirilmiştir. Bu özelliklere sahip bir elektrot yeterli uyarılması aynı zamanda DBS için hedef bölgeyi tanımlamak için derin beyin yapıları kayıt sadece sağlar. Bizim set-up, tel bir fiş bir elektrot kafatası üzerine sabitlenmiş dört adet ankraj vida ile diş çimento gömülü edilmiştir. Stimülatörü fiş tel, paslanmaz çelik yay ile koruma altına alınmıştır. Bir döner Dolaşmasını tel önlemek için devresine bağlanmıştır. Genel olarak, bu uyarım set-up sıçan için ücretsiz hareketlilik yüksek derecede sunmaktadır ve uzun ömürlü gücünü korumak için baş fişi yanı sıra fişi ve stimülatör arasındaki kablo bağlantısını mümkün kılar.
Introduction
4 veya ventral orta talamus 5 – Derin beyin stimülasyonu (DBS), iç globus pallidusta 1, subtalamik nükleus (STN) 2 gibi özel serebral yapılara yerleştirilmiş elektrotlar aracılığıyla elektrik uyarılarının teslim dayalı bir tedavi yöntemidir. Son yirmi yıl içinde, bu tedavi Parkinson hastalığı 1 için güçlü bir tedavi aracı olarak tespit edilmiş olan – 4, distoni 6 ve tremor 7, ve aynı zamanda kronik ağrı 7, ruhsal bozukluklar (modüle etmek için kullanılır, örneğin, obsesif-kompulsif bozukluk 8, majör depresyon 9) veya dirençli epilepsi 10,11. Ayrıca, DBS, gelecekte, refrakter arteriyel hipertansiyon 12 veya ortostatik hipotansiyon 13 için bir tedavi seçeneği haline gelebilir.
Etkilerinin altında yatan fizyolojik mekanizmalarDBS anlaşılan kötü kalır. Anestezi kemirgenlerde çalışmalar klinik DBS 14 uygulanan taklit eden yüksek frekanslı stimülasyon sinir yanıtları içgörü sağladı. Bununla birlikte, bu çalışmalar, DBS etkisi davranışsal doğrulanmasını eksikliği değil, aynı zamanda 14 uygulanan uyarım parametrelerine bağlı olarak hatırı sayılır bir değişkenliğe yol açar.
Daha özlü bilinçli kemirgenlerde DBS davranışsal etkilerini ve altında yatan mekanizmaları araştırmak için, bir uyarım set-up özel gereksinimlerini yerine getirdiğini ihtiyaç vardır. DBS, çoğunlukla uzun vadeli tedavisi olarak kullanılmaktadır (örneğin, Parkinson hastalığı, kronik ağrı). Cihaz, bir tıkaç, hem de bir dış stimülatörü tapasından bir tel ile bir elektrot ihtiva etmektedir Bu durumda, kemirgenlerde stimülasyon kurulumu tasarlanmalıdır; kafatası üzerine sabit zaman ve bu birim hafif ama kırılmaz olmalıdır. Ayrıca, dolaşım özgürlüğü stimula sırasında sıçanlar için vazgeçilmezdiruzun bir süre boyunca tion. DBS hedef yapılar küçük; Örneğin, sıçanlarda STN 1,2 mm'lik bir uzunluğa ve 0,8 mm 3,15 arasında bir hacme sahiptir. Bu nedenle, elektrotlar çekirdeği yerleştirilmesi sırasında lezyonlu değildir ve ihtiyaçlarını hedef kesin olmak gerekirse bu tür tasarlanmış olması gerekir. Kemirgenlerde yapılan en DBS çalışmaların, hedef yapısı elektrot merkezi nokta stereotaktik ekleme kullanılan gibi, hata oranı Paxinos ve Watson'un 16 uygun koordinatlarla zaman da göreli olarak yüksek olabilir. Bu istatistiksel olarak anlamlı bir sonuca ulaşmak için gerekli olan bir hayvan, daha fazla sayıda sonuçlanır.
Bir elektrot implantasyon tekniği tanıtıldı Bu çalışmada, bu elektrot ilerleyen sırasında microrecording sistemi kullanılarak yüksek doğrulukta STN hedefliyor. Buna ek olarak, bir stimülasyon sistemi sadece uyarılan hayvan için hareketlilik yüksek derecede sağlar ama aynı zamanda sürekli bir uyanm garanti etmez sunulmuşturSıçan başkanı üzerine (bir paslanmaz çelik yayı tarafından korunan) stimülasyon tel güvenli sabitlenmesi via.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışma, sıçanların STN içine monopolar kronik elektrot implante için talimatlar adım adım seti sunuyor. Düşük empedanslı tungsten elektrot genellikle DBS 18,19, platin / iridyum (Pt / ir) 1 M? Empedans olduğu kullanıldı yapılmış bir tek kutuplu elektrot için kullanılır, ancak. Pt / Ir elektrodlar da nedeniyle olumlu özellikleri, Parkinson hastalığı olan hastalarda kullanılır: minimal erozyon 20 göstermekte ve herhangi bir yüksek yük yoğunlukları kullanıl…
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 |
References
- Kumar, R., Lang, A. E., et al. Deep brain stimulation of the globus pallidus pars interna in advanced Parkinson’s disease. Neurology. 55 (12 Suppl 6), S34-S39 (2000).
- Volkmann, J., Allert, N., Voges, J., Weiss, P. H., Freund, H. -. J., Sturm, V. Safety and efficacy of pallidal or subthalamic nucleus stimulation in advanced PD. Neurology. 56 (4), 548-551 (2001).
- Volkmann, J., Allert, N., Voges, J., Sturm, V., Schnitzler, A., Freund, H. -. J. Long-term results of bilateral pallidal stimulation in Parkinson’s disease. Annals of Neurology. 55 (6), 871-875 (2004).
- Odekerken, V. J., van Laar, T., et al. Subthalamic nucleus versus globus pallidus bilateral deep brain stimulation for advanced Parkinson’s disease (NSTAPS study): a randomised controlled trial. The Lancet Neurology. 12 (1), 37-44 (2013).
- Benabid, A. L., Pollak, P., et al. Long-term suppression of tremor by chronic stimulation of the ventral intermediate thalamic nucleus. The Lancet. 337 (8738), 403-406 (1991).
- Volkmann, J., Wolters, A., et al. Pallidal deep brain stimulation in patients with primary generalised or segmental dystonia: 5-year follow-up of a randomised trial. The Lancet Neurology. 11 (12), 1029-1038 (2012).
- Nguyen, J. -. P., Nizard, J., Keravel, Y., Lefaucheur, J. -. P. Invasive brain stimulation for the treatment of neuropathic pain. Nature Reviews Neurology. 7 (12), 699-709 (2011).
- Kohl, S., Schönherr, D. M., et al. Deep brain stimulation for treatment-refractory obsessive compulsive disorder: a systematic review. BMC psychiatry. 14, 214 (2014).
- Schlaepfer, T. E., Bewernick, B. H., Kayser, S., Mädler, B., Coenen, V. A. Rapid Effects of Deep Brain Stimulation for Treatment-Resistant Major Depression. Biological Psychiatry. 73 (12), 1204-1212 (2013).
- Fisher, R., Salanova, V., et al. Electrical stimulation of the anterior nucleus of thalamus for treatment of refractory epilepsy. Epilepsia. 51 (5), 899-908 (2010).
- DeGiorgio, C., Heck, C., et al. Vagus nerve stimulation for epilepsy: Randomized comparison of three stimulation paradigms. Neurology. 65 (2), 317-319 (2005).
- Callaghan, E. L., McBryde, F. D., et al. Deep Brain Stimulation for the Treatment of Resistant Hypertension. Current Hypertension Reports. 16 (11), 1-10 (2014).
- Green, A. L. M. R. C. S., Wang, S., Owen, S. L. F., Paterson, D. J. D. P., Stein, J. F. D., Aziz, T. Z. D. M. Controlling the Heart Via the Brain: A Potential New Therapy for Orthostatic Hypotension. [Miscellaneous Article]. Neurosurgery June 2006. 58 (6), 1176-1183 (2006).
- Chang, J. -. Y., Shi, L. -. H., Luo, F., Zhang, W. -. M., Woodward, D. J. Studies of the neural mechanisms of deep brain stimulation in rodent models of Parkinson’s disease. Neuroscience, & Biobehavioral Reviews. 32 (3), 352-366 (2008).
- Hardman, C. D., Henderson, J. M., Finkelstein, D. I., Horne, M. K., Paxinos, G., Halliday, G. M. Comparison of the basal ganglia in rats, marmosets, macaques, baboons, and humans: Volume and neuronal number for the output, internal relay, and striatal modulating nuclei. The Journal of Comparative Neurology. 445 (3), 238-255 (2002).
- Paxinos, G., Watson, C. H. . The rat brain in stereotaxic coordinates. , (2007).
- Dirnagl, U. Bench to bedside: the quest for quality in experimental stroke research. Journal of Cerebral Blood Flow, & Metabolism. 26 (12), 1465-1478 (2006).
- Maesawa, S., Kaneoke, Y., et al. Long-term stimulation of the subthalamic nucleus in hemiparkinsonian rats: neuroprotection of dopaminergic neurons. Journal of Neurosurgery. 100 (4), 679-687 (2004).
- Spieles-Engemann, A. L., Behbehani, M. M., et al. Stimulation of the rat subthalamic nucleus is neuroprotective following significant nigral dopamine neuron loss. Neurobiology of disease. 39 (1), 105-115 (2010).
- Agnew, W. F., Yuen, T. G. H., McCreery, D. B., Bullara, L. A. Histopathologic evaluation of prolonged intracortical electrical stimulation. Experimental Neurology. 92 (1), 162-185 (1986).
- Harnack, D., Winter, C., Meissner, W., Reum, T., Kupsch, A., Morgenstern, R. The effects of electrode material, charge density and stimulation duration on the safety of high-frequency stimulation of the subthalamic nucleus in rats. Journal of Neuroscience Methods. 138 (1-2), 207-216 (2004).
- Groothuis, J., Ramsey, N. F., Ramakers, G. M. J., van der Plasse, G. Physiological Challenges for Intracortical Electrodes. Brain Stimulation. 7 (1), 1-6 (2014).
- Li, Q., Ke, Y., et al. Therapeutic Deep Brain Stimulation in Parkinsonian Rats Directly Influences Motor Cortex. Neuron. 76 (5), 1030-1041 (2012).
