齧歯動物および人間のティッシュの急性発作活動の生成とオン ・ デマンド開始

急性発作モデルは正常に発作を経験する人の脳波 (EEG) にみられる発作時のイベントを連想させるエレクトロ グラフ署名を再現できます。研究者は、代理として奪取イベント¹(ここの発作時のイベント’ と呼ばれる) これらの発作のようなイベントを使用します。臨床的に発作時のイベントは、以来、発作が脳から発する神経疾患発作イベントの信頼性の高いプロキシとして機能します。てんかんモニタリング ユニット、神経科医はてんかんの脳の領域を確認し、切除²に分離する発作時イベントの検出に依存します。集中治療室では、医師はどんな発作活動が鎮静患者³に固執する場合を評価する発作時のアクティビティを監視します。てんかん患者の 30% は使用可能な薬^4、5、薬剤耐性と薬剤誘発性発作を含む医学の場合の 10% が医療界の挑戦的な問題であることのまま発作を制御します。³標準治療に応答しません。これはアメリカの人口の 10% は彼らの一生の間に 1 つの発作イベントを体験する見込し、3% のてんかん⁶の発展が予想される社会にとって深刻な懸念を提示します。

発作慢性てんかんモデルでの勉強は、高価な骨の折れるとしばしば⁷の準備に数ヶ月をかかります。また、動物を自由に移動で電気生理学的記録を行うことは困難です。ひと臨床試験患者の同意、参加者の背景や道徳的、倫理的な考慮事項関連する⁸の変動に関連する追加の複雑さと同様、同様の問題に直面します。その一方で、急性発作モデル比較的準備に便利、低コスト、大量の研究⁹発作時のイベントを生成できる、有利です。さらに、条件が電気生理学的記録発作ダイナミクスと関連の基本的な病態を検討する必要を実行するために理想的なので、組織は安定した位置に固定されます。彼らは、脳のすべての固有の要因と取り込めないことがあるシナプスの接続構成ニューロン ネットワークの構成生物学的材料に基づいているため急性発作モデルはインシリコ(コンピューター) モデル上良好のまま最も詳細なコンピューターによって¹⁰をモデル化します。これらの機能は、急性発作モデルの潜在的な抗けいれん治療スクリーニングと慢性てんかんモデルと臨床試験のさらなる調査のためにそれらを進める前に予備調査結果を作るで効率的に構えを作る。

通常、急性発作モデルはハイパー興奮性の条件にさらされている正常な脳組織から派生しました。健康的な脳組織の臨床的に関連する発作時イベントを誘発するには、それは、励起 (E) と (I) 抑制がバランスの取れた¹²脳が重大な状態¹¹で最適に機能するかを理解することが重要。E の混乱-私のバランスは発作時イベントが沈殿させるハイパー興奮性発作状態につながることができます。したがって、この概念の枠組みの中で、脳のスライス (生体外で) または全体の脳 (体内) 準備発作時のイベントを生成する 2 つの主要な方法があります: 抑制 (“disinhibition”) を減少または増加励起 (“非-disinhibition”)。しかし、発作時のイベントは高い並べられニューラル ネットワーク活動^13,14を統制する gaba 作動性介在ニューロンの影響を必要とするイベントを同期します。このため、非脱モデルは、分離のニューラル ネットワークにおける発作時イベントの生成の最も効果的な培養脳スライス¹⁵、脱モデル体外一般的に活動をスパイクにつながるに対し、します。発作間欠期のようなスパイクを連想させる。さらに、この概念の枠組みの中で、瞬間的な同期イベントは、確実に発作イベント¹⁶をトリガーできます。実際には、発作時のイベントは、重大な状態遷移 (「分岐」) ポイント¹⁸時に神経系の¹⁷に適用される任意のマイナーな摂動によって引き起こされることができます。伝統的に、これらの摂動は、電気刺激により誘導された.神経科学における光遺伝学の最近の発展しかし、今重大な状態遷移¹⁶を誘導するためにより洗練された戦略を提供しています。

このペーパーで説明する方法体外(プロトコルの手順 1) と生体内での研究 (プロトコルの手順 2) の両方のための急性発作モデルでオンデマンドで発作時のイベントを生成する方法を示します。彼らは脳の領域、発作誘導法、研究の種類、および種の選択を含むただし、フォーカスは、さまざまな種類の研究の多様性のため急性 4 AP 皮質発作モデルの推奨される選択になります。4 AP 発作モデル急性体外は電気生理学的記録の質の高い脳スライスを準備する標準プロトコルに基づいており、イメージング研究¹⁹。これらのプロトコルは、マウス^16,20と人間²¹の体性感覚運動皮質からコロナ脳スライスを体外に既に使用されています。脳スライスのこれらのタイプの発作時のイベントを生成する変更は以前¹⁶と完全な詳細についてはプロトコルの下、実証されています。4 AP 皮質発作モデル急性生体内では、イメージング研究²²のために開頭術を準備する標準のプロトコルに基づいています。変更は、(スライド ガラス) ウィンドウがインストールされていないこと、開頭手術の後です。代わりに、proconvulsant エージェント (4 AP) は、動物は、全身麻酔下では発作時のイベントを誘発する露出の皮質に局所的に適用されます。私たちの知る限り、私たちのグループは最初のモデルを開発するこの急性体内皮質発作マウス^16,23だった大人のマウスから作製した急性体内4 AP 皮質発作のモデルは、少年組織から培養スライス モデルを補完するために開発されました。2 D 脳スライス (対3-D 全体の脳の非生理的条件に関する固有の懸念に取り組むことによってスライス モデルからの調査結果を一般化するのに役立ちます発作モデル アダルト生体内における所見のレプリケーション構造) および年少および大人のティッシュの生理の違い。

Picospritzer または光遺伝学的戦略と神経伝達物質のいずれかのパフを使用してオンデマンドで発作時イベント開始の方法を示します。我々 の知る限り、私たちのグループは神経伝達物質を介してpicospritzer¹⁶を使用して人間の組織で発作時のイベントを開始する最初の。C57BL/6 マウス株は、光遺伝学的戦略、遺伝子を表現するために使用される従来のひずみです。チャネルロドプシン 2 (ChR2) を gaba 作動性介在ニューロンのグルタミン酸作動性の錐体細胞の発現は、短い光パルスを用いたオンデマンドに発作時のイベントを生成するオプションの機能を提供します。適切な光マウス系統にはマウス水疱性 GABA トランスポーター プロモーター (vgat ノックアウト)²⁴、またはマウス胸腺細胞抗原 1 を使用して、ピラミッド型のセルを使用して、いずれかの介在ニューロンに ChR2 を表現する市販の C57BL/6 バリアントが含まれますプロモーター (Thy1)²⁵。これらの市販 vgat ノックアウト ChR2 Thy1 ChR2 マウスは、それぞれ、青と大脳新皮質のグルタミン酸作動性ニューロン、gaba 作動性ニューロンまたはアクティブにする機会を提供 (470 nm) の光。急性発作モデルのオンデマンド発作時のイベントを生成する能力は発作開始ダイナミクスし、潜在的な抗けいれん療法を効率的に評価する新しい機会を提供できます。