Verwendung einer bipolaren Elektrode zur Erstellung eines Temporallappen-Epilepsie-Mausmodells durch elektrisches Anzünden der Amygdala
Summary
Die Amygdala spielt eine Schlüsselrolle bei der Temporallappenepilepsie, die in dieser Struktur entsteht und sich von ihr ausbreitet. Dieser Artikel enthält eine detaillierte Beschreibung der Herstellung von Tiefenhirnelektroden mit Aufzeichnungs- und Stimulationsfunktionen. Es stellt ein Modell der medialen Temporallappenepilepsie vor, das von der Amygdala ausgeht.
Abstract
Die Amygdala ist einer der häufigsten Ursachen von Anfällen, und das Amygdala-Mausmodell ist für die Darstellung von Epilepsie unerlässlich. Allerdings haben nur wenige Studien das experimentelle Protokoll im Detail beschrieben. Dieser Artikel veranschaulicht den gesamten Prozess der Herstellung von Amygdala-Epilepsiemodellen mit der Einführung einer Methode zur Herstellung bipolarer Elektroden. Diese Elektrode kann sowohl stimulieren als auch aufzeichnen und so Hirnverletzungen reduzieren, die durch die Implantation separater Elektroden zur Stimulation und Aufzeichnung verursacht werden. Für die Langzeitaufzeichnung des Elektroenzephalogramms (EEG) wurden Schleifringe verwendet, um die durch Kabelsalat und Abfall verursachte Unterbrechung der Aufzeichnung zu beseitigen.
Nach periodischer Stimulation (60 Hz, 1 s alle 15 Minuten) der basolateralen Amygdala (AP: 1,67 mm, L: 2,7 mm, V: 4,9 mm) für 19,83 ± 5,742 Mal wurde bei sechs Mäusen ein vollständiges Anzünden beobachtet (definiert als Induktion von drei kontinuierlichen Episoden des Grades V, klassifiziert nach der Racine-Skala). Ein intrakranielles EEG wurde während des gesamten Anzündprozesses aufgezeichnet, und nach dem Anzünden wurde ein epileptischer Ausfluss in der Amygdala beobachtet, der 20-70 s dauerte. Daher ist dies ein robustes Protokoll zur Modellierung von Epilepsie, die von der Amygdala ausgeht, und die Methode ist geeignet, die Rolle der Amygdala bei der Temporallappenepilepsie aufzudecken. Diese Forschung trägt zu zukünftigen Studien über die Mechanismen der mesialen Temporallappenepilepsie und neuartiger Antiepileptogene Medikamente bei.
Introduction
Die Temporallappenepilepsie (TLE) ist die häufigste Form der Epilepsie und birgt ein hohes Risiko für die Umwandlung in arzneimittelresistente Epilepsie. Operationen, wie die selektive Amygdalohippocampektomie, sind eine wirksame Behandlung für TLE, und die Epileptogenese und Iktogenese der Krankheit werden noch untersucht 1,2. Es wurde gezeigt, dass die Pathogenese der TLE nicht nur im Hippocampus, sondern auch in großem Umfang in der Amygdala auftritt 3,4. Zum Beispiel wurden sowohl Amygdalasklerose als auch Amygdala-Vergrößerung häufig als Ursprünge von TLE-Anfällen berichtet 5,6. Die Bedeutung der Amygdala darf nicht unterschätzt werden; Ein Amygdala-Modell ist für die Untersuchung der Epileptogenese unerlässlich, und eine klare Darstellung dieses Modells ist dringend erforderlich.
Es wurden mehrere Ansätze vorgeschlagen, um Anfälle in Tiermodellen zu induzieren. In der Vergangenheit wurden Krampfmedikamente in einem frühen Stadium intraperitoneal injiziert7. Obwohl diese Methode praktisch war, war die Lage der epileptischen Herde ungewiss. Mit der Entwicklung der stereotaktischen Technologie und eines detaillierten Tierhirnatlas wurde die intrakranielle Arzneimittelinjektion angewendet, um das Problem der Lokalisierung zu lösen8. Ein Mangel an Intervention bei schweren Anfällen im akuten Stadium führte jedoch zu einer hohen Sterblichkeitsrate, und chronische spontane Anfälle gingen mit dem Problem der instabilen interiktalen und Anfallshäufigkeit einher 9,10. Schließlich wurde das elektrische Anzündverfahren entwickelt; Bei dieser Methode werden bestimmte Hirnregionen in regelmäßigen Abständen mehrmals stimuliert, so dass Anfälle mit einer bestimmten Kontrolle sowohl des Ortes als auch des Beginns induziert werdenkönnen 11.
Ein Vorteil dieser Methode ist, dass die intrakranielle Implantation von Elektroden minimalinvasiv ist12. Darüber hinaus ist die Schwere des Anfalls durch die Beendigung der Reize kontrollierbar, wodurch die durch die Anfälle verursachte Mortalität verringert wird. Diese Änderungen lösten die Unzulänglichkeiten der bisherigen Ansätze. Insbesondere kann dieses Modell menschliche Anfälle adäquat nachahmen und eignet sich besonders für die Untersuchung des Status epilepticus (SE), da es in der Lage ist, SE schnell zu induzieren13. Es kann auch für das Antiepileptika-Screening14 und in Studien zum Mechanismus der Epilepsie verwendet werden. Schließlich ist bekannt, dass die Amygdala eng mit der Gedächtnismodulation, der Belohnungsverarbeitung und der Emotion verbunden ist15. Störungen dieser mentalen Funktionen treten häufig bei Epilepsiepatienten auf, und daher kann das Amygdala-Epilepsiemodell eine bessere Wahl für die Untersuchung emotionaler Probleme bei Epilepsie sein16.
Protocol
Representative Results
Discussion
Epilepsie ist eine Gruppe von Krankheiten mit multiplen Manifestationen und vielfältigen Ursachen18; Es sollte beachtet werden, dass kein einziges Modell für alle Arten von Epilepsie verwendet werden kann, und die Forscher müssen ein geeignetes Modell für ihre spezifische Studie auswählen. Die vorliegende Studie stellt eine der am leichtesten zugänglichen Methoden der Elektrodenherstellung vor. Verschiedene Teile dieser Methode können angepasst werden, um sich an unterschiedliche Versuchsbe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 82030037, 81871009) und der Beijing Municipal Health Commission (11000022T000000444685) unterstützt. Wir danken TopEdit (www.topeditsci.com) für die sprachliche Unterstützung bei der Erstellung dieses Manuskripts.
Materials
| Alexa Fluor 488-conjugated Donkey anti-Rabbit IgG | invitrogen | A-21206 | |
| c-Fos antibody | ab222699 | ||
| Cranial drill | SANS | SA302 | |
| dental cement | NISSIN | ||
| EEG recording and stimulation equipment | Neuracle Technology (Changzhou) Co., Ltd | NSHHFS-210803 | |
| lead-free tin wire | BAKON | ||
| Pin header/Female header | XIANMISI | spacing of 1.27 mm | |
| Silver wire | A-M systems | 786000 | |
| Slip ring | Senring Electronics Co.,Ltd | SNM008-04 | |
| Tungsten wire | A-M systems | 796000 | |
| ultrafine multi-stand wire | Shenzhen Chengxing wire and cable | UL10064-FEP | |
| welding equipment | BAKON | BK881 |
References
- Kurita, T., Sakurai, K., Takeda, Y., Horinouchi, T., Kusumi, I. Very long-term outcome of non-surgically treated patients with temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis: A retrospective study. PLoS One. 11 (7), 0159464 (2016).
- Choy, M., Duffy, B. A., Lee, J. H. Optogenetic study of networks in epilepsy. Journal of Neuroscience Research. 95 (12), 2325-2335 (2017).
- Aroniadou-Anderjaska, V., Fritsch, B., Qashu, F., Braga, M. F. Pathology and pathophysiology of the amygdala in epileptogenesis and epilepsy. Epilepsy Research. 78 (2-3), 102-116 (2008).
- Smith, P. D., McLean, K. J., Murphy, M. A., Turnley, A. M., Cook, M. J. Seizures, not hippocampal neuronal death, provoke neurogenesis in a mouse rapid electrical amygdala kindling model of seizures. Neuroscience. 136 (2), 405-415 (2005).
- Reyes, A., et al. Amygdala enlargement: Temporal lobe epilepsy subtype or nonspecific finding. Epilepsy Research. 132, 34-40 (2017).
- Fan, Z., et al. Diagnosis and surgical treatment of non-lesional temporal lobe epilepsy with unilateral amygdala enlargement. Neurological Sciences. 42 (6), 2353-2361 (2021).
- Dhir, A. Pentylenetetrazol (PTZ) kindling model of epilepsy. Current Protocols in Neuroscience. , 37 (2012).
- Van Erum, J., Van Dam, D., De Deyn, P. P. PTZ-induced seizures in mice require a revised Racine scale. Epilepsy & Behavior. 95, 51-55 (2019).
- Carriero, G., et al. A guinea pig model of mesial temporal lobe epilepsy following nonconvulsive status epilepticus induced by unilateral intrahippocampal injection of kainic acid. Epilepsia. 53 (11), 1917-1927 (2012).
- Levesque, M., Avoli, M. The kainic acid model of temporal lobe epilepsy. Neuroscience Biobehavioral Reviews. 37, 2887-2899 (2013).
- Fujita, A., Ota, M., Kato, K. Urinary volatile metabolites of amygdala-kindled mice reveal novel biomarkers associated with temporal lobe epilepsy. Scientific Reports. 9 (1), 10586 (2019).
- Li, J. J., et al. The spatiotemporal dynamics of phase synchronization during epileptogenesis in amygdala-kindling mice. PLoS One. 11 (4), 0153897 (2016).
- Wang, Y., Wei, P., Yan, F., Luo, Y., Zhao, G. Animal models of epilepsy: A phenotype-oriented review. Aging and Disease. 13 (1), 215-231 (2022).
- Fallah, M. S., Dlugosz, L., Scott, B. W., Thompson, M. D., Burnham, W. M. Antiseizure effects of the cannabinoids in the amygdala-kindling model. Epilepsia. 62 (9), 2274-2282 (2021).
- Chipika, R. H., et al. Amygdala pathology in amyotrophic lateral sclerosis and primary lateral sclerosis. Journal of the Neurological Sciences. 417, 117039 (2020).
- Kuchukhidze, G., et al. Emotional recognition in patients with mesial temporal epilepsy associated with enlarged amygdala. Frontiers in Neurology. 12, 803787 (2021).
- Soper, C., Wicker, E., Kulick, C. V., N’Gouemo, P., Forcelli, P. A. Optogenetic activation of superior colliculus neurons suppresses seizures originating in diverse brain networks. Neurobiology of Disease. 87, 102-115 (2016).
- Devinsky, O., et al. Epilepsy. Nature Reviews Disease Primers. 4, 18024 (2018).
- Zhang, Z., et al. Interaction between thalamus and hippocampus in termination of amygdala-kindled seizures in mice. Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2016, 9580724 (2016).
- Ghotbedin, Z., Janahmadi, M., Mirnajafi-Zadeh, J., Behzadi, G., Semnanian, S. Electrical low frequency stimulation of the kindling site preserves the electrophysiological properties of the rat hippocampal CA1 pyramidal neurons from the destructive effects of amygdala kindling: the basis for a possible promising epilepsy therapy. Brain Stimulation. 6 (4), 515-523 (2013).
- Hristova, K., et al. Medial septal GABAergic neurons reduce seizure duration upon optogenetic closed-loop stimulation. Brain. 144 (5), 1576-1589 (2021).
