생체 내 쥐의 심부 뇌 자극에 의해 유도 된 활동 패턴을 밝히기위한 양전자 방출 단층 촬영

요약

우리는 생체 내 FDG-PET를 이용한 급성 심부 뇌 자극에 의해 유도 된 대사 신경 조절을 평가하는 전임상 실험 방법을 설명합니다. 이 원고에는 정위 수술에서 자극 치료의 적용, PET 이미지의 획득, 처리 및 분석에 이르기까지 모든 실험 단계가 포함되어 있습니다.

초록

심부 뇌 자극 (DBS)은 환자의 병태 생리학에 관여하는 뇌 구조에 전기 펄스를 적용하는 것을 기반으로하는 침습적 신경 외과 기술입니다. DBS의 오랜 역사에도 불구하고 그 작용 메커니즘과 적절한 프로토콜은 불분명하여 이러한 수수께끼를 해결하기위한 연구의 필요성을 강조합니다. 이러한 의미에서 기능적 이미징 기술을 사용하여 DBS의 생체 내 효과를 평가하는 것은 자극이 뇌 역학에 미치는 영향을 결정하는 강력한 전략을 나타냅니다. 여기에서는 뇌 대사에 대한 DBS의 급성 결과를 평가하기 위해 종단 연구 [^18F]-플루오로 데 옥시 클루 코스 양전자 방출 단층 촬영 (FDG-PET)과 결합 된 전임상 모델 (Wistar rats)에 대한 실험 프로토콜이 설명됩니다. 첫째, 동물들은 전두엽 피질에 전극을 양측 이식하기 위해 정위 수술을 받았다. 전극 배치를 확인하기 위해 각 동물의 수술 후 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 스캔을 획득했습니다. 회복 1주일 후, 자극 없이 각각의 조작된 동물의 제1 정적 FDG-PET를 획득하고(D1), 이틀 후(D2), 동물을 자극하는 동안 제2 FDG-PET를 획득하였다. 이를 위해 전극은 FDG를 동물에게 투여 한 후 분리 된 자극기에 연결되었습니다. 따라서, FDG 흡수 기간 (45 분) 동안 동물을 자극하여 뇌 대사에 대한 DBS의 급성 효과를 기록했다. 이 연구의 탐색적 특성을 감안할 때, FDG-PET 이미지는 D1과 D2 연구 사이의 쌍을 이루는 T-검정을 기반으로 한 복셀-현명한 접근 방식으로 분석되었습니다. 전반적으로 DBS와 영상 연구의 결합을 통해 신경망에 대한 신경 조절 결과를 설명할 수 있어 궁극적으로 DBS를 둘러싼 수수께끼를 푸는 데 도움이 됩니다.

서문

신경 자극이라는 용어는 치료 목표¹로 신경계를 자극하기위한 다양한 기술을 포함합니다. 그 중 심뇌 자극 (DBS)은 임상 실습에서 가장 널리 퍼진 신경 자극 전략 중 하나입니다. DBS는 정위 수술에 의해 조절되는 뇌 표적에 배치 된 전극을 통해 환자의 신체에 직접 이식 된 신경 자극기에 의해 전달되는 전기 펄스로 심부 뇌 핵의 자극으로 구성됩니다. 다양한 신경 및 정신 장애에서 DBS 적용의 타당성을 평가하는 논문의 수는 지속적으로 증가하고 있습니다.² 그 중 일부만이 식품의약국(FDA)의 승인을 받았습니다(즉, 본태성 진전, 파킨슨병, 근긴장이상, 강박 장애 및 의학적으로 불응성 간질)³ . 또한, 공식적으로 승인 된 것보다 더 많은 병리의 DBS 치료를 위해 많은 뇌 표적과 자극 프로토콜이 연구 중이지만 그 중 어느 것도 결정적인 것으로 간주되지 않습니다. DBS 연구 및 임상 절차의 이러한 불일치는 부분적으로 작용 메커니즘에 대한 완전한 이해 부족 때문일 수 있습니다⁴. 따라서 DBS가 뇌 역학에 미치는 생체 내 효과를 해독하기 위해 엄청난 노력을 기울이고 있으며, 모든 발전은 아무리 작더라도 DBS....

프로토콜

실험 동물 절차는 유럽 공동체 이사회 지침 2010 / 63 / EU에 따라 수행되었으며 Gregorio Marañón 병원의 동물 실험 윤리위원회의 승인을 받았습니다. 실험 프로토콜의 그래픽 요약이 그림 1A에 나와 있습니다.

1. 생체 내 신경영상에 의한 뇌 표적 국소화

1. 동물 준비
   참고 : ~ 300g의 수컷 Wistar 쥐가 사용되었습니다.
   1. 동물을 마취 유도 상자에 넣고 상단을 밀봉하십시오.
   2. 세보 플루 란 기화기 (5 % O₁₀₀에서 유도의 경우 2 %)를 켭니다. 쥐가 마취되면 가스 흐름을 노즈 콘으로 전환하십시오. 쥐 발을 꼬집어 마취 상태를 확인하십시오.
   3. 동물 앙와위를 CT 침대에 놓고 세보 플루 란 마취를 유지합니다 (100 % O₂에서 유지 보수를 위해 3 %).
2. CT 영상
   알림: 암페어, 전압, 투사 수, 촬영 컷 수 및 복셀 해상도의 선택은 CT 스캐너에 따라 다릅니다. 여기서 다음 매개 변수 : 340mA, 40KV, 360 프로젝션, 8 샷 및 200μm 분해능이 사용되었습니다

결과

동물은 연구 종료 시 또는 동물의 복지가 손상되었을 때_CO2를 사용하여 희생되었습니다. 수술한 동물의 완전한 PET/CT 연구의 예가 그림 3에 나와 있습니다. 따라서, 랫트 뇌에 삽입된 전극은 도 3A에 도시된 CT 이미지에서 명확하게 관찰될 수 있다. 이 이미징 양식은 우수한 해부학적 정보를 제공하고 기능적 양식이 구조적 이미지보다 흐릿한 경향.......

토론

신경 정신 장애의 병태 생리학에 관여하는 뇌 기능 및 신경망에 대한 이해의 발전을 감안할 때, 점점 더 많은 연구가 광범위한 신경 기반 병리학에서 DBS의 잠재력을 인식하고 있습니다². 그러나이 요법의 작용 메커니즘은 불분명합니다. 특정 병리학 및 자극 상황에서 얻은 효과를 설명하기 위해 여러 이론이 시도되었지만 제안 된 연구의 이질성으로 인해 결정적인 결론에 도달하.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
7-Tesla Biospec 70/20 scanner	Bruker, Germany	SN0021	MRI scanner for small animal imaging
Betadine	Meda Pharma S.L., Spain	644625.6	Iodine solution (iodopovidone)
Beurer IL 11	Beurer	SN87318	Infra-red light
Bipolar cable 50 cm w/50 cm mesh covering up to 100 cm	Plastics One, USA	305-305 (CM)
Bipolar cable TT2  50 cm up to 100 cm	Plastics One, USA	305-340/2	Bipolar cable TT2  50 cm up to 100 cm
Buprex	Schering-Plough, S.A	961425	Buprenorphine (analgesic)
Ceftriaxona Reig Jofré 1g IM	Laboratorio Reig Jofré S.A., Spain	624239.1	Ceftriaxone (antibiotic)
Commutator	Plastics One, USA	SL2+2C	4 Channel Commutator for DBS
Concentric bipolar platinum-iridium electrodes	Plastics One, USA	MS303/8-AIU/Spc	Electrodes for DBS
Driller	Bosh	T58704	Driller
FDG	Curium Pharma Spain S.A., Spain	-----	2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (PET radiotracer)
Heating pad	DAGA, Spain	23115	Heating pad
Ketolar	Pfizer S.L., Spain	776211.9	Ketamine (anesthetic drug)
Lipolasic 2 mg/g	Bausch & Lomb S.A, Spain	65277	Ophthalmic lubricating gel
MatLab R2021a	The MathWorks, Inc		Support software for SPM12
MRIcro	McCausland Center for Brain Imaging,  University of South Carolina, USA	v2.1.58-0	Software for imaging preprocessing and analysis
Multimodality Workstation (MMWKS)	BiiG, Spain		Software for imaging processing and analysis
Omicrom VISION VET	RGB Medical Devices, Spain	731100 ReV B	Cardiorrespiratory monitor for small imaging
Prevex Cotton buds	Prevex, Finland	-----	Cotton buds
Sevorane	AbbVie Spain, S.L.U, Spain	673186.4	Sevoflurane (inhalatory anesthesia)
Small screws	Max Witte GmbH	1,2 x 2 DIN 84 A2	Small screws
Standard U-Frame Stereotaxic Instrument for Rat, 18° Ear Bar	Harvard Apparatus, USA	75-1801	Two-arms Stereotactic frame for rat
Statistical Parametric Mapping (SPM12)	The Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Queen Square Institute of Neurology, UK	SPM12	Software for voxel-wise imaging analysis
STG1004	Multi Channel Systems GmbH, Germany	STG1004	Isolated stimulator
SuperArgus PET/CT scanner	Sedecal, Spain	S0026403	NanoPET/CT scanner for small animal imaging
Suture thread with needle, 1/º	Lorca Marín S.A., Spain	55325	Braided natural silk non-absorbable suture 1/0, with triangle needle
Technovit 4004 (powder and liquid)	Kulzer Technique, Germany	64708471; 64708474	Acrylic dental cement for craniotomy tap
Wistar rats (Rattus norvergicus)	Charles River, Spain	animal facility	Animal model used
Xylagesic	Laboratorios Karizoo, A.A, Spain	572599-4	Xylazine (anesthetic drug)
	Normon S.A., Spain	602910	Mepivacaine in gel for topical use