In vivo Tomographie par émission de positons pour révéler les schémas d’activité induits par la stimulation cérébrale profonde chez le rat

Summary

Nous décrivons une méthode expérimentale préclinique pour évaluer la neuromodulation métabolique induite par la stimulation cérébrale profonde aiguë avec le FDG-TEP in vivo . Ce manuscrit comprend toutes les étapes expérimentales, de la chirurgie stéréotaxique à l’application du traitement de stimulation et à l’acquisition, au traitement et à l’analyse des images TEP.

Abstract

La stimulation cérébrale profonde (SCP) est une technique neurochirurgicale invasive basée sur l’application d’impulsions électriques aux structures cérébrales impliquées dans la physiopathologie du patient. Malgré la longue histoire de DBS, son mécanisme d’action et ses protocoles appropriés restent flous, soulignant la nécessité de recherches visant à résoudre ces énigmes. En ce sens, l’évaluation des effets in vivo de la SCP à l’aide de techniques d’imagerie fonctionnelle représente une stratégie puissante pour déterminer l’impact de la stimulation sur la dynamique cérébrale. Ici, un protocole expérimental pour des modèles précliniques (rats Wistar), combiné à une étude longitudinale [¹⁸F]-fluorodeoxyclucose positron emission tomography (FDG-PET), pour évaluer les conséquences aiguës de la DBS sur le métabolisme cérébral est décrit. Tout d’abord, les animaux ont subi une chirurgie stéréotaxique pour l’implantation bilatérale d’électrodes dans le cortex préfrontal. Une tomodensitométrie (TDM) post-chirurgicale de chaque animal a été acquise pour vérifier l’emplacement des électrodes. Après une semaine de récupération, un premier FDG-PET statique de chaque animal opéré sans stimulation (D1) a été acquis, et deux jours plus tard (D2), un deuxième FDG-PET a été acquis pendant que les animaux étaient stimulés. Pour cela, les électrodes ont été connectées à un stimulateur isolé après administration de FDG aux animaux. Ainsi, les animaux ont été stimulés pendant la période d’absorption du FDG (45 min), enregistrant les effets aigus de la SCP sur le métabolisme cérébral. Compte tenu de la nature exploratoire de cette étude, les images FDG-PET ont été analysées par une approche voxel basée sur un test T apparié entre les études D1 et D2. Dans l’ensemble, la combinaison de la SCP et des études d’imagerie permet de décrire les conséquences de la neuromodulation sur les réseaux neuronaux, aidant finalement à résoudre les énigmes entourant la SCP.

Introduction

Le terme neurostimulation englobe un certain nombre de techniques différentes visant à stimuler le système nerveux avec un objectif thérapeutique¹. Parmi elles, la stimulation cérébrale profonde (SCP) se distingue comme l’une des stratégies de neurostimulation les plus répandues dans la pratique clinique. La SCP consiste en la stimulation de noyaux cérébraux profonds avec des impulsions électriques délivrées par un neurostimulateur, implanté directement dans le corps du patient, à travers des électrodes placées dans la cible cérébrale pour être modulées par chirurgie stéréotaxique. Le nombre d’articles évaluant la faisabilité de l’application d....

Protocol

Les procédures expérimentales sur les animaux ont été menées conformément à la directive 2010/63/UE du Conseil des Communautés européennes et approuvées par le Comité d’éthique pour l’expérimentation animale de l’hôpital Gregorio Marañón. Un résumé graphique du protocole expérimental est présenté à la figure 1A.

1. Localisation de cibles cérébrales par neuroimagerie in vivo

1. Préparation des animaux
   NOTE: Des rats Wistar mâles de ~300 g ont été utilisés.
   1. Placez l’animal dans une boîte d’induction d’anesthésie et scellez le dessus.
   2. Allumez le vaporisateur de sévoflur....

Discussion

Compte tenu des progrès dans la compréhension de la fonction cérébrale et des réseaux neuronaux impliqués dans la physiopathologie des troubles neuropsychiatriques, de plus en plus de recherches reconnaissent le potentiel de la SCP dans un large éventail de pathologies neurologiques². Cependant, le mécanisme d’action de cette thérapie reste incertain. Plusieurs théories ont tenté d’expliquer les effets obtenus dans des circonstances pathologiques et de stimulation spécifiques, mais.......

Materials

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