Posizionamento di elettrodi stimolanti extracranici e misurazione del flusso sanguigno cerebrale e dei campi elettrici intracranici in topi anestetizzati

Summary

Descriviamo un protocollo per la valutazione delle curve dose-risposta per la stimolazione extracranica in termini di misurazioni del campo elettrico cerebrale e di un rilevante biomarcatore-flusso sanguigno cerebrale. Poiché questo protocollo prevede il posizionamento invasivo di elettrodi nel cervello, è necessaria l'anestesia generale, con la respirazione spontanea preferita alla respirazione controllata.

Abstract

Il rilevamento delle risposte del flusso sanguigno cerebrale (CBF) a varie forme di attivazione neuronale è fondamentale per comprendere la funzione cerebrale dinamica e le variazioni nell'apporto di substrato al cervello. Questo documento descrive un protocollo per misurare le risposte del CBF alla stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS). Le curve dose-risposta sono stimate sia dalla variazione del CBF che si verifica con il tACS (mA) che dal campo elettrico intracranico (mV/mm). Stimiamo il campo elettrico intracranico in base alle diverse ampiezze misurate dai microelettrodi di vetro all'interno di ciascun lato del cervello. In questo articolo, descriviamo la configurazione sperimentale, che prevede l'utilizzo di sonde laser Doppler (LD) bilaterali o di imaging laser speckle (LSI) per misurare il CBF; Di conseguenza, questa configurazione richiede l'anestesia per il posizionamento e la stabilità dell'elettrodo. Presentiamo una correlazione tra la risposta CBF e la corrente in funzione dell'età, mostrando una risposta significativamente maggiore a correnti più elevate (1,5 mA e 2,0 mA) negli animali di controllo giovani (12-14 settimane) rispetto agli animali più anziani (28-32 settimane) (differenza p < 0,005). Dimostriamo anche una significativa risposta CBF a intensità di campo elettrico <5 mV/mm, che è una considerazione importante per eventuali studi sull'uomo. Queste risposte CBF sono anche fortemente influenzate dall'uso dell'anestesia rispetto agli animali svegli, dal controllo della respirazione (cioè respirazione intubata vs. respirazione spontanea), dai fattori sistemici (cioè CO₂ ) e dalla conduzione locale all'interno dei vasi sanguigni, che è mediata da periciti e cellule endoteliali. Allo stesso modo, tecniche di imaging/registrazione più dettagliate possono limitare la dimensione del campo dall'intero cervello solo a una piccola regione. Descriviamo l'uso di elettrodi extracranici per l'applicazione della stimolazione tACS, compresi i progetti di elettrodi fatti in casa e commerciali per i roditori, la misurazione simultanea del CBF e del campo elettrico intracranico utilizzando elettrodi di registrazione CC bilaterali in vetro e gli approcci di imaging. Attualmente stiamo applicando queste tecniche per implementare un formato a circuito chiuso per aumentare il CBF in modelli animali di malattia di Alzheimer e ictus.

Introduction

La stimolazione elettrica transcranica (tES; con stimolazione sinusoidale, tACS) è un approccio comune, esterno e non invasivo alla neuromodulazione cerebrale ^1,2. In precedenza, abbiamo ipotizzato che a determinate dosi, il tES (e in particolare il tACS) possa aumentare il flusso sanguigno cerebrale (CBF) nelle regioni cerebrali sottostanti³. Inoltre, può esistere una relazione dose-risposta tra la corrente esterna applicata o il campo elettrico intracranico e le risposte CBF risultanti. Tuttavia, la maggior parte dei protocolli di stimolazione clinica si è concentrata su un livello ma....

Protocol

Tutte le procedure sugli animali sono state approvate dall'Institutional Animal Care and Use Committee della Duke University o dall'autorità locale equivalente che regola la ricerca sugli animali. Vedere la Tabella dei materiali per i dettagli su tutti i materiali, gli strumenti e le attrezzature utilizzati in questo protocollo.

1. Preparazione dello strumento

1. Assicurarsi che tutti gli elementi e gli strumenti chirurgici necessari siano a posto (

Discussion

Questo protocollo si concentra sulla misurazione in vivo e anestetizzata della risposta CBF come biomarcatore per stimare la risposta cerebrale a tES¹⁴. I biomarcatori a lungo termine della risposta tES includono gli effetti istologici del trattamento, come la prevenzione o i cambiamenti nella formazione della placca amiloide (ad esempio, con la stimolazione gamma a 40 Hz in diversi modelli di AD)^16,17,18,19

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alcohol pads	HenryShein	112-6131
Baby mineral oil	Johnson & Johnson
BD 1 mL syringe	Becton Dikinson	REF 305699
C3 Flat Surface Electrodes	Neuronexus
C57BI mice			from NIH colonies
Copper skull electrods	In house preparation
Digidata 1440, Clampex	Axon Instruments
Dumont #5 forceps	FST	#5
Dumont #7 forceps curved	Dumont	RS-5047
Eye ointment	Major	LubiFresh P.M. NDC-0904-6488-38
Flaming/Brown micropipette puller	Sutter instrument Co.	Model P-87
Forceps 11.5 cm slight curve  serrated	Roboz	RS-8254
Intramedic needle 23 G	Becton Dikinson	REF 427565
KCl 1 M	In house preparation
Laser Doppler Probes	Moor Instruments	0.46 mm laser doppler probes
Laser Speckle Imaging Device	RWD	RFLSI-ZW
Micro curette 13 cm	FST	10080-05
Micro Dissecting Scissors, 11.5 cm	Roboz	RS-5914
Mouse anesthesia fixation	Stoelting
Neuroconn-DS	Neurocare	DC-Stimulator Plus
PhysioSuite Monitoring	Kent Scientific
Q-tips	Fisherbrand	22363167
Saline 0.9% NaCl solution	Baxter	281322
Sensicam QE	PCO Instruments
Software	Axon Instruments Clampex
Surgical glue	Covetrus	31477
Surgical tape	3M Transpore	T9784