Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Epilepsi araştırmalarının zorluk klasik tedavinin yetersiz kaldığı hastalarda yeni tedaviler geliştirmektir. Yeni bir protokol kullanarak-implante edilmiş bir ilaç teslim sistemi yardımıyla-epileptik odak içine GABA elektroforetik teslim tarafından anestezik fareler nöbetleri kontrol edebiliyoruz.
Epilepsi dünya çapında milyonlarca insanı etkileyen nörolojik bozukluklar grubudur. Hastaların% 70 ' inde ilaçlarla tedavi yararlı olsa da, ciddi yan etkiler hastanın yaşam kalitesini etkiler. Dahası, epileptik hastaların yüksek bir yüzdesi ilaç dirençli; onların durumunda, Nöroşirürji veya nöronörolojik gereklidir. Bu nedenle, epilepsi araştırmalarının önemli amacı, ilaç geçirmez hastalarda epilepsi tedavisine ya da yan etkilere gerek kalmadan tedavi edebilecek veya tekrarlayan nöbetleri önlemenin yeni terapileri keşfetmektir. Nöromühendislik, epileptik hastaları risk altında tedavi etmek için daha iyi çözümler bulmak üzere yeni stratejiler ve teknolojiler kullanarak yepyeni yaklaşımlar sağlar.
Epilepsi akut fare modelinde yeni bir deneysel protokol gösterisi olarak, doğrudan situ elektroforetik ilaç teslim sistemi kullanılır. Yani, mikrofluidik iyon pompası (Μfıp) içeren bir nöral prob, isteğe bağlı ilaç teslimi için ve yerel sinir aktivitesinin eşzamanlı kaydı implante edilir ve 4-aminopyridin kaynaklı (4AP kaynaklı) nöbet gibi kontrol edebilme yeteneğine sahip olduğunu göstermiştir Etkinlik (SLE) etkinliği. Γ-aminobutirik asit (GABA) konsantrasyonu, nöbet odağı bir antiepileptik etkiye ulaşmak için GABA tesliminin hassas kontrolü ile fizyolojik aralıkta tutulur ama overinhibisyon kaynaklı rebound patlamaları neden değil. Bu yöntem, hem patolojik aktivitenin hem de müdahalenin tespiti ile doğrudan epileptik odaklamaya karşı inhibitör nörotransmitter sağlayarak nöbetleri durdurmayı sağlar.
Deneysel yöntemle gelişmelerin bir sonucu olarak, SLEs nöbet başlangıcında hassas ayarlı GABA teslimat tarafından nöbet kontrolü sağlayan bir son derece lokalize bir şekilde indüklenmiş olabilir.
Epilepsi en yaygın dördüncü nörolojik bozukluktur: nüfusun yaklaşık% 1 ' i epilepsi muzdarip ve etkilenen kişinin üçte biri tekrarlayan nöbetlere sahiptir. Çoğu durumda, nöbetler ilaç ile kontrol edilebilir. Ancak, ilaç tedavisi, uygun dozajı1,2bulmak için yıllar sürebilir her hasta için ayrı olarak ayarlanması gerekir. Ayrıca, ilacın çoğu yaşam kalitesini azaltmak ciddi yan etkilere sahiptir3,4,5,6,7. Son olarak, olguların% 30 ' unda hastalar ilaçlara dayanıklıdır ve sürekli tek nöbet jeneratör Locus durumunda, sadece Resektif Nöroşirürji nöbetlerin oluşumunu zayıflatabilir8. Bu nedenle, modern epilepsi araştırmalarında önemli bir girişim, risk altındaki hastalarda tekrarlayan nöbetleri önleyebilen yeni stratejileri keşfetmektir, ancak güçlü ilaç terapilerinin ve invaziv rezektif ameliyatların ihtiyacını azaltıyor.
Epileptik nöbetler, beyin (Genelleştirilmiş epilepsi) veya beynin lokalize bir bölümünde (fokal epilepsi) uyarıcı ve inhibitör devreleri içinde bir dengesizlik olduğunda ortaya çıkar, nöromların anormal bir moda boşaltılması gibi9 , 10 ' dan fazla , 11. antiepileptik ilaçlar nöbet önleme iki farklı şekillerde hareket edebilir: ya azalan uyarılma veya inhibisyonu arttırmak12. Özellikle, onlar ya da inhibitör nörotransmitter GABA etkileyen tarafından nöronlar arasında kimyasal iletim üzerinde hücre membranı13 veya ACT iyon kanalları etkileyen nöronal hücrelerin elektrik aktivitesini değiştirebilir olabilir uyarıcı sinaps içinde glutamat14,15. Bazı ilaçlar için, eylem modu bilinmiyor18. Ayrıca, ilaç tedavileri hastalar üzerinde sürekli bir etkiye sahiptir ve nöbetlerin prevalansı dinamiklerine uyum sağlayamaz. İdeal olarak, belirli eylem mekanizmaları olan ilaçlar altta yatan epileptik süreçlerde hareket eder. Optimal bir tedavi beyin interictally dokunmaz ama bir nöbet gelişmekte başladığında hemen hareket edeceğini. Bunun aksine, epilepsi her durumda, ilaç şimdi sistematik bir tedavi anlamına gelir, tüm beyin ve hastanın tüm vücudu etkileyen9.
Epileptik nöbetler, beyin travması gibi ilk hakaret sonrasında uzun yıllar görünebilir. İlk hakaret ve birinci spontan nöbetlerin oluşumu arasındaki dönem, nöronal ağ bağlantılarının ortadan kalkması ile nöronal ölüm de dahil olmak üzere, önemli moleküler ve hücresel reorganizasyonlar ile karakterize edilir ve akal yeni bağlantıların görünümü ile sprouting/neosynaptogenesis19,20,21. Nöbetler tekrarlayan hale gelince, onların frekansı ve şiddeti daha fazla beyin bölgeleri içeren, artış eğilimindedir. Nöbet Genesis ve yayılma kuralları farklı olabilir gibi, yayılım ağlarından nöbet başlangıcı (epileptojenik bölgeler) siteleri ayırt etmek önemlidir. Epilepsinin insan dokusu ve deneysel modelleri üzerinde yapılan araştırmalar, devrelerin yeniden yapılanma ve nöbetleri oluşturmak için yeteneklerini hakkında önemli veriler sağladı20,21,22, 23. ancak, bu yeniden yapıların adaptif tepkiler olup olmadığını veya epileptogenez veya nöbet Genesis ve yayılma12ile ilgili olup olmadıklarını belirlemek zordur.
Bu nedenle epileptik odağı lokalleştirme ve antiepileptik ilaçlar yerel olarak uygulanması, çağdaş epilepsi araştırmalarında başlıca zorluklardan biridir. Epilepsi hayvan modelleri ve bazı klinik çalışmalar kullanarak çeşitli deneyler nöbet olayların başlangıcını bulmak ve beyin temel mekanizmaları tanımlamak için amaçlanan24,25,26,27. Bu amaçla, 4ap kaynaklı epilepsi modeli28,29,30,31 kullanarak yeni bir deneysel protokol geliştirdik akut fare hazırlama, hangi üç kesin ekleme sağlar cihazlar, ağ aktivitesinin vivo olarak oldukça lokalize bir şekilde yönetildiği hipokampus 'un verilen alanına girer. Bir cam mikropipet tarafından lokalize 4AP enjeksiyon hipokampus lokalize bir noktada epileptik SLEs ikna etmek için yardımcı olurken, yeni polimer tabanlı μFIP prob yardımıyla nöbet aktivitesinin kontrolü aynı anda nöronal kayıt yoluyla elde edilir cihazın kayıt siteleri ile elektrik aktivitesi. Hipokampal yerel alan aktivitesi aynı zamanda korteks içinde ve hipokampus aynı anda katmana özgü bir şekilde çok kanallı silikon prob ile izlenir.
Yakın zamanda icat edilen μFIP probları, bir iyon değişimi membranı (IEM) boyunca mikrofluidik bir kanalda saklanan ve çevreleyen dokuya (Şekil 1) şarj edilen ilaçlar itmek için uygulanan bir elektrik alanı kullanılarak çalışır. IEM seçmeli olarak sadece bir tür iyon (kıt veya Anion) taşır ve böylece, "kapalı" durumunda hem pasif difüzyon sınırlamak için çalışır ve cihaz içine çevreleyen dokudan karşılıklı şarj türlerin taşınması. Elektrik alanı, mikrofluidik kanala dahili olan kaynak elektrot ve cihaza harici bir hedef elektrot (Bu durumda, hayvan modelinde kafa vidası) arasında küçük bir voltaj (< 1 V) uygulayarak talep üzerine oluşturulur. İlaç tesliminin oranı, uygulanan voltaj ve kaynak ile hedef elektrotlar arasındaki ölçülen akım ile orantılıdır. İlaç teslimatlarının kesin olarak ayarlanabilir olması, μFIP 'nin birincil avantajlarından biridir. Fluidik veya basınç bazlı ilaç teslim sistemlerine kıyasla başka bir kritik avantaj, μFIP 'de uyuşturucu taşıyıcı çözümü olmadan IEM genelinde ilaçlar teslim edildiği için ilaç teslim çıkışında sadece ihmal edilebilir bir basınç artışı bulunduğunu belirtir.
ΜFIP "kapalı" olduğunda GABA pasif sızıntı küçük bir miktar var, ama bu SLEs etkisi bulunamadı. Μfıp, daha önce31rapor ettiğimiz konvansiyonel mikroimalat yöntemlerinden sonra özel olarak yapılmıştır.
Tekrarlayan nöbetleri önlemenin bir yolu, en başında veya hatta ilk nöbet olayından önce ağ boşaltma blokajı olduğundan, epileptik odaklanmaya inhibitör nörotransmitter GABA teslim etmek için sunulan yöntem büyük fokal Epilepsi hastalarında nöbet kontrolü için terapötik potansiyel. GABA endojen bir substrat olduğundan, fizyolojik konsantrasyonlarda değişmeden içsel nöronal özellikleri bırakır. GABA düşük düzeylerde yerel uygulama sadece inhibisyonu için doğal olarak duyarlı hücreleri etkileyecek, ve sadece fizyolojik inhibisyonu benzer etkilere neden olacak, derin beyin stimülasyon aykırı (DBS), tüm hücreleri uyararak spesifik olmayan eylemleri olan kendi ortamında nöronal ağ, hem uyarma ve inhibisyonu içeren karışık bir tepki neden. Sonuç olarak, önerilen yöntem DBS daha nöbet kontrolü için daha spesifik bir yaklaşım sağlar.
Tüm deneysel prosedürler Institut de Neurosciences des Systèmes 'in etik yönergelerine göre yapılmıştır ve yerel etik komiteler ve veteriner ofisleri tarafından onaylanmıştır.
Not: Deneylerde Seventeen yetişkin erkek OF1 fareler kullanıldı. Fareler, gıda ve su mevcut reklam libitum ile 12 h ışık/karanlık döngüsü için eğitildi.
1. anestezi
2. cerrahi/kraniyotomi
3. çok kanallı silikon sondasının yerleştirilmesi
4. Μfıp 'nin yerleştirilmesi
5. nöbet Indüksiyon için cihazların hazırlanması
6.4AP enjeksiyon için bir şırınga bağlı Cam Pipet ekleme
7. IMPLANTLARIN yerleşiminin değerlendirilmesi
8. Konfokal mikroskopisi
Anestezik farelerde 4AP epilepsi modeli ile burada sunulan prosedürü kullanarak, epileptik nöbetlerin kontrolü Sara odaklı olarak elde edilebilir. İmplantların kesin lokalizasyonu (Şekil 2) hipokampal yerel alan potansiyelleri (LFPS, Şekil 4) kaydetmeye, küçük hipokampal nöbetleri sağlamak ve nöbet başlangıcında GABA teslim etmek için yardımcı oldu. İmplantların lokalizasyonu, her denemenin ardından post h...
Epilepsi akut fare modelinde yeni bir deneysel protokol geliştirerek, SLEs, epileptik odaklanarak implante edilen bir Μfıp yardımıyla başarılı bir şekilde kontrol edilebilir. Temporal ve uzamsal hassasiyetle GABA teslim kabiliyeti sayesinde, 4 AP kaynaklı SLEs nöbetlerin başlangıcında kontrol edildi. Epilepsinin tedavisi teorik olarak mümkündür eğer nöral ağ deşarj kontrolü nöbet başlangıcı yerine elde edilir. Sunulan protokol bu mümkün olduğunu kanıtladı eğer enjekte inhibitör nörotrans...
Yazarların ifşa etmesi gereken hiçbir şey yok.
C.M.P. Uluslararası Eğitim Enstitüsü tarafından yönetilen bir Whitaker uluslararası akademik hibe fon kabul eder. Ak, Marie Curie ıEF (No. 625372) tarafından desteklenmektedir. A.W., Avrupa Birliği 'nin Horizon 2020 araştırma ve yenilik programı (Grant anlaşması No. 716867) kapsamında Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) ' den finansman kabul ediyor. A.W. Ayrıca Aix-Marseille Üniversitesi-A * MıDEX, Fransız "ınvestissements d 'Avenir" programının mükemmellik girişimi 'nin de kabul edildiğini belirtiyor. Yazarlar, Dr. Ilke uguz, Dr. sahika Inal, Dr. Vincenzo curto, Dr. Mary Donahue, Dr. Marc Ferro ve Zsófia Maglóczky 'yi verimli tartışmalara katılmaları için onaylar.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4AP | Sigma | 275875 | |
Alexa Fluor 488 | Abcam | ab15007 | |
Amplifier | Neuralynx, Montana, USA | Digital Lynx 4SX | |
Amplifier | Ampliplex | KJE-1001 | |
Atlas Stereotaxique | Allen Atlas | 978-0470054086 | |
Borosilica glass pipette | Sutter | BF120-69-15 | |
Brain Matrix | WPI | RBMA-200C | |
Bone trimmer | FST | 16109-14 | |
Confocal microscope | Zeiss | LSM 510 | |
Connector | INSTECH | SC20/15 | |
Coton tige | Monoprix | EMD 6107OD | |
Cover slip | Menzel-Glass | 15747592 | |
DiI Stain | Thermo Fisher | D282 | |
DMSO | Sigma | 11412-11 | |
Drill | FOREDOM | K1070 | |
Forceps | F.S.T. | 11412-11 | |
GABA | Sigma | A2129 | |
GFAP Monoclonal Antibody | Thermofisher | 53-9892-80 | |
GOPS | Sigma | 440167-100M | |
Hamilton seringe | Hamilton | 80330 | |
Headscrew | Component Supply | TX00-2FH | |
Heating pad | Harvard apparatus | 341446 | |
Injection Pump | WPI | UMP3-3 | |
Keithley | Tektoronix | 216A | |
Ketamine | Renaudin | 5787419 | |
Magnetic holder | Narishige | GJ-1 | |
Mice | Charles River | 612 | |
Motoric manipulator | Scientifica, UK | IVM | |
Na2HPO4 | Sigma | 255793 | |
NaH2PO4 | Sigma | 7558807 | |
NeuroTrace DiI | Thermofisher | N22880 | |
Paper towel | KIMBERLY CLARK | 7552000 | |
PB | Sigma | P4417 | |
PEDOT:PSS | CLEVIOS | 81076212 | |
PFA | Acros Organic | 30525-89-4 | |
Rectal temperature probe | Harvard apparatus | 521591 | |
Ropivacaine | KABI | 1260216 | |
Saline | Sigma | 7982 | |
Scalpel | F.S.T | AUST R195806 | |
Seringue | BD Medical | 324826 | |
Serrefine clamp | F.S.T | 18050-28 | 4 is recommended |
Silicon probe | NeuroNexus, Michigan, USA | A2x16-10mm-50-500-177 or A1x16-5mm-150-703 | |
Stereotoxic frame | Stoelting | 51733U | |
Superfrost Slide | ThermoScientific | J38000AMNZ | |
Tubing | INSTECH | LS20 | |
Vaseline | Laboratoire Gilbert | 3518646126611 | |
Vectashield DAPI | Vector Laboratories, California, USA | H-1200-10 | |
Vibratome, Leica VT1200S | Leica Microsystems | 1491200S001 | |
Xylazine | Bayer | 4007221032311 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır