Name: electrophoretic delivery of &#x3b3;-aminobutyric acid (gaba) into epileptic focus prevents seizures in mice
Uploaded: 2019-05-16T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Electrophoretic Delivery of Î³-aminobutyric Acid GABA into Epileptic Focus Prevents Seizures in Mice at JoVE.com

C.M.P. erkent de financiering van een Whitaker International Scholar Grant beheerd door het Instituut voor internationaal onderwijs. AIT werd gesponsord door de Marie Curie IEF (nr. 625372). AW erkent de financiering van de Europese Onderzoeksraad (ERC) in het kader van het Horizon 2020 onderzoek-en innovatieprogramma van de Europese Unie (subsidieovereenkomst nr. 716867). AW erkent bovendien het Excellence Initiative van Aix-Marseille University-A * MIDEX, een Frans "Investissements d'Avenir" programma. De auteurs erkennen Dr. Ilke Uguz, Dr. smetsers Inal, Dr. Vincenzo Curto, Dr. Mary Donahue, Dr. Marc Ferro, en Zsófia Maglóczky voor hun participatie in vruchtbare besprekingen.

Alle experimentele procedures werden uitgevoerd volgens de ethische richtlijnen van het Institut de neurosciences des systèmes en goedgekeurd door de lokale ethische comités en veterinaire kantoren.
Opmerking: Zeventien volwassen mannelijke OF1 muizen werden gebruikt voor de experimenten. Muizen werden meegevoerd naar een 12 h licht/donker cyclus met voedsel en water beschikbaar ad libitum.
1. anesthesie
<ol><li>Injecteer ze intraperito...

<ol>
	<li>Kwan, P., Palmini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Association+between+switching+antiepileptic+drug+products+and+healthcare+utilization:+A+systematic+review.">Association between switching antiepileptic drug products and healthcare utilization: A systematic review.</a> Epilepsy &amp; Behavior. 73, 166-172 (2017).</li><li>Belleudi, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+drug+switchability+showed+heterogeneity+in+methodological+approaches:+a+scoping+review.">Studies on drug switchability showed heterogeneity in methodological approaches: a scoping review.</a> Journal of Clinical Epidemiology. 101, 5-16 (2018).</li><li>Chen, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Psychiatric+and+behavioral+side+effects+of+antiepileptic+drugs+in+adults+with+epilepsy.">Psychiatric and behavioral side effects of antiepileptic drugs in adults with epilepsy.</a> Epilepsy &amp; Behavior. 76, 24-31 (2017).</li><li>Brodie, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epilepsy,+Antiepileptic+Drugs,+and+Aggression:+An+Evidence-Based+Review.">Epilepsy, Antiepileptic Drugs, and Aggression: An Evidence-Based Review.</a> Pharmacological Reviews. 68 (3), 563-602 (2016).</li><li>Hamed, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+auditory+and+vestibular+toxicities+induced+by+antiepileptic+drugs.">The auditory and vestibular toxicities induced by antiepileptic drugs.</a> Expert Opinion on Drug Safety. 16 (11), 1281-1294 (2017).</li><li>Hamed, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+epilepsy+and+antiepileptic+drugs+on+sexual,+reproductive+and+gonadal+health+of+adults+with+epilepsy.">The effect of epilepsy and antiepileptic drugs on sexual, reproductive and gonadal health of adults with epilepsy.</a> Expert Review of Clinical Pharmacology. 9 (6), 807-819 (2016).</li><li>Roff Hilton, E. J., Hosking, S. L., Betts, T. I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+antiepileptic+drugs+on+visual+performance.">The effect of antiepileptic drugs on visual performance.</a> Seizure. 13 (2), 113-128 (2004).</li><li>Stafstrom, C. E., Carmant, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seizures+and+epilepsy:+an+overview+for+neuroscientists.">Seizures and epilepsy: an overview for neuroscientists.</a> Cold Spring Harbor Perspective in Medicine. 5 (6), (2015).</li><li>Arzimanoglou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+of+the+New+Antiepileptic+Drugs+for+Focal-Onset+Seizures+in+Pediatrics:+Role+of+Extrapolation.">A Review of the New Antiepileptic Drugs for Focal-Onset Seizures in Pediatrics: Role of Extrapolation.</a> Paediatric Drugs. 20 (3), 249-264 (2018).</li><li>Avoli, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specific+imbalance+of+excitatory/inhibitory+signaling+establishes+seizure+onset+pattern+in+temporal+lobe+epilepsy.">Specific imbalance of excitatory/inhibitory signaling establishes seizure onset pattern in temporal lobe epilepsy.</a> Journal of Neurophysiology. 115 (6), 3229-3237 (2016).</li><li>Badawy, R. A., Freestone, D. R., Lai, A., Cook, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epilepsy:+Ever-changing+states+of+cortical+excitability.">Epilepsy: Ever-changing states of cortical excitability.</a> Neuroscience. 222, 89-99 (2012).</li><li>Loscher, W., Brandt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prevention+or+modification+of+epileptogenesis+after+brain+insults:+experimental+approaches+and+translational+research.">Prevention or modification of epileptogenesis after brain insults: experimental approaches and translational research.</a> Pharmacological Reviews. 62 (4), 668-700 (2010).</li><li>Porter, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+action+of+new+antiepileptic+drugs.">Mechanisms of action of new antiepileptic drugs.</a> Epilepsia. 30, (1989).</li><li>Rogawski, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diverse+mechanisms+of+antiepileptic+drugs+in+the+development+pipeline.">Diverse mechanisms of antiepileptic drugs in the development pipeline.</a> Epilepsy Research. 69 (3), 273-294 (2006).</li><li>Czapinski, P., Blaszczyk, B., Czuczwar, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+action+of+antiepileptic+drugs.">Mechanisms of action of antiepileptic drugs.</a> Current Topics in Medicinal Chemistry. 5 (1), 3-14 (2005).</li><li>Ye, H., Kaszuba, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibitory+or+excitatory?+Optogenetic+interrogation+of+the+functional+roles+of+GABAergic+interneurons+in+epileptogenesis.">Inhibitory or excitatory? Optogenetic interrogation of the functional roles of GABAergic interneurons in epileptogenesis.</a> Journal of Biomedical Science. 24 (1), 93 (2017).</li><li>Loscher, W., Klitgaard, H., Twyman, R. E., Schmidt, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+avenues+for+anti-epileptic+drug+discovery+and+development.">New avenues for anti-epileptic drug discovery and development.</a> Nature Reviews Drug Discovery. 12 (10), 757-776 (2013).</li><li>Manchishi, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+Advances+in+Antiepileptic+Herbal+Medicine.">Recent Advances in Antiepileptic Herbal Medicine.</a> Current Neuropharmacology. 16 (1), 79-83 (2018).</li><li>Pitkanen, A., Sutula, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Is+epilepsy+a+progressive+disorder?+Prospects+for+new+therapeutic+approaches+in+temporal-lobe+epilepsy.">Is epilepsy a progressive disorder? Prospects for new therapeutic approaches in temporal-lobe epilepsy.</a> Lancet Neurology. 1 (3), 173-181 (2002).</li><li>Cohen, I., Navarro, V., Clemenceau, S., Baulac, M., Miles, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+origin+of+interictal+activity+in+human+temporal+lobe+epilepsy+in+vitro.">On the origin of interictal activity in human temporal lobe epilepsy in vitro.</a> Science. 298 (5597), 1418-1421 (2002).</li><li>Huberfeld, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glutamatergic+pre-ictal+discharges+emerge+at+the+transition+to+seizure+in+human+epilepsy.">Glutamatergic pre-ictal discharges emerge at the transition to seizure in human epilepsy.</a> Nature Neuroscience. 14 (5), 627-634 (2011).</li><li>Bui, A., Kim, H. K., Maroso, M., Soltesz, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microcircuits+in+Epilepsy:+Heterogeneity+and+Hub+Cells+in+Network+Synchronization.">Microcircuits in Epilepsy: Heterogeneity and Hub Cells in Network Synchronization.</a> Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 5 (11), (2015).</li><li>Prince, D. A., Gu, F., Parada, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antiepileptogenic+repair+of+excitatory+and+inhibitory+synaptic+connectivity+after+neocortical+trauma.">Antiepileptogenic repair of excitatory and inhibitory synaptic connectivity after neocortical trauma.</a> Progress in Brain Research. 226, 209-227 (2016).</li><li>Nilsen, K. E., Cock, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Focal+treatment+for+refractory+epilepsy:+hope+for+the+future.">Focal treatment for refractory epilepsy: hope for the future.</a> Brain Research: Brain Research Reviews. 44 (2-3), 141-153 (2004).</li><li>Martinkovic, L., Hecimovic, H., Sulc, V., Marecek, R., Marusic, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modern+techniques+of+epileptic+focus+localization.">Modern techniques of epileptic focus localization.</a> International Review of Neurobiology. 114, 245-278 (2014).</li><li>Nagaraj, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Future+of+seizure+prediction+and+intervention:+closing+the+loop.">Future of seizure prediction and intervention: closing the loop.</a> Journal of Clinical Neurophysiology. 32 (3), 194-206 (2015).</li><li>Osman, G. M., Araujo, D. F., Maciel, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ictal+Interictal+Continuum+Patterns.">Ictal Interictal Continuum Patterns.</a> Current Treatment Options in Neurology. 20 (5), 15 (2018).</li><li>Slezia, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uridine+release+during+aminopyridine-induced+epilepsy.">Uridine release during aminopyridine-induced epilepsy.</a> Neurobiology of Disease. 16 (3), 490-499 (2004).</li><li>Baranyi, A., Feher, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Convulsive+effects+of+3-aminopyridine+on+cortical+neurones.">Convulsive effects of 3-aminopyridine on cortical neurones.</a> Electroencephalography Clinical Neurophysiology. 47 (6), 745-751 (1979).</li><li>Szente, M., Baranyi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+aminopyridine-induced+ictal+seizure+activity+in+the+cat+neocortex.">Mechanism of aminopyridine-induced ictal seizure activity in the cat neocortex.</a> Brain Research. 413 (2), 368-373 (1987).</li><li>Proctor, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophoretic+drug+delivery+for+seizure+control.">Electrophoretic drug delivery for seizure control.</a> Science Advances. 4 (8), eaau1291 (2018).</li><li>Paxinos, G., Franklin, K. B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Paxinos and Franklin&#8217;s the Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates Fourth Edition. , (2012).</li><li>Pinault, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+stabilizing+craniotomy-duratomy+technique+for+single-cell+anatomo-electrophysiological+exploration+of+living+intact+brain+networks.">A new stabilizing craniotomy-duratomy technique for single-cell anatomo-electrophysiological exploration of living intact brain networks.</a> Journal of Neuroscience Methods. 141 (2), 231-242 (2005).</li><li>Gage, G. J., Kipke, D. R., Shain, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole+animal+perfusion+fixation+for+rodents.">Whole animal perfusion fixation for rodents.</a> Journal of Visual Experiments. (65), e3564 (2012).</li><li>Picot, M. C., Baldy-Moulinier, M., Daures, J. P., Dujols, P., Crespel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+prevalence+of+epilepsy+and+pharmacoresistant+epilepsy+in+adults:+a+population-based+study+in+a+Western+European+country.">The prevalence of epilepsy and pharmacoresistant epilepsy in adults: a population-based study in a Western European country.</a> Epilepsia. 49 (7), 1230-1238 (2008).</li><li>Pati, S., Alexopoulos, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmacoresistant+epilepsy:+from+pathogenesis+to+current+and+emerging+therapies.">Pharmacoresistant epilepsy: from pathogenesis to current and emerging therapies.</a> Cleve Clinical Journal of Medicine. 77 (7), 457-467 (2010).</li></ol>

Door het ontwikkelen van een nieuw experimenteel protocol in een acuut muizenmodel van epilepsie, zou SLEs met succes kunnen worden gecontroleerd met behulp van een µ FIP geïmplanteerd in de epileptische focus. Dankzij zijn vermogen om GABA te leveren met temporele en ruimtelijke precisie, 4AP-geïnduceerde SLEs werden gecontroleerd bij het begin van de aanvallen. Behandeling van epilepsie is theoretisch mogelijk als de controle van het neurale netwerk lozingen wordt bereikt op de plaats van de inbeslagneming te starte...

Epilepsie is de vierde meest voorkomende neurologische aandoening: ongeveer 1% van de bevolking lijdt aan epilepsie, en ongeveer een derde van de getroffen hebben terugkerende aanvallen. In de meeste gevallen, epileptische aanvallen kunnen worden gecontroleerd met medicatie. Nochtans, moet de drugbehandeling voor elke patiënt individueel worden geplaatst, waar de juiste dosering jaren kan vergen om1,2te vinden. Bovendien, de meeste van de medicatie heeft ernstige bijwerkingen die de kwaliteit van leven te verminderen3,4,5,6,7. Ten slotte, in 30% van de gevallen patiënten resistent zijn tegen medicatie, en in het geval van een constante enkele inbeslagneming Generator Locus, alleen resektieve Neurochirurgie kan het optreden van aanvallen te dempen8. Daarom is een belangrijk initiatief in de moderne epilepsie onderzoek is het ontdekken van nieuwe strategieën die kunnen voorkomen dat terugkerende aanvallen bij patiënten in gevaar, terwijl het verminderen van de noodzaak van sterke drugs therapieën en invasieve resektieve operaties.
Epileptische aanvallen optreden wanneer er sprake is van een onbalans binnen prikkelende en remmende circuits, hetzij in de hersenen (gegeneraliseerde epilepsie) of in een gelokaliseerde deel van de hersenen (focale epilepsie), zodanig dat neuronen kwijting in een abnormale mode9 , 10 , 11. epilepticum drugs kunnen handelen op twee verschillende manieren in inbeslagneming preventie: ofwel afnemende excitatie of verbetering van remming12. Specifiek, kunnen zij of de elektroactiviteit van neuronale cellen wijzigen door ionenkanalen in celmembraan13 te beïnvloeden of op chemische transmissie tussen neuronen te handelen door de remmende neurotransmitter Gaba of de prikkelende te beïnvloeden glutamaat in de synapsen14,15. Voor sommige medicijnen, de wijze van actie is onbekend18. Ook drugsbehandelingen hebben een continu effect op patiënten en kunnen zich niet aanpassen aan de prevalentie dynamiek van epileptische aanvallen. Idealiter, drugs met specifieke mechanismen van de actie zou handelen op de onderliggende epileptische processen. Een optimale behandeling zou niet raken de hersenen interictally, maar zou onmiddellijk handelen wanneer een aanval begint te ontwikkelen. In tegenstelling tot dat, in alle gevallen van epilepsie, medicatie betekent nu een systematische behandeling, die de hele hersenen en het hele lichaam van de patiënt9.
Epileptische aanvallen kunnen verschijnen vele jaren na de eerste belediging, zoals hersentrauma. De periode tussen de aanvankelijke belediging en het voorkomen van de eerste spontane aanvallen wordt gekenmerkt door aanzienlijke moleculaire en cellulaire reorganisaties, met inbegrip van neuronale dood met de verdwijning van neuronale netwerkverbindingen en axonale kiemen/neosynaptogenesis met de verschijning van nieuwe verbindingen19,20,21. Zodra epileptische aanvallen worden terugkerende, hun frequentie en ernst de neiging om te verhogen, waarbij meer hersengebieden. Het is belangrijk om te onderscheiden van de sites van inbeslagneming begin (epileptogenic regio's) van propagatie netwerken, zoals de regels van inbeslagneming Genesis en voortplanting kan verschillen. Onderzoek uitgevoerd op menselijk weefsel en experimentele modellen van epilepsie hebben belangrijke gegevens over de reorganisatie van circuits en hun vermogen om epileptische aanvallen te genereren20,21,22, 23. het is echter moeilijk om te bepalen of deze reorganisaties zijn adaptieve reacties of dat ze causaal verband houden met epileptogenese of inbeslagneming Genesis en voortplanting12.
Daarom is het lokaliseren van de epileptische focus en het toepassen van epilepticum drugs lokaal een van de belangrijkste uitdagingen in het hedendaagse epilepsie onderzoek. Verschillende experimenten met behulp van dierlijke modellen van epilepsie en een aantal klinische studies gericht op het begin van de inbeslagneming gebeurtenissen te vinden en de onderliggende mechanismen in de hersenen24,25,26,27te definiëren. Hiertoe ontwikkelden we een nieuw experimenteel protocol met behulp van de 4AP epilepsie model28,29,30,31 in een acute muis voorbereiding, die het mogelijk maakt de precieze invoeging van drie apparaten in het gegeven gebied van de hippocampus, waar de netwerkactiviteit in vivo op een hoogst gelokaliseerde manier wordt gemanipuleerd. Gelokaliseerde 4AP injectie door een glazen micropipet helpt bij het induceren van epileptische SLEs in een gelokaliseerde plek in de hippocampus, terwijl met behulp van de nieuwe polymeer-gebaseerde µ FIP sonde de controle van de inbeslagneming activiteit wordt bereikt gelijktijdig door het opnemen van de neuronale elektrische activiteit met de opnamelocaties van het apparaat. Hippocampale lokale veld activiteit wordt ook gecontroleerd met een multichannel silicium sonde in een laag-specifieke wijze in de cortex en in de Hippocampus gelijktijdig.
De onlangs uitgevonden µ FIP sondes werken met behulp van een toegepast elektrisch veld te duwen geladen drugs opgeslagen in een microvloeiende kanaal over een ion-uitwisseling membraan (Internet Explorer-onderhoud) en naar het omliggende weefsel (Figuur 1). Het Internet Explorer-onderhoud vervoert selectief slechts één type van ionen (kation of anion) en, dus, werkt om beide passieve verspreiding in de "van" staat en vervoer van tegengestelde geladen soorten van het omringende weefsel in het apparaat te beperken. Het elektrisch veld wordt op aanvraag gemaakt door een kleine spanning (< 1 V) toe te passen tussen de bron elektrode die inwendig is voor het microfluidische kanaal en een doel elektrode die buiten het apparaat ligt (in dit geval de hoofd schroef op het diermodel). Het tarief van de toediening van geneesmiddelen is evenredig aan de toegepaste spanning en de gemeten stroom tussen de bron-en doel elektrodes. De precieze tunability van de druglevering is een van de belangrijkste voordelen van de µ FIP. Een ander kritisch voordeel, in vergelijking met vloeibare of op druk gebaseerde systemen voor de levering van medicijnen, is dat in de µ FIP is er slechts een verwaarloosbare druk te verhogen bij de drug delivery Outlet als drugs worden geleverd over de Internet Explorer-onderhoud zonder hun carrier-oplossing.
Er is een kleine hoeveelheid van passieve lekken van GABA wanneer de µ FIP is "off", maar dit bleek niet te SLEs effect. De µ FIP zijn op maat gemaakt naar aanleiding van conventionele microfabricage methoden die we eerder hebben gerapporteerd31.
Aangezien een manier van het voorkomen van terugkerende aanvallen is de blokkade van het netwerk lozingen aan het begin of zelfs voor de eerste aanval evenement, de gepresenteerde methode voor het leveren van de remmende neurotransmitter GABA in de epileptische focus heeft grote therapeutisch potentieel voor inbeslagneming controle bij patiënten met focale epilepsie. Aangezien GABA is een endogene substraat, het laat intrinsieke neuronale eigenschappen ongewijzigd in fysiologische concentraties. De lokale toepassing van lage niveaus van GABA zal alleen van invloed op cellen die van nature reageren op remming, en zal alleen leiden tot soortgelijke effecten op fysiologische remming, in tegenstelling tot diepe hersenstimulatie (DBS), die onspecifieke acties heeft door het stimuleren van alle cellen van het neuronale netwerk in zijn omgeving, waardoor een gemengde reactie waarbij zowel excitatie en remming. Tot slot, de voorgestelde methode biedt een meer specifieke benadering van inbeslagneming controle dan DBS.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >4AP</td>
			<td >Sigma</td>
			<td >275875</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Alexa Fluor 488</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab15007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Amplifier</td>
			<td>Neuralynx, Montana, USA</td>
			<td >Digital Lynx 4SX</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Amplifier</td>
			<td >Ampliplex</td>
			<td >KJE-1001</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Atlas Stereotaxique&#160;</td>
			<td>Allen Atlas</td>
			<td>978-0470054086</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Borosilica glass pipette</td>
			<td >Sutter</td>
			<td >BF120-69-15</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Brain Matrix</td>
			<td >WPI&#160;</td>
			<td >RBMA-200C</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Bone trimmer</td>
			<td >FST</td>
			<td >16109-14</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Confocal microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>LSM 510</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Connector</td>
			<td>INSTECH</td>
			<td>SC20/15</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Coton tige</td>
			<td>Monoprix</td>
			<td>EMD 6107OD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Cover slip</td>
			<td >Menzel-Glass</td>
			<td >15747592</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >DiI Stain&#160;</td>
			<td >Thermo Fisher</td>
			<td >D282</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >DMSO</td>
			<td >Sigma</td>
			<td >11412-11</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Drill</td>
			<td>FOREDOM</td>
			<td>K1070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Forceps</td>
			<td >F.S.T.</td>
			<td >11412-11</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >GABA</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A2129</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >GFAP Monoclonal Antibody</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>53-9892-80</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >GOPS</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>440167-100M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Hamilton seringe&#160;</td>
			<td>Hamilton&#160;</td>
			<td>80330</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Headscrew</td>
			<td>Component Supply</td>
			<td>TX00-2FH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Heating pad&#160;</td>
			<td>Harvard apparatus</td>
			<td>341446</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Injection Pump</td>
			<td>WPI&#160;</td>
			<td>UMP3-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Keithley</td>
			<td >Tektoronix</td>
			<td >216A</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Ketamine</td>
			<td>Renaudin</td>
			<td>5787419</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Magnetic holder</td>
			<td>Narishige</td>
			<td>GJ-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Mice</td>
			<td>Charles River</td>
			<td>612</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Motoric manipulator</td>
			<td>Scientifica, UK</td>
			<td >IVM</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Na2HPO4</td>
			<td >Sigma</td>
			<td >255793</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >NaH2PO4</td>
			<td >Sigma</td>
			<td >7558807</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >NeuroTrace DiI&#160;</td>
			<td>Thermofisher</td>
			<td>N22880</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Paper towel</td>
			<td>KIMBERLY CLARK</td>
			<td>7552000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >PB</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P4417</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >PEDOT:PSS</td>
			<td>CLEVIOS</td>
			<td>81076212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >PFA</td>
			<td>Acros Organic</td>
			<td>30525-89-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Rectal temperature probe</td>
			<td>Harvard apparatus</td>
			<td>521591</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Ropivacaine&#160;</td>
			<td>KABI</td>
			<td>1260216</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Saline</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>7982</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Scalpel</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>AUST R195806</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Seringue&#160;</td>
			<td>BD Medical</td>
			<td>324826</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Serrefine clamp</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>18050-28</td>
			<td>4 is recommended</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Silicon probe</td>
			<td>NeuroNexus, Michigan, USA</td>
			<td>A2x16-10mm-50-500-177 or A1x16-5mm-150-703</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Stereotoxic frame</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>51733U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Superfrost Slide</td>
			<td >ThermoScientific</td>
			<td >J38000AMNZ</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tubing</td>
			<td >INSTECH</td>
			<td >LS20</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Vaseline&#160;</td>
			<td>Laboratoire Gilbert</td>
			<td>3518646126611</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Vectashield DAPI</td>
			<td>Vector Laboratories, California, USA</td>
			<td>H-1200-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Vibratome, Leica VT1200S</td>
			<td>Leica Microsystems</td>
			<td>1491200S001</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Xylazine&#160;</td>
			<td>Bayer</td>
			<td>4007221032311</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electrophoretic delivery of &#x3b3;-aminobutyric acid (gaba) into epileptic focus prevents seizures in mice

Epilepsie is een groep van neurologische aandoeningen die miljoenen mensenwereld wijd treft. Hoewel de behandeling met medicatie is nuttig in 70% van de gevallen, ernstige bijwerkingen van invloed op de kwaliteit van leven van patiënten. Bovendien is een hoog percentage epileptische patiënten resistent tegen drugs; in hun geval, Neurochirurgie of neurostimulatie zijn noodzakelijk. Daarom is het belangrijkste doel van epilepsie onderzoek is het ontdekken van nieuwe therapieën die ofwel kunnen genezen epilepsie zonder bijwerkingen of het voorkomen van terugkerende aanvallen in resistente patiënten. Neuroengineering biedt nieuwe benaderingen met behulp van innovatieve strategieën en technologieën om betere oplossingen te vinden om epileptische patiënten in gevaar te genezen.
Als een demonstratie van een nieuw experimenteel protocol in een acuut muismodel van epilepsie, wordt een direct in situ elektroforetische drug delivery systeem gebruikt. Namelijk, een neurale sonde waarin een microfluidische ion pomp (µ FIP) voor on-demand drugs levering en gelijktijdige opname van lokale neurale activiteit wordt geïmplanteerd en aangetoond te kunnen controleren 4-aminopyridine-geïnduceerde (4AP-geïnduceerde) inbeslagneming-achtige evenement (SLE) activiteit. De γ-aminoboterzuur zuur (GABA) concentratie wordt bewaard in de fysiologische bereik door de precieze controle van GABA levering aan een epilepticum effect in de inbeslagneming focus te bereiken, maar niet te veroorzaken overremming-geïnduceerde rebound uitbarstingen. De methode maakt zowel de opsporing van pathologische activiteit en interventie om epileptische aanvallen te stoppen door het leveren van remmende neurotransmitters rechtstreeks aan de epileptische focus met precieze spatiotemporal controle.
Als resultaat van de ontwikkelingen aan de experimentele methode, kan SLEs in een hoogst gelokaliseerde manier worden veroorzaakt die beslaglegging controle door de precies gestemde GABA levering bij het beslag leggings begin toestaat.

Met behulp van de procedure hier gepresenteerd met een 4AP epilepsie model in verdoofd muizen, de controle van epileptische aanvallen kan worden bereikt in de epileptische focus. De precieze lokalisatie van de implantaten (Figuur 2) hielp om hippocampale lokale veld potentialen (LFPs, Figuur 4) op te nemen, om kleine hippocampale aanvallen te veroorzaken en om Gaba bij het begin van de inbeslagneming te leveren. De localisatie va...

Watch this Scientific Journal Video about Electrophoretic Delivery of Î³-aminobutyric Acid GABA into Epileptic Focus Prevents Seizures in Mice at JoVE.com

Electrophoretic Delivery of &#947;-aminobutyric Acid GABA into Epileptic Focus Prevents Seizures in Mice

De uitdaging van epilepsie onderzoek is het ontwikkelen van nieuwe behandelingen voor patiënten waar klassieke therapie ontoereikend is. Met behulp van een nieuw protocol-met de hulp van een implanteerbare Drug Delivery System-zijn we in staat om aanvallen in verdoofd muizen controle door de elektroforetische levering van GABA in de epileptische focus.

Elektroforetische levering van γ-aminoboterzuur zuur (GABA) in epileptische focus voorkomt aanvallen bij muizen

Epilepsy is a group of neurological disorders which affects millions of people worldwide. Although treatment with medication is helpful in 70% of the ...

Ons protocol maakt gebruik van de lokale administratie van de natuurlijk voorkomende remmende neurotransmitter GABA met behulp van een zeer nieuw apparaat, dat een nieuwe oplossing zou kunnen voorstellen bij de behandeling van epileptische aanvallen. De microaerofiele ionenpomp stelt ons in staat om zeer nauwkeurige controle te hebben over precies wanneer en waar we medicijnen leveren. Precies schroefdraad elektroforetische levering kan worden aangepast aan andere neurologische ziekten richten.Een ander voordeel van deze drug levering techniek is dat er een zeer verwaarloosbare druk te verhogen bij de drug delivery outlet, want er is geen vloeistof die daadwerkelijk wordt geleverd. Integendeel, het zijn alleen de medicijnmoleculen zelf. Aangezien nauwe lokalisatie van de sondes het grootste probleem zal vormen, is het zeer wenselijk om hun uitlijningshoeken en positionering te testen met dummy probes in het stereotaxic frame.Begin met de vaststelling van het hoofd van een verdoofde muis in een stereotaxic frame en met behulp van een 30-meter naald om een lokale pijnstillende onderhuids injecteren op de geplande incisie site. Na vijf minuten, gebruik een scalpel om een middellijn incisie in de schedel te maken. En gebruik fijne tangen om de huid voorzichtig in te trekken.Klem de huid met bulldog Serofine klemmen. En maak het blootgestelde schedeloppervlak van fascia schoon. Met behulp van een tandheelkundige boor met een fijne, ronde 0,4 millimeter boor bit, boor een gat in de schedel boven het cerebellum totdat de dura zichtbaar is.Plaats de grondschroef in het gat en gebruik een precisieschroevendraaier om de schroef te draaien totdat deze de bovenkant van het cerebellum bereikt. Met behulp van de stereotaxic frame, meet de stereotaxic coördinaten voor de gewenste hersenregio en gebruik de boor set op een snelle snelheid te dun een ongeveer een tot twee millimeter diameter gebied van de schedel, over het doelgebied, totdat een dunne, goed gepolijste transparante botmemban blijft. Gebruik vervolgens een op maat gemaakte haak-tip naald om de dura te verwijderen en voeg een druppel zout in het resulterende gat.Voor het inbrengen van een multi-channel siliciumsonde plaatst u de sonde op de stereotaxic-arm die aan een magnetische houder is bevestigd en plaatst u de arm naast het stereotaxic-frame. Stel de stereotaxic armen in een lichte 20-graden voorste-achterste hoek om voldoende ruimte te laten voor de positionering van de andere twee implantaten. En sluit de sonde aan op het hoofdpodium en de grondschroef.Gebruik de micron-precieze stereotaxic arm om de siliciumsonde langzaam naar de hippocampus te laten zakken en de opnamesoftware te starten om de elektrische neuronale signalen op te nemen terwijl de multi-channel siliciumsonde vanaf de bovenkant van de cortex wordt verplaatst totdat de beoogde dorsoventrale positie is bereikt. Neem vervolgens tegelijkertijd het lokale veldpotentieel signaal op van de lagen van de cortex en de hippocampus tijdens de penetratie op het computerscherm en gebruik de rimpelactiviteit in de piramidale laag van de hippocampalformatie in het geregistreerde lokale veldpotentieel als marker van de doelzone. Voor het vullen van de microfluïde ionenpomp sluit u de buizen aan op de inlaat van de pomp en vult u de sonde met een GABA-oplossing van 0,05 molaire.Verwijder de buizen en sluit de inlaat met paraffinefolieverpakking en zorg ervoor dat de microfluïde ionenpomp stevig aan de houder is bevestigd. Let op bij het monteren van de houder op de micromanipulatorarm voordat elektrische kabels naar de bronmeeteenheid worden aangesloten. Met de stereotaxic arm in een 20-graden medio-laterale hoek, laat de pomp langzaam met axiale bewegingen zo dicht mogelijk bij de sonde zonder de pomp te laten buigen, totdat de pomp de dorsoventral coördinaten negatieve 1200 micrometer van het corticale oppervlak bereikt.Als voorbereiding op de inductie van de inbeslagname, verwijder de metalen naaldnaaf van een 10-microliter spuit en bevestig een borosilicpipet op de spuittip. Plaats de naaf over de micropipet-tip en plaats de spuit in een zijdelings-mediale hoek van 20 graden. Gebruik een geautomatiseerde microinjectiepomp om 500 tot 1000 nanoliter van 50 millimolar volledige aminopyridine in kunstmatige hersenvocht in de spuit te laden en de glazen microtpipe naar de dorsoventrale coördinatenpositie te laten zakken.Injecteer 250 nanopleen van de oplossing in de hersenen en start de opname in de software. Kijk vervolgens naar het scherm en wacht tot de eerste interictale piek verschijnt voordat u één volt tussen de bron en het doel toepast gedurende 100 seconden aan en een seconde af voor 30 cycli om de GABA-oplossing te leveren. De precieze lokalisatie van de implantaten helpt bij het registreren van de hippocampal lokale veld potentieel, het induceren van de kleine hippocampal aanvallen, en het leveren van GABA bij de aanval begin.Verder kan de lokalisatie van de implantaten na elk experiment worden geverifieerd door post hoc histologie. Hier, een voorbeeld van wanneer beslag-achtige gebeurtenissen kunnen worden gestopt met de levering van GABA door de nieuwe neuronale sonde, waarin de microfluïde sonde wordt getoond. Toen vier aminopyridine werd geïnjecteerd in een groter gebied of op de bovenkant van de cortex, werden de epileptische aanvallen gegeneraliseerd, zodat de geleverde GABA niet in staat was om de omvang van de epileptische aanvallen te wijzigen.Met name de levering van natriumionen had geen significant effect op de vier aminopyridine-geïnduceerde activiteit. Dus dit protocol kan nuttig zijn voor elke stereotaxic chirurgie waarbij meerdere kwetsbare sondes worden geïmplanteerd. Met behulp van de microfluïde ionenpomp kunnen andere soorten in geladen moleculen worden geïntroduceerd om niet alleen epilepsie, maar ook andere neurologische ziekten te behandelen.Elektroforetische levering in weefselinterfacing presenteert een nieuwe aanpak in het algemeen van het leveren van soorten in elk zacht weefsel. Neem speciale zorg bij het aanbrengen van de 4AP, want het is een toxine en induceert epilepsie.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Electrophoretic Delivery of &#x3B3;-aminobutyric Acid (GABA) into Epileptic Focus Prevents Seizures in Mice

GABA-activated Single-channel and Tonic Currents in Rat Brain Slices

GABA-geactiveerde Single-kanaal en Tonic Stromingen in hersenen van de rat Slices

The GABAA channels are present in all neurons and are located both at synapses and outside of synapses where they generate phasic and tonic currents, ...

Efficient Gene Delivery into Multiple CNS Territories Using In Utero Electroporation

Efficient Gene Delivery into Multiple CNS Territories Using In Utero Electroporation

Efficiënte gen delivery in meerdere CNS Gebieden Het gebruik van In Utero Elektroporatie

The ability to manipulate gene expression is the cornerstone of modern day experimental embryology, leading to the elucidation of multiple developmental ...

Extinction Training During the Reconsolidation Window Prevents Recovery of Fear

Uitsterven Training Tijdens de verdichting Window Voorkomt Recovery of Fear

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents ...

Direct Intraventricular Delivery of Drugs to the Rodent Central Nervous System

Directe Intraventriculaire levering van drugs aan het knaagdier centrale zenuwstelsel

Due to an inability to cross the blood brain barrier, certain drugs need to be directly delivered into the central nervous system (CNS). Our lab focuses ...

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

Snel Micro-iontoforese van glutamaat en GABA: een nuttig instrument om Synaptic Integratie Onderzoek

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

Lineage-reprogramming of Pericyte-derived Cells of the Adult Human Brain into Induced Neurons

Lineage-herprogrammering van pericyte-afgeleide cellen van het volwassen menselijke hersenen in Induced Neuronen

Direct lineage-reprogramming of non-neuronal cells into induced neurons (iNs) may provide insights into the molecular mechanisms underlying neurogenesis ...

Mouse Microsurgery Infusion Technique for Targeted Substance Delivery into the CNS via the Internal Carotid Artery

Mouse Microsurgery Infusion Technique for Targeted Substance Delivery into the CNS via the Internal Carotid Artery

Mouse Microchirurgie Infusion Techniek voor gerichte afgifte van een substantie in het centraal zenuwstelsel<i&gt; via</i&gt; De interne halsslagader

Animal models of central nervous system (CNS) diseases and, consequently, blood-brain barrier disruption diseases, require the delivery of exogenous ...

Subpial Adeno-associated Virus 9 (AAV9) Vector Delivery in Adult Mice

Subpial Adeno-associated Virus 9 AAV9 Vector Delivery in Adult Mice

Subpiaal Adeno-geassocieerde Virus 9 (AAV9) Vector Levering in Volwassene Muizen

The successful development of a subpial adeno-associated virus 9 (AAV9) vector delivery technique in adult rats and pigs has been reported on previously. ...

Whole-cell Currents Induced by Puff Application of GABA in Brain Slices

Geheel-cel stromingen geïnduceerd door Puff toepassing van GABA in de hersenen segmenten

Pharmacological administration is commonly used when conducting whole-cell patch-clamp recording in brain slices. One of the best methods of drug ...

Quantitative Cell Biology of Neurodegeneration in Drosophila Through Unbiased Analysis of Fluorescently Tagged Proteins Using ImageJ

Quantitative Cell Biology of Neurodegeneration in Drosophila Through Unbiased Analysis of Fluorescently Tagged Proteins Using ImageJ

Kwantitatieve celbiologie van neurodegeneratie in Drosophila door onbevooroordeelde analyse van Fluorescently Tagged eiwitten met behulp van ImageJ

With the rising prevalence of neurodegenerative diseases, it is increasingly important to understand the underlying pathophysiology that leads to neuronal ...