Name: in vivo positron emission tomography to reveal activity patterns induced by deep brain stimulation in rats
Uploaded: 2022-03-23T12:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats at JoVE.com

Agradecemos à Profª Christine Winter, Julia Klein, Alexandra de Francisco e Yolanda Sierra pelo inestimável apoio na otimização da metodologia aqui descrita. O MLS foi apoiado pelo Ministerio de Ciencia e Innovación, Instituto de Salud Carlos III (número de projecto PI17/01766 e número de subvenção BA21/0030) co-financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER), "Uma forma de fazer a Europa"; CIBERSAM (projecto n.º CB07/09/0031); Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (número de projeto 2017/085); Fundação Mapfre; e Fundación Alicia Koplowitz.  O MCV foi apoiado pela Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno como bolsista desta instituição e pelo Programa Conjunto da UE - Pesquisa em Doenças Neurodegenerativas (JPND). O DRM foi apoiado pela Consejería de Educación e Investigación, Comunidad de Madrid, cofinanciado pelo Fundo Social Europeu "Investing in your future" (número de subvenção PEJD-2018-PRE/BMD-7899). O NLR foi apoiado pelo Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, "Programa Intramural de Impulso a la I+D+I 2019". O trabalho de MD foi apoiado pelo Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) e pelo Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) (PT20/00044). O CNIC é apoiado pelo Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), pelo Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) e pela Fundação Pro CNIC, e é um Centro de Excelência Severo Ochoa (SEV-2015-0505).

Os procedimentos experimentais em animais foram conduzidos de acordo com a Diretiva 2010/63/UE do Conselho das Comunidades Europeias e aprovados pelo Comitê de Ética em Experimentação Animal do Hospital Gregorio Marañón. Um resumo gráfico do protocolo experimental é mostrado na Figura 1A.
1. Localização do alvo cerebral por neuroimagem in vivo
<ol><li>Preparação animal NOTA: Foram utilizados ratos Wistar machos de ~300 g.<ol><li>C...

<ol>
	<li>Gildenberg, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuromodulation:+A+historical+perspective.">Neuromodulation: A historical perspective.</a> Neuromodulation. 1, 9-20 (2009).</li><li>Lee, D. J., Lozano, C. S., Dallapiazza, R. F., Lozano, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+and+future+directions+of+deep+brain+stimulation+for+neurological+and+psychiatric+disorders.">Current and future directions of deep brain stimulation for neurological and psychiatric disorders.</a> Journal of Neurosurgery. 131 (2), 333-342 (2019).</li><li>Casquero-Veiga, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preclinical+molecular+neuroimaging+in+deep+brain+stimulation.">Preclinical molecular neuroimaging in deep brain stimulation.</a> Complutense University of Madrid. , (2021).</li><li>Blaha, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theories+of+deep+brain+stimulation+mechanisms.">Theories of deep brain stimulation mechanisms.</a> Deep Brain Stimulation: Indictions and Applications. , 314-338 (2016).</li><li>Fins, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation:+Ethical+issues+in+clinical+practice+and+neurosurgical+research.">Deep brain stimulation: Ethical issues in clinical practice and neurosurgical research.</a> Neuromodulation. 1, 81-91 (2009).</li><li>Desmoulin-Canselier, S., Moutaud, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+and+animal+experimentation+in+the+development+of+deep+brain+stimulation:+From+a+specific+controversy+to+a+multidimensional+debate.">Animal models and animal experimentation in the development of deep brain stimulation: From a specific controversy to a multidimensional debate.</a> Frontiers in Neuroanatomy. 13, 51 (2019).</li><li>Casquero-Veiga, M., Hadar, R., Pascau, J., Winter, C., Desco, M., Soto-Montenegro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+to+deep+brain+stimulation+in+three+brain+targets+with+implications+in+mental+disorders:+A+PET+study+in+rats.">Response to deep brain stimulation in three brain targets with implications in mental disorders: A PET study in rats.</a> PLOS One. 11 (12), 0168689 (2016).</li><li>Casquero-Veiga, M., Garc&#237;a-Garc&#237;a, D., Desco, M., Soto-Montenegro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+deep+brain+stimulation:+In+vivo+metabolic+consequences+of+the+electrode+insertional+effect.">Understanding deep brain stimulation: In vivo metabolic consequences of the electrode insertional effect.</a> BioMed Research International. 2018, 1-6 (2018).</li><li>Casquero-Veiga, M., Garc&#237;a-Garc&#237;a, D., Pascau, J., Desco, M., Soto-Montenegro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulating+the+nucleus+accumbens+in+obesity:+A+positron+emission+tomography+study+after+deep+brain+stimulation+in+a+rodent+model.">Stimulating the nucleus accumbens in obesity: A positron emission tomography study after deep brain stimulation in a rodent model.</a> PLOS One. 13 (9), 0204740 (2018).</li><li>Pascau, J., Vaquero, J. J., Abella, M., Cacho, R., Lage, E., Desco, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimodality+workstation+for+small+animal+image+visualization+and+analysis.+Scientific+Papers.">Multimodality workstation for small animal image visualization and analysis. Scientific Papers.</a> Molecular Imaging and Biology. 8, 97-98 (2006).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (1998).</li><li>Roy, 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=A+dual+tracer+PET-MRI+protocol+for+the+quantitative+measure+of+regional+brain+energy+substrates+uptake+in+the+rat.">A dual tracer PET-MRI protocol for the quantitative measure of regional brain energy substrates uptake in the rat.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (82), e50761 (2013).</li><li>Klein, 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=A+novel+approach+to+investigate+neuronal+network+activity+patterns+affected+by+deep+brain+stimulation+in+rats.">A novel approach to investigate neuronal network activity patterns affected by deep brain stimulation in rats.</a> Journal of Psychiatric Research. 45 (7), 927-930 (2011).</li><li>Soto-Montenegro, M. L., Pascau, J., Desco, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+to+deep+brain+stimulation+in+the+lateral+hypothalamic+area+in+a+rat+model+of+obesity:+In+vivo+assessment+of+brain+glucose+metabolism.">Response to deep brain stimulation in the lateral hypothalamic area in a rat model of obesity: In vivo assessment of brain glucose metabolism.</a> Molecular Imaging and Biology. , 830-837 (2014).</li><li>Pascau, 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=Automated+method+for+small-animal+PET+image+registration+with+intrinsic+validation.">Automated method for small-animal PET image registration with intrinsic validation.</a> Molecular Imaging and Biology. 11 (2), 107-113 (2009).</li><li>Andersson, J. L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+estimate+global+activity+independent+of+changes+in+local+activity.">How to estimate global activity independent of changes in local activity.</a> Neuroimage. 244 (60), 237-244 (1997).</li><li>. Wellcome Trust Centre for Neuroimaging SPM12-Statitstical Parametric Mapping Available from: <a target="_blank" href="https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/">https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/</a> (2022)</li><li>Lozano, A. 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=Deep+brain+stimulation:+current+challenges+and+future+directions.">Deep brain stimulation: current challenges and future directions.</a> Nature Reviews Neurology. 15 (3), (2019).</li><li>Boecker, H., Drzezga, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+perspective+on+the+future+role+of+brain+pet+imaging+in+exercise+science.">A perspective on the future role of brain pet imaging in exercise science.</a> NeuroImage. 131, (2016).</li><li>Sprengers, 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=Deep+brain+stimulation+reduces+evoked+potentials+with+a+dual+time+course+in+freely+moving+rats:+Potential+neurophysiological+basis+for+intermittent+as+an+alternative+to+continuous+stimulation.">Deep brain stimulation reduces evoked potentials with a dual time course in freely moving rats: Potential neurophysiological basis for intermittent as an alternative to continuous stimulation.</a> Epilepsia. 61 (5), 903-913 (2020).</li><li>Middlebrooks, E. H., 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=Acute+brain+activation+patterns+of+high-+versus+low-frequency+stimulation+of+the+anterior+nucleus+of+the+thalamus+during+deep+brain+stimulation+for+epilepsy.">Acute brain activation patterns of high- versus low-frequency stimulation of the anterior nucleus of the thalamus during deep brain stimulation for epilepsy.</a> Neurosurgery. 89 (5), 901-908 (2021).</li><li>Ashkan, K., Rogers, P., Bergman, H., Ughratdar, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insights+into+the+mechanisms+of+deep+brain+stimulation.">Insights into the mechanisms of deep brain stimulation.</a> Nature Reviews Neurology. 13 (9), 548-554 (2017).</li><li>Williams, N. R., Taylor, J. J., Lamb, K., Hanlon, C. A., Short, E. B., George, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+functional+imaging+in+the+development+and+refinement+of+invasive+neuromodulation+for+psychiatric+disorders.">Role of functional imaging in the development and refinement of invasive neuromodulation for psychiatric disorders.</a> World Journal of Radiology. 6 (10), 756-778 (2014).</li><li>Rodman, A. M., Dougherty, D. 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> Nuclear medicine in neuromodulation. Neuromodulation in Psychiatry. , 81-99 (2016).</li><li>Albaugh, D. L., Shih, Y. -. Y. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+circuit+modulation+during+deep+brain+stimulation+at+the+subthalamic+nucleus+for+Parkinson's+disease:+what+have+we+learned+from+neuroimaging+studies.">Neural circuit modulation during deep brain stimulation at the subthalamic nucleus for Parkinson's disease: what have we learned from neuroimaging studies.</a> Brain Connectivity. 4 (1), 1-14 (2014).</li><li>Mayberg, H. S., 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=Reciprocal+limbic-cortical+function+and+negative+mood:+Converging+PET+findings+in+depression+and+normal+sadness.">Reciprocal limbic-cortical function and negative mood: Converging PET findings in depression and normal sadness.</a> Neurology, and Radiology. 156 (5), 675-682 (1999).</li><li>Kennedy, S. H., 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=Differences+in+brain+glucose+metabolism+between+responders+to+CBT+and+Venlafaxine+in+a+16-week+randomized+controlled+trial.">Differences in brain glucose metabolism between responders to CBT and Venlafaxine in a 16-week randomized controlled trial.</a> American Journal of Psychiatry. 164 (5), 778-788 (2007).</li><li>Kennedy, S. H., 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=Changes+in+regional+brain+glucose+metabolism+measured+with+positron+emission+tomography+after+paroxetine+treatment+of+major+depression.">Changes in regional brain glucose metabolism measured with positron emission tomography after paroxetine treatment of major depression.</a> American Journal of Psychiatry. 158 (6), 899-905 (2001).</li><li>Brown, E. C., Clark, D. L., Forkert, N. D., Molnar, C. P., Kiss, Z. H. T., Ramasubbu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metabolic+activity+in+subcallosal+cingulate+predicts+response+to+deep+brain+stimulation+for+depression.">Metabolic activity in subcallosal cingulate predicts response to deep brain stimulation for depression.</a> Neuropsychopharmacology. 45, 1681-1688 (2020).</li><li>Klooster, D. C. W., 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=Technical+aspects+of+neurostimulation:+Focus+on+equipment,+electric+field+modeling,+and+stimulation+protocols.">Technical aspects of neurostimulation: Focus on equipment, electric field modeling, and stimulation protocols.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 65, 113-141 (2016).</li><li>Kasoff, W., Gross, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation:+Introduction+and+Technical+Aspects.">Deep brain stimulation: Introduction and Technical Aspects.</a> Neuromodulation in Psychiatry. , 245-275 (2016).</li><li>Perez-Caballero, L., 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=Early+responses+to+deep+brain+stimulation+in+depression+are+modulated+by+anti-inflammatory+drugs.">Early responses to deep brain stimulation in depression are modulated by anti-inflammatory drugs.</a> Molecular Psychiatry. 19, 607-614 (2014).</li><li>Solera Ruiz, I., U&#241;aOrej&#243;n, R., Valero, I., Laroche, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Craniotomy+in+the+conscious+patient.+Considerations+in+special+situations.">Craniotomy in the conscious patient. Considerations in special situations.</a> Spanish Journal of Anesthesiology and Resuscitation. 60 (7), 392-398 (2013).</li><li>Casali, 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=State+of+the+art+of+18F-FDG+PET/CT+application+in+inflammation+and+infection:+a+guide+for+image+acquisition+and+interpretation.">State of the art of 18F-FDG PET/CT application in inflammation and infection: a guide for image acquisition and interpretation.</a> Clinical and Translational Imaging. 9 (4), 299-339 (2021).</li><li>Gonzalez-Escamilla, G., Muthuraman, M., Ciolac, D., Coenen, V. A., Schnitzler, A., Groppa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroimaging+and+electrophysiology+meet+invasive+neurostimulation+for+causal+interrogations+and+modulations+of+brain+states.">Neuroimaging and electrophysiology meet invasive neurostimulation for causal interrogations and modulations of brain states.</a> NeuroImage. 220, 117144 (2020).</li></ol>

Dados os avanços na compreensão da função cerebral e das redes neurais envolvidas na fisiopatologia dos transtornos neuropsiquiátricos, cada vez mais pesquisas estão reconhecendo o potencial da DBS em uma ampla gama de patologias de base neurológica2. No entanto, o mecanismo de ação desta terapia permanece incerto. Diversas teorias têm tentado explicar os efeitos obtidos em circunstâncias patológicas e de estimulação específicas, mas a heterogeneidade dos estudos propostos dificulta...

O termo neuroestimulação engloba uma série de diferentes técnicas destinadas a estimular o sistema nervoso com um objetivo terapêutico1. Dentre elas, a estimulação cerebral profunda (ECP) destaca-se como uma das estratégias de neuroestimulação mais difundidas na prática clínica. A DBS consiste na estimulação de núcleos cerebrais profundos com pulsos elétricos entregues por um neuroestimulador, implantados diretamente no corpo do paciente, através de eletrodos colocados no alvo cerebral para serem modulados por cirurgia estereotáxica. O número de artigos que avaliam a viabilidade da aplicação da DBS em diferentes distúrbios neurológicos e psiquiátricos está crescendo continuamente2, embora apenas alguns deles tenham sido aprovados pela Food and Drug Association (FDA) (ou seja, tremor essencial, doença de Parkinson, distonia, transtorno obsessivo-compulsivo e epilepsia clinicamente refratária)3 . Além disso, um grande número de alvos cerebrais e protocolos de estimulação estão sob pesquisa para o tratamento DBS de muito mais patologias do que o oficialmente aprovado, mas nenhum deles é considerado definitivo. Essas inconsistências na pesquisa e nos procedimentos clínicos da DBS podem, em parte, ser devidas à falta de compreensão completa de seu mecanismo de ação4. Portanto, enormes esforços estão sendo feitos para decifrar os efeitos in vivo do DBS na dinâmica cerebral, pois cada avanço, por menor que seja, ajudará a refinar os protocolos DBS para um maior sucesso terapêutico.
Nesse contexto, as técnicas de imagem molecular abrem uma janela direta para observar in vivo os efeitos neuromoduladores da DBS. Essas abordagens oferecem a oportunidade não apenas de determinar o impacto da DBS enquanto ela está sendo aplicada, mas também de desvendar a natureza de suas consequências, prevenir efeitos colaterais indesejados e melhora clínica e até mesmo adaptar os parâmetros de estimulação às necessidades do paciente5. Dentre esses métodos, a tomografia por emissão de pósitrons (PET) utilizando 2-desoxi-2-[18F]fluoro-D-glicose (FDG) é de particular interesse porque fornece informações específicas e em tempo real sobre o estado de ativação de diferentes regiões cerebrais6. Especificamente, a imagem FDG-PET fornece uma avaliação indireta da ativação neural com base no princípio fisiológico do acoplamento metabólico entre neurônios e células gliais6. Nesse sentido, vários estudos clínicos relataram padrões de atividade cerebral modulados por DBS usando FDG-PET (ver3 para revisão). No entanto, os estudos clínicos incorrem facilmente em várias desvantagens quando se concentram nos pacientes, como heterogeneidade ou dificuldades de recrutamento, que limitam fortemente seu potencial de pesquisa6. Esse contexto leva os pesquisadores a utilizarem modelos animais de condições humanas para avaliar abordagens biomédicas antes de sua tradução clínica ou, se já aplicadas na prática clínica, para explicar a origem fisiológica dos benefícios terapêuticos ou efeitos colaterais. Assim, apesar das grandes distâncias entre a patologia humana e a condição modelada em animais de laboratório, essas abordagens pré-clínicas são essenciais para uma transição segura e eficaz para a prática clínica.
Este manuscrito descreve um protocolo experimental de DBS para modelos murinos, combinado com um estudo longitudinal FDG-PET, a fim de avaliar as consequências agudas da DBS no metabolismo cerebral. Os resultados obtidos com este protocolo podem ajudar a desvendar os intrincados padrões modulatórios induzidos na atividade cerebral pela DBS. Portanto, uma estratégia experimental adequada para examinar in vivo as consequências da estimulação é fornecida, permitindo que os médicos antecipem os efeitos terapêuticos em circunstâncias específicas e, em seguida, adaptem os parâmetros de estimulação às necessidades do paciente.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>7-Tesla Biospec 70/20 scanner</td>
			<td>Bruker, Germany</td>
			<td>SN0021</td>
			<td>MRI scanner for small animal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine</td>
			<td>Meda Pharma S.L., Spain</td>
			<td>644625.6</td>
			<td>Iodine solution (iodopovidone)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beurer IL 11</td>
			<td>Beurer</td>
			<td>SN87318</td>
			<td>Infra-red light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar cable 50 cm w/50 cm mesh covering up to 100 cm</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>305-305 (CM)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar cable TT2&#160; 50 cm up to 100 cm</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>305-340/2</td>
			<td>Bipolar cable TT2&#160; 50 cm up to 100 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprex</td>
			<td>Schering-Plough, S.A</td>
			<td>961425</td>
			<td>Buprenorphine (analgesic)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceftriaxona Reig Jofr&#233; 1g IM</td>
			<td>Laboratorio Reig Jofr&#233; S.A., Spain</td>
			<td>624239.1</td>
			<td>Ceftriaxone (antibiotic)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Commutator</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>SL2+2C</td>
			<td>4 Channel Commutator for DBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Concentric bipolar platinum-iridium electrodes</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>MS303/8-AIU/Spc</td>
			<td>Electrodes for DBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Driller</td>
			<td>Bosh</td>
			<td>T58704</td>
			<td>Driller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FDG</td>
			<td>Curium Pharma Spain S.A., Spain</td>
			<td>-----</td>
			<td>2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (PET radiotracer)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating pad</td>
			<td>DAGA, Spain</td>
			<td>23115</td>
			<td>Heating pad</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketolar</td>
			<td>Pfizer S.L., Spain</td>
			<td>776211.9</td>
			<td>Ketamine (anesthetic drug)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipolasic 2 mg/g</td>
			<td>Bausch &#38; Lomb S.A, Spain</td>
			<td>65277</td>
			<td>Ophthalmic lubricating gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MatLab R2021a</td>
			<td>The MathWorks, Inc</td>
			<td></td>
			<td>Support software for SPM12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRIcro</td>
			<td>McCausland Center for Brain Imaging,&#160; University of South Carolina, USA</td>
			<td>v2.1.58-0</td>
			<td>Software for imaging preprocessing and analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimodality Workstation (MMWKS)</td>
			<td>BiiG, Spain</td>
			<td></td>
			<td>Software for imaging processing and analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Omicrom VISION VET</td>
			<td>RGB Medical Devices, Spain</td>
			<td>731100 ReV B</td>
			<td>Cardiorrespiratory monitor for small imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prevex Cotton buds</td>
			<td>Prevex, Finland</td>
			<td>-----</td>
			<td>Cotton buds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sevorane</td>
			<td>AbbVie Spain, S.L.U, Spain</td>
			<td>673186.4</td>
			<td>Sevoflurane (inhalatory anesthesia)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small screws</td>
			<td>Max Witte GmbH</td>
			<td>1,2 x 2 DIN 84 A2</td>
			<td>Small screws</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard U-Frame Stereotaxic Instrument for Rat, 18&#176; Ear Bar</td>
			<td>Harvard Apparatus, USA</td>
			<td>75-1801</td>
			<td>Two-arms Stereotactic frame for rat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Statistical Parametric Mapping (SPM12)</td>
			<td>The Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Queen Square Institute of Neurology, UK</td>
			<td>SPM12</td>
			<td>Software for voxel-wise imaging analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STG1004</td>
			<td>Multi Channel Systems GmbH, Germany</td>
			<td>STG1004</td>
			<td>Isolated stimulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperArgus PET/CT scanner</td>
			<td>Sedecal, Spain</td>
			<td>S0026403</td>
			<td>NanoPET/CT scanner for small animal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suture thread with needle, 1/&#186;</td>
			<td>Lorca Mar&#237;n S.A., Spain</td>
			<td>55325</td>
			<td>Braided natural silk non-absorbable suture 1/0, with triangle needle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Technovit 4004 (powder and liquid)</td>
			<td>Kulzer Technique, Germany</td>
			<td>64708471; 64708474</td>
			<td>Acrylic dental cement for craniotomy tap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wistar rats (Rattus norvergicus)</td>
			<td>Charles River, Spain</td>
			<td>animal facility</td>
			<td>Animal model used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylagesic</td>
			<td>Laboratorios Karizoo, A.A, Spain</td>
			<td>572599-4</td>
			<td>Xylazine (anesthetic drug)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Normon S.A., Spain</td>
			<td>602910</td>
			<td>Mepivacaine in gel for topical use</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo positron emission tomography to reveal activity patterns induced by deep brain stimulation in rats

A estimulação cerebral profunda (DBS) é uma técnica neurocirúrgica invasiva baseada na aplicação de pulsos elétricos a estruturas cerebrais envolvidas na fisiopatologia do paciente. Apesar da longa história da DBS, seu mecanismo de ação e protocolos apropriados permanecem obscuros, destacando a necessidade de pesquisas que visem resolver esses enigmas. Nesse sentido, avaliar os efeitos in vivo da DBS usando técnicas de imagem funcional representa uma estratégia poderosa para determinar o impacto da estimulação na dinâmica cerebral. Aqui, um protocolo experimental para modelos pré-clínicos (ratos Wistar), combinado com um estudo longitudinal [18F]-fluorodesoxiclucose tomografia por emissão de pósitrons (FDG-PET), para avaliar as consequências agudas da DBS no metabolismo cerebral é descrito. Primeiro, os animais foram submetidos à cirurgia estereotáxica para implantação bilateral de eletrodos no córtex pré-frontal. Uma tomografia computadorizada (TC) pós-cirúrgica de cada animal foi adquirida para verificar a colocação do eletrodo. Após uma semana de recuperação, um primeiro FDG-PET estático de cada animal operado sem estimulação (D1) foi adquirido e, dois dias depois (D2), um segundo FDG-PET foi adquirido enquanto os animais eram estimulados. Para isso, os eletrodos foram conectados a um estimulador isolado após a administração de FDG aos animais. Assim, os animais foram estimulados durante o período de captação do FDG (45 min), registrando os efeitos agudos da DBS no metabolismo cerebral. Dada a natureza exploratória deste estudo, as imagens FDG-PET foram analisadas por uma abordagem voxel-wise baseada em um teste T pareado entre os estudos D1 e D2. No geral, a combinação de DBS e estudos de imagem permite descrever as consequências da neuromodulação em redes neurais, ajudando a desvendar os enigmas em torno da DBS.

Os animais foram sacrificados com CO2 ao final do estudo ou quando o bem-estar do animal estava comprometido. Um exemplo de um estudo completo de PET/CT de um animal operado é mostrado na Figura 3. Assim, o eletrodo inserido no cérebro do rato pode ser claramente observado na imagem da TC mostrada na Figura 3A. Essa modalidade de imagem fornece boas informações anatômicas e facilita o registro de imagens FDG-PET, uma vez que as modalidades funcio...

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In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats

Descrevemos um método experimental pré-clínico para avaliar a neuromodulação metabólica induzida por estimulação cerebral profunda aguda com FDG-PET in vivo. Este manuscrito inclui todas as etapas experimentais, desde a cirurgia estereotáxica até a aplicação do tratamento de estimulação e a aquisição, processamento e análise de imagens PET.

In vivo Tomografia por emissão de pósitrons para revelar padrões de atividade induzidos pela estimulação cerebral profunda em ratos

Deep brain stimulation (DBS) is an invasive neurosurgical technique based on the application of electrical pulses to brain structures involved in the ...

Este protocolo permite estudar as consequências da estimulação em redes neurais, ajudando a desvendar o enigma em torno da DBS. E para determinar o impacto de uma estimulação na dinâmica do cérebro. A principal vantagem de usar o reparo de FD durante uma estimulação é que podemos visualizar as consequências in vivo da estimulação aguda na dinâmica cerebral e, em seguida, refinar in vivo os protocolos de estimulação.Este método é de particular relevância nos campos da neurologia e da psiquiatria. Como é nessas especialidades médicas que a DBS tem seu maior impacto como estratégia antroponótica. Para começar, coloque o animal anestesiado em decúbito dorsal no leito da TC.Para imagens de TC, prenda a máscara facial ou o cone do nariz ao rato. Localize a cabeça no centro do campo de visão do tomógrafo. Proceder à aquisição da imagem de TC utilizando parâmetros de aquisição de acordo com as especificações do scanner.Para MR Imaging, coloque o animal em decúbito dorsal no leito da ressonância magnética. Para evitar movimentos durante a aquisição da ressonância magnética, prenda a cabeça a uma estrutura estereotáxica colocada no leito do scanner. Além disso, prenda o resto do corpo do rato com fita adesiva de seda.Uma vez que a posição esteja correta, adquira a imagem de ressonância magnética. Use um software de processamento de imagem para normalizar espacialmente a tomografia computadorizada e a ressonância magnética usando um algoritmo de registro rígido automático baseado em informações mútuas. Localize a linha bregma na imagem co-registrada.E medir a distância no acesso AP, ML e DV do bregma ao córtex pré-frontal medial, de acordo com o Paxinos and Watson Rat Brain Atlas. Raspe a área entre as orelhas e os olhos. Coloque o animal na posição prona na estrutura estereotáxica.Garanta a imobilidade da cabeça usando as barras auriculares de ratos. Tenha cuidado para não inserir as barras auriculares muito profundas, pois isso pode danificar o tímpano. Use o adaptador de retenção de cabeça para ratos para manter o animal na posição correta durante a cirurgia.Aplique o gel lubrificante Atímico nos olhos do rato para evitar o ressecamento durante a cirurgia e cubra-os com gaze estéril. Faça uma incisão longitudinal na pele sobrejacente ao crânio entre as orelhas. Estendendo-se de 1,5 a dois centímetros de lambda a bregma.Exponha o crânio com a ajuda de dois ou três grampos. Remova o periósteo com uma tesoura e limpe o sangue com solução salina Para expor o bregma e as suturas sagitais. Remova o excesso de solução salina com gaze.Antes de posicionar os eletrodos, endireite-os com pinças plásticas para garantir a colocação correta durante a cirurgia. Coloque um eletrodo no suporte do braço direito do quadro estereotáxico. Mova o braço direito segurando o eletrodo através da estrutura estereotáxica.E coloque a ponta do eletrodo exatamente sobre o bregma. Tente trazer a ponta do eletrodo o mais próximo possível do crânio sem tocá-lo Para evitar a deformação do eletrodo. Observe as coordenadas resultantes para bregma fornecidas pelo quadro estereotáxico.Usando uma caneta cirúrgica, faça uma marca no crânio indicando a posição inicial do eletrodo. Mova o suporte para as coordenadas AP e ML obtidas anteriormente. E faça uma marca no crânio com uma caneta cirúrgica indicando a posição do alvo do eletrodo.Remova o braço direito da estrutura estereotáxica que segura o eletrodo. Tenha cuidado para não tocar em nada com o eletrodo. Usando uma pequena broca elétrica, faça um furo através do crânio na posição alvo até que a dura-máter seja visível.Use um cotonete para parar o sangramento. Faça quatro furos ao longo do crânio para colocar quatro parafusos. Para aumentar a área de superfície do cimento dentário e localizar o solo.Em seguida, prenda os parafusos. Localize o braço direito do quadro estereotáxico com o eletrodo direito. Mova o braço para a posição calculada que deve coincidir com o orifício.Em seguida, abaixe o eletrodo até que ele toque a dura-máter. Esta posição servirá como nível zero na direção DV. Usando as coordenadas DV obtidas anteriormente, insira a ponta do eletrodo na direção DV.Prenda o solo a um dos parafusos mais próximos do eletrodo e aplique cimento dental ao redor do eletrodo e dos parafusos. Repita o mesmo procedimento de colocação de eletrodos para o outro hemisfério do cérebro. Aplique mais cimento dental para formar uma tampa sem cobrir o eletrodo e espere até que ele endureça.Use solução de iodopovidona para desinfetar a área cirúrgica. Remova o rato do quadro estereotáxico e prossiga com a tomografia computadorizada, conforme demonstrado anteriormente, para avaliar a colocação correta dos eletrodos. Jejue o rato por oito a 12 horas antes de cada PET scan.Encher uma seringa de calibre 27 com aproximadamente 37 megabecquerel da solução FDG no menor volume possível, medido num actímetro. Coloque uma almofada de aquecimento sob a cauda do animal ou use luz infravermelha para dilatar as veias da cauda. Injete a solução de FDG através de uma das veias laterais da cauda.Coloque o animal de volta na gaiola e aguarde 45 minutos para a captação do traçador de rádio antes de iniciar a sessão de aquisição de imagem. Para o estudo D2, DBS entregue durante o período de captação de FDG. Prepare o estimulador isolado e os fios necessários em uma sala vasta e silenciosa, com espaço suficiente para as gaiolas de animais e influência mínima de estímulos potencialmente perturbadores.Conecte os fios de estimulação aos giros para permitir que os animais se movam livremente dentro das gaiolas e ao estimulador. Defina os parâmetros de estimulação conforme descrito no manuscrito do texto. Use um osciloscópio para verificar o modo atual, a frequência e a largura de pulso.Confirme a forma de onda bifásica com uma forma de pulso retangular. A imagem da TC visualizou claramente o eletrodo inserido no cérebro do rato. A modalidade de imagem utilizada neste estudo também forneceu boas informações anatômicas e facilitou o registro das imagens FDG-PET.Uma imagem PET-CT fundida do mesmo animal registrado espacialmente no mesmo espaço estereotáxico. As diferenças metabólicas cerebrais foram observadas entre as sessões de PET como mapas T sobrepostos em cortes cerebrais sequenciais de um milímetro de uma ressonância magnética registrada para a imagem de referência da TC. Essas diferenças consistiram em aumentos e diminuições na absorção de FDG mostrados como cores quentes e frias, respectivamente.Um resumo detalhado dos resultados estatísticos obtidos a partir da análise indicou a região modulada do cérebro e o hemisfério cerebral em que a modulação foi observada. A estatística T, o tamanho do cluster, a direção da modulação e os valores de P obtidos nos níveis de pico e cluster. É fundamental manter um nível estético adequado e da cabeça durante a cirurgia.Além disso, o cálculo de coordenadas e uma retidão dos eletrodos são essenciais. Os novos operadores são aconselhados a serem meticulosos e seguirem todos os passos. Após a conclusão de todo o procedimento, os animais podem ser submetidos a teste comportamental para avaliar o impacto da estimulação em diferentes domínios cognitivos.Além disso, uma série de estudos de imagem podem ser realizados para avaliar as consequências da DBS no nível celular.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

TMS: Usando o protocolo Theta-Burst para Explorar Mechasnism de Plasticidade em Indivíduos com Síndrome do X Frágil e Autismo

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

Neurociência

Transfection of Mouse Retinal Ganglion Cells by in vivo Electroporation

Transfection of Mouse Retinal Ganglion Cells by in vivo Electroporation

Transfecção de células de camundongo por Ganglionares da Retina In vivo Eletroporação

The targeting and refinement of RGC projections to the midbrain is a popular and powerful model system for studying how precise patterns of neural ...

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Neuroimagem Funcional Usando rompimento da barreira hemato-encefálica ultra-sônico e Manganês-RM

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

Estimulação Cerebral Profunda com fMRI simultâneo em Roedores

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

The Olfactory System as a Model to Study Axonal Growth Patterns and Morphology In Vivo

The Olfactory System as a Model to Study Axonal Growth Patterns and Morphology In Vivo

O Sistema Olfativo como um modelo para estudar os padrões de crescimento axonal e Morfologia<em&gt; In Vivo</em

The olfactory system has the unusual capacity to generate new neurons throughout the lifetime of an organism. Olfactory stem cells in the basal portion of ...

Analysis of Gene Expression Changes in the Rat Hippocampus After Deep Brain Stimulation of the Anterior Thalamic Nucleus

Análise das Alterações Gene expressão no Rat Hippocampus Após Estimulação Cerebral Profunda do Anterior Thalamic Nucleus

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective ...

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

Simultâneo<em&gt; Ex vivo</em&gt; Teste Funcional de Dois retinas por<em&gt; In vivo</em&gt; Sistema Eletrorretinograma

An In vivo electroretinogram (ERG) signal is composed of several overlapping components originating from different retinal cell types, as well as noise ...

Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation

Microeletrodos guiada implantação de eletrodos no subtalâmica Núcleo de Ratos por longo prazo Estimulação Profunda do Cérebro

Deep brain stimulation (DBS) is a widely used and effective therapy for several neurologic disorders, such as idiopathic Parkinson&#8217;s disease, ...

Exploring Deep Space - Uncovering the Anatomy of Periventricular Structures to Reveal the Lateral Ventricles of the Human Brain

Explorando o espaço profundo - descobrindo a anatomia das estruturas periventriculares para revelar os ventrículos laterais do cérebro humano

Anatomy students are typically provided with two-dimensional (2D) sections and images when studying cerebral ventricular anatomy and students find this ...

Sub-acute Cerebral Microhemorrhages Induced by Lipopolysaccharide Injection in Rats

Subaguda Microhemorrhages Cerebral induzida pela injeção de lipopolissacarídeo em ratos

Cerebral microhemorrhages (CMHs) are common in aged patients and are correlated to various neuropsychiatric disorders. The etiology of CMHs is complex, ...