Name: using a bipolar electrode to create a temporal lobe epilepsy mouse model by electrical kindling of the amygdala
Uploaded: 2022-06-29T14:30:00
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この研究は、中国国家自然科学財団(第82030037号、81871009号)と北京市衛生健康委員会(11000022T000000444685)の支援を受けました。この原稿の作成中に言語的支援を提供してくれたTopEdit(www.topeditsci.com)に感謝します。

この実験は、首都医科大学玄武病院の実験動物倫理委員会によって承認されました。全てのマウスは首都医科大学玄武病院の動物実験室で飼育された。このプロトコルは4つの部分に分かれています。最初の2つのパートでは、スリップリングを使用して電極と脳波記録/刺激装置を接続する電極と電気回路を構築する方法を紹介します。第3部では電極埋入の操作方法について説明し、第4部で?...

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	<li>Kurita, T., Sakurai, K., Takeda, Y., Horinouchi, T., Kusumi, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Very+long-term+outcome+of+non-surgically+treated+patients+with+temporal+lobe+epilepsy+with+hippocampal+sclerosis:+A+retrospective+study.">Very long-term outcome of non-surgically treated patients with temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis: A retrospective study.</a> PLoS One. 11 (7), 0159464 (2016).</li><li>Choy, M., Duffy, B. A., Lee, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetic+study+of+networks+in+epilepsy.">Optogenetic study of networks in epilepsy.</a> Journal of Neuroscience Research. 95 (12), 2325-2335 (2017).</li><li>Aroniadou-Anderjaska, V., Fritsch, B., Qashu, F., Braga, M. 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P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PTZ-induced+seizures+in+mice+require+a+revised+Racine+scale.">PTZ-induced seizures in mice require a revised Racine scale.</a> Epilepsy &amp; Behavior. 95, 51-55 (2019).</li><li>Carriero, 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=A+guinea+pig+model+of+mesial+temporal+lobe+epilepsy+following+nonconvulsive+status+epilepticus+induced+by+unilateral+intrahippocampal+injection+of+kainic+acid.">A guinea pig model of mesial temporal lobe epilepsy following nonconvulsive status epilepticus induced by unilateral intrahippocampal injection of kainic acid.</a> Epilepsia. 53 (11), 1917-1927 (2012).</li><li>Levesque, M., Avoli, 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+kainic+acid+model+of+temporal+lobe+epilepsy.">The kainic acid model of temporal lobe epilepsy.</a> Neuroscience Biobehavioral Reviews. 37, 2887-2899 (2013).</li><li>Fujita, A., Ota, M., Kato, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Urinary+volatile+metabolites+of+amygdala-kindled+mice+reveal+novel+biomarkers+associated+with+temporal+lobe+epilepsy.">Urinary volatile metabolites of amygdala-kindled mice reveal novel biomarkers associated with temporal lobe epilepsy.</a> Scientific Reports. 9 (1), 10586 (2019).</li><li>Li, J. 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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=Amygdala+pathology+in+amyotrophic+lateral+sclerosis+and+primary+lateral+sclerosis.">Amygdala pathology in amyotrophic lateral sclerosis and primary lateral sclerosis.</a> Journal of the Neurological Sciences. 417, 117039 (2020).</li><li>Kuchukhidze, 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=Emotional+recognition+in+patients+with+mesial+temporal+epilepsy+associated+with+enlarged+amygdala.">Emotional recognition in patients with mesial temporal epilepsy associated with enlarged amygdala.</a> Frontiers in Neurology. 12, 803787 (2021).</li><li>Soper, C., Wicker, E., Kulick, C. V., N'Gouemo, P., Forcelli, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetic+activation+of+superior+colliculus+neurons+suppresses+seizures+originating+in+diverse+brain+networks.">Optogenetic activation of superior colliculus neurons suppresses seizures originating in diverse brain networks.</a> Neurobiology of Disease. 87, 102-115 (2016).</li><li>Devinsky, O., 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.">Epilepsy.</a> Nature Reviews Disease Primers. 4, 18024 (2018).</li><li>Zhang, Z., 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=Interaction+between+thalamus+and+hippocampus+in+termination+of+amygdala-kindled+seizures+in+mice.">Interaction between thalamus and hippocampus in termination of amygdala-kindled seizures in mice.</a> Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2016, 9580724 (2016).</li><li>Ghotbedin, Z., Janahmadi, M., Mirnajafi-Zadeh, J., Behzadi, G., Semnanian, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+low+frequency+stimulation+of+the+kindling+site+preserves+the+electrophysiological+properties+of+the+rat+hippocampal+CA1+pyramidal+neurons+from+the+destructive+effects+of+amygdala+kindling:+the+basis+for+a+possible+promising+epilepsy+therapy.">Electrical low frequency stimulation of the kindling site preserves the electrophysiological properties of the rat hippocampal CA1 pyramidal neurons from the destructive effects of amygdala kindling: the basis for a possible promising epilepsy therapy.</a> Brain Stimulation. 6 (4), 515-523 (2013).</li><li>Hristova, K., 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=Medial+septal+GABAergic+neurons+reduce+seizure+duration+upon+optogenetic+closed-loop+stimulation.">Medial septal GABAergic neurons reduce seizure duration upon optogenetic closed-loop stimulation.</a> Brain. 144 (5), 1576-1589 (2021).</li></ol>

てんかんは、複数の症状と多様な原因を持つ病気のグループです18;すべてのタイプのてんかんに単一のモデルを使用できるわけではなく、研究者は特定の研究に適したモデルを選択する必要があることに注意してください。本研究では、電極作製の最もアクセスしやすい方法の1つを紹介します。この方法のさまざまな部分は、さまざまな実験条件に適応するように調整でき...

側頭葉てんかん(TLE)は最も一般的なタイプのてんかんであり、薬剤耐性てんかんへの転換のリスクが高い。選択的扁桃体海馬切除術などの手術はTLEの有効な治療法であり、この病気のてんかん発生とイクトジェネシスはまだ調査中です1,2。TLEの病因は、海馬だけでなく、扁桃体でも広範囲に発生することが示されています3,4。例えば、扁桃体硬化症と扁桃体肥大の両方がTLE発作の起源として頻繁に報告されています5,6。扁桃体の重要性を過小評価することはできません。てんかん形成の研究には扁桃体モデルが不可欠であり、このモデルの明確な図解が緊急に必要とされています。
動物モデルにおいて発作を誘発するためのいくつかのアプローチが提案されている。過去には、けいれん薬は早期に腹腔内注射されていました7。この方法は便利であったが、てんかん病巣の位置は不確かであった。定位技術と詳細な動物の脳アトラスの開発により、頭蓋内薬物注射が適用され、局在化の問題が解決されました8。しかし、急性期の重度の発作に対する介入の欠如は高い死亡率をもたらし、慢性自然発作は不安定な発作間発作および発作頻度の問題を伴いました9,10。最後に、電気キンドリング法が開発されました。この方法は、特定の脳領域を定期的に数回刺激し、場所と発症時間の両方を明確に制御して発作を誘発することを可能にする11。
この方法の利点は、電極の頭蓋内移植が低侵襲であることである12。さらに、発作の重症度は刺激の終了によって制御可能であり、発作によって引き起こされる死亡率を減少させる。これらの変更により、以前のアプローチの欠点が解決されました。特に、このモデルはヒトの発作を適切に模倣することができ、SEを迅速に誘導する能力があるため、てんかん重積状態(SE)の研究に特に適しています13。また、抗てんかん薬のスクリーニング14 やてんかんのメカニズムに関する研究にも使用できます。最後に、扁桃体が記憶調節、報酬処理、および感情と密接に関連していることはよく知られています15。これらの精神機能の障害はてんかん患者でしばしば遭遇するため、扁桃体てんかんモデルはてんかんの感情的な問題を研究するためのより良い選択かもしれません16。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 488-conjugated Donkey anti-Rabbit IgG</td>
			<td>invitrogen</td>
			<td>A-21206</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>c-Fos antibody</td>
			<td></td>
			<td>ab222699</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cranial drill</td>
			<td>SANS</td>
			<td>SA302</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dental cement</td>
			<td>NISSIN</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG recording and stimulation equipment</td>
			<td>Neuracle Technology (Changzhou) Co., Ltd</td>
			<td>NSHHFS-210803</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>lead-free tin wire</td>
			<td>BAKON</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pin header/Female header</td>
			<td>XIANMISI</td>
			<td></td>
			<td>spacing of 1.27 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver wire</td>
			<td>A-M systems</td>
			<td>786000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slip ring</td>
			<td>Senring Electronics Co.,Ltd</td>
			<td>SNM008-04</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten wire</td>
			<td>A-M systems</td>
			<td>796000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ultrafine multi-stand wire</td>
			<td>Shenzhen Chengxing wire and cable</td>
			<td>UL10064-FEP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>welding equipment</td>
			<td>BAKON</td>
			<td>BK881</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using a bipolar electrode to create a temporal lobe epilepsy mouse model by electrical kindling of the amygdala

扁桃体は発作の最も一般的な起源の1つであり、扁桃体マウスモデルはてんかんのイラストに不可欠です。しかし、実験プロトコルを詳細に説明している研究はほとんどありません。この論文は、バイポーラ電極作製の方法を導入して、扁桃体電気キンドリングてんかんモデル作成の全プロセスを示しています。この電極は刺激と記録の両方を行うことができ、刺激と記録のために別々の電極を埋め込むことによって引き起こされる脳損傷を軽減します。長期脳波(EEG)記録の目的で、スリップリングを使用して、ケーブルのもつれや脱落によって引き起こされる記録の中断を排除しました。
基底外側扁桃体(AP:1.67 mm、L:2.7 mm、V:4.9 mm)を19.83回±5.742回周期的に刺激(60 Hz、15分ごとに1秒)した後、6匹のマウスで完全なキンドリングが観察されました(ラシーンのスケールで分類された3つの連続したグレードVエピソードの誘発として定義されます)。キンドリングプロセス全体を通して頭蓋内脳波が記録され、キンドリング後に20〜70秒続く扁桃体のてんかん分泌が観察されました。したがって、これは扁桃体に由来するてんかんをモデル化するための堅牢なプロトコルであり、側頭葉てんかんにおける扁桃体の役割を明らかにするのに適しています。本研究は、近心側頭葉てんかんのメカニズムや新規抗てんかん原薬の今後の研究に貢献します。

電極と回路により、EEGを記録し、刺激として機能することができます(図1)。このセットアップにより、記録電極と刺激電極を別々に埋め込む複雑さを回避し、脳組織への損傷を最小限に抑えます。スリップリングの適用により、あらゆるタイプのデバイスとの電極接続が可能になります。
健常成人男性C57BL/6マウス6名に電極移植手術を施行し,術後2?...

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Using a Bipolar Electrode to Create a Temporal Lobe Epilepsy Mouse Model by Electrical Kindling of the Amygdala

扁桃体は、この構造に由来し、この構造から伝播する側頭葉てんかんにおいて重要な役割を果たします。本稿では、記録機能と刺激機能の両方を備えた脳深部電極の作製について詳しく説明します。扁桃体に由来する内側側頭葉てんかんのモデルを紹介します。

バイポーラ電極を用いて扁桃体の電気キンドリングによる側頭葉てんかんマウスモデルの作成

The amygdala is one of the most common origins of seizures, and the amygdala mouse model is essential for the illustration of epilepsy. However, few ...

このプロトコルは、扁桃体を起源とするてんかんのモデルを提案しました。それは近心側頭葉構造の調査への道を開きます。このモデルは実験の基礎として解釈することができます。このプロトコルは低コストで効率的な方法であるため、ほとんどのラボで迅速に実行できます。手順を実演するのは、私たちの研究室の大学院生であるヨンチャン・ルーです。ベア直径76.2マイクロメートルのテフロンコーティングされた2センチの長さのタングステン線から始めて、事前に準備されたコンポーネントを集めることから始めます。同じ長さのベア直径127マイクロメートルの銀線1本と、2×2ゲージのロープピン1セット。ライターを使用して各タングステンワイヤーの一端を燃やし、5ミリメートルの絶縁コーティングを取り除きます。極細マルチストランド線の一部をはがします。下端から上端に向かって展開し、暗くなり始め、上に向かって続きます。この極細線とタングステン線を合わせ、一方の端をつまんでもう一方の端をそっとねじることで、2つの材料を簡単に絡み合わせることができます。ワイヤーがしっかりと包まれていることを確認するためにゆっくりと引っ張り、余分な極細ワイヤーを切り取ります。プロセス全体を通してタングステン線をまっすぐに保つようにしてください。ロープピンをクランプに固定しますamp ピンの長辺を外側に向けて溶接テーブル。シリンジ針を使用してはんだペーストを拾い上げ、ピンに塗布します。溶接トーチを摂氏320度に加熱します。トーチチップで鉛フリーのブリキ線を溶かして塗ります。タングステン線の上端をロープピンの1本の針で重ね、トーチのはんだを使用してタングステン線をピンに接着します。別のタングステン線と別の銀線を同じ方法でロープピンに溶接し、各ワイヤーが針に対応するようにします。タングステン線の上端より少し長い2本の熱収縮チューブを切断します。2本のタングステンワイヤの回路が直列に配置されないように、導電性部分がチューブで完全に覆われるように、それらを2本のタングステンワイヤのはんだ接合部に置きます。溶接テーブルクランプから電極を取り外し、収縮チューブを加熱すると電極の形状が崩れやすいため、大きなペンチで電極をそっと保持します。少し力の強い優れた熱伝導率クランプを使用してください。エアダクトをオンにし、摂氏320度の温度に達するまで加熱します。熱収縮チューブが締められるまで数秒間吹きます。ホットメルト接着剤で電極を補強します。2本のタングステン線を持ち、両端を離して撚り合わせます。両端の間隔が0.5ミリメートルを超えないように、撚り合わせたタングステン線を長さ約10ミリメートルにトリミングします。マルチメーターの1本のバーをロープピンの溶接されていない側に置き、タングステン線または銀線の端をもう一方のバーにそっと触れて、マルチメーターで電極を確認します。回路がスムーズかどうかを確認します。線が直列に配置されていないことを確認します。両端の絶縁スキンを5ミリ剥がし、内部の金属線を露出させます。各スターターワイヤーに熱収縮チューブのセクションを追加します。各ワイヤをEEGデバイスコネクタプラグで溶接します。熱風で熱収縮チューブを収縮させます。各ローターワイヤーに熱収縮チューブのセクションを追加します。赤とオレンジのワイヤーの導電部分をねじ込み、ロープピンに合うようにジョイントとヘッダーに溶接します。ヘッダーの他の2本のワイヤを各ジョイントに溶接します。マウスの重量を量ります。マウスが完全に麻酔をかけられたら、かみそりで目から耳の部分まで髪を剃ります。脳定位固定装置フレームにマウスを固定します。前歯を切歯バーに入れ、両方のイヤーバーを耳に等しい深さまで挿入します。エリスロマイシン眼軟膏を目に塗り、手術中の明るい光によって引き起こされる乾燥や失明を防ぎます。ヨードフォアと75%アルコールの交互の綿棒で手術部位を少なくとも3回消毒します。縦切開を行って手術領域を完全に露出させるか、前後の泉門と電極移植部位を露出させる限り三角形の切開を行います。綿の小片をボールに丸め、3%過酸化水素で濡らします。前部と後部の泉門が見えるまで、露出した部分を小さな綿球でそっとこすって、頭蓋骨に付着した軟組織を取り除きます。前部と後部の泉門が水平になるように、前後の高さを調整します。前泉門の位置を軸の原点と考えてください。左小脳頭蓋骨にステンレス鋼のネジを固定します。ブレグマから扁桃体のキンドリングの座標を設定し、定位固定装置を調整してこの場所を見つけてマークします。直径0.5ミリメートルの頭蓋骨ドリルで行進スポットに穴を開けます。電極を定位固定装置の位置決めロッドに固定します。電極を穴の上に垂直に置き、位置をゆっくりとマイナス4.9ミリメートルに落とします。銀線をネジに3回巻き付けます。動作中に電極体を振らないように注意してください。歯科用セメントを混合し、電極と頭蓋骨の表面にそっと塗布します。歯科用セメントが硬化したら、固定電極を囲むセメントが円錐形になるまで外側を修正します。次に、電極を定位固定装置から解放します。マウスを取り外し、ケージに戻します。他のマウスから分離しておきます。マウスの頭の電極とEEGデバイスを接続するスリッパケーブル付きのカスタマイズされたボックスにマウスを入れます。ケーブルを箱の蓋の穴に通し、箱に残っている長さを調整して、マウスが自由に動くようにします。EEGデバイスの電源を入れ、正しく機能することを確認します。刺激器パラメータを設定して、60ヘルツで1ミリ秒の単相方形波パルスを10回の刺激サイクルで1秒間のトレーニング持続時間で配信します。最初の刺激のために50マイクロアンペアの電流強度から始めます。高周波スパイクを特徴とする放電後のEEGを監視します。放電後に観察されない場合は、次の刺激に25マイクロアンペアを追加し、放電後が観察されて5秒間続くまで、10分ごとにこのプロセスを続けます。決定された電流強度でマウスを15分ごとに、1日20回以下刺激する。刺激に対する行動反応を監視します。電極移植手術は健常成人男性C57ブラック6匹のマウスに行い、電気刺激は術後2週間で行った。行動発作レベルは刺激数の増加とともに徐々に増加し、完全なキンドリングに必要な刺激の数が記録されました。退院後の脳波は5〜15秒続いた。その後、頭蓋内の自然放電が激しくなり、行動症状が始まりました。発作時間は通常1分未満であり、無呼吸を引き起こす重度のけいれんによる死亡のリスクを軽減します。脳組織におけるc-Fosの発現は、完全なキンドリングの2時間後に免疫組織化学によって検出されました。結果は、同側扁桃体におけるc-Fosの発現が有意に増加したことを示しており、このモデルの実現可能性を検証しています。タングステンワイヤーの端の分離は半ミリメートルを超えてはなりません、さもなければそれは脳の穴を通過しません。電極の長さは長すぎてはいけません、さもなければそれはマウスの活動に影響を与えます。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Identification of Olfactory Volatiles using Gas Chromatography-Multi-unit Recordings (GCMR) in the Insect Antennal Lobe

Identification of Olfactory Volatiles using Gas Chromatography-Multi-unit Recordings GCMR in the Insect Antennal Lobe

昆虫の触角葉でガスクロマトグラフィー - マルチユニットレコーディング（GCMR）を使用して、嗅覚揮発性物質の同定

All  organisms inhabit a world full of sensory stimuli that determine their  behavioral and physiological response to their environment. Olfaction is ...

Trypsin Digest Protocol to Analyze the Retinal Vasculature of a Mouse Model

トリプシン消化プロトコルモデルマウスの網膜血管系を分析する

Trypsin digest is the gold standard method to analyze the retinal vasculature 1-5. It allows visualization of the entire network of complex ...

A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures

内側側頭葉構造の手動分割のための総合的なプロトコル

The present paper describes a comprehensive protocol for manual tracing of the set of brain regions comprising the medial temporal lobe (MTL): amygdala, ...

Pentylenetetrazole-Induced Kindling Mouse Model

Pentylenetetrazole 誘起キンドリング マウス モデル

Pentylenetetrazole (PTZ) is a GABA-A receptor antagonist. An intraperitoneal injection of PTZ into an animal induces an acute, severe seizure at a high ...

The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents

刺激間隔の齧歯動物の一時的な処理の評価のための力

Temporal processing deficits have been implicated as a potential elemental dimension of higher-level cognitive processes, commonly observed in ...

Behavioral And Physiological Analysis In A Zebrafish Model Of Epilepsy

てんかんのゼブラフィッシュモデルにおける行動と生理学的解析

Epilepsy represents one of the most common neurological disorders, affecting an estimated 50 million people worldwide. Recent advances in genetic research ...

Successful In vivo Calcium Imaging with a Head-Mount Miniaturized Microscope in the Amygdala of Freely Behaving Mouse

自由に振る舞うマウスの扁桃体の頭部小型顕微鏡による生体内カルシウムイメージングに成功

In vivo real-time monitoring of neuronal activities in freely moving animals is one of key approaches to link neuronal activity to behavior. For this ...

A Behavioral Screen for Heat-Induced Seizures in Mouse Models of Epilepsy

てんかんのマウスモデルにおける熱誘発発作の行動スクリーニング

Transgenic mouse models have proved to be powerful tools in studying various aspects of human neurological disorders, including epilepsy. The ...

Preparation and Implantation of Electrodes for Electrically Kindling VGAT-Cre Mice to Generate a Model for Temporal Lobe Epilepsy

It was discovered that electrical kindling of VGAT-Cre mice led to the spontaneous motor and electrographic seizures. A recent paper focused on how unique ...

Registration of Calcium Transients in Mouse Neuromuscular Junction with High Temporal Resolution using Confocal Microscopy

共焦点顕微鏡を用いたマウス神経筋接合部におけるカルシウム過渡現象の高時間分解能による登録

Estimation of the presynaptic calcium level is a key task in studying synaptic transmission since calcium entry into the presynaptic cell triggers a ...