Method Article
Este trabajo presenta la metodología de la aplicación de ultrasonido enfocado intensidad alta para bloquear los potenciales de acción de nervios neuropáticos diabéticos.
Bloque de la conducción del nervio con un transductor de ultrasonido enfocado intensidad alta (HIFU) se ha realizado en modelos animales normales y diabéticos recientemente. HIFU reversible puede bloquear la conducción de los nervios periféricos sin dañar los nervios durante el uso de un adecuado parámetro ultrasónico. Bloque parcial y temporal de los potenciales de acción de los nervios muestra que el HIFU tiene el potencial para ser un tratamiento clínico útil para aliviar el dolor. Este trabajo muestra los procedimientos para la supresión de los potenciales de acción de nervios neuropáticos en ratas diabéticas en vivo usando un transductor HIFU. El primer paso es generar las ratas neuropáticas diabéticas macho adulto por inyección streptozotocin (STZ). El segundo paso es evaluar la neuropatía diabética periférica en las ratas diabéticas inducidas por STZ por una sonda electrónica de von Frey y un plato caliente. El paso final es grabar en vivo los potenciales de acción extracelulares del nervio expuesto a sonicación de HIFU. El método mostró aquí puede beneficiar el estudio de ultrasonido aplicaciones analgésicas.
Medicamentos orales, acupuntura1, y de estimulación nerviosa eléctrica2 se han utilizado para el tratamiento de la polineuropatía diabética dolorosa. Sin embargo, los efectos secundarios de los medicamentos orales, operación invasiva de la acupuntura y la estimulación eléctrica del nervio obstaculizan la eficacia terapéutica y la adherencia del paciente. Bloque de la ecografía de los nervios periféricos en modelos animales se ha investigado durante décadas3,4,5. La conducción de en vitro nervios ciáticos de la rana verde grande fue inhibida reversiblemente después del tratamiento de 10-20 pulsos de la exposición del ultrasonido de 0,4 - 1,0 s6. Un factor para bloquear la conducción nerviosa es el aumento de la temperatura inducido por ultrasonido7. Para los pacientes con polineuropatía, la supresión de los potenciales de acción compuestos del músculo (CMAPs) fue realizada en el nervio peroneo expuesto al ultrasonido de baja intensidad durante 2 min8. El tiempo de recuperación completo estaba dentro de 5 minutos.
Recientemente, la Food and Drug Administration de los Estados Unidos aprobaron HIFU como un tratamiento no invasivo para los tumores fibroides uterinos9, palliations de dolor de hueso metástasis10y el cáncer de próstata11. Un transductor HIFU emite rayos acústicos fuera del cuerpo, y las vigas transmiten en diversos medios de tejido y convergen en el tumor blanco en el foco. La zona focal se forma inmediatamente para generar efectos localizadas en atacan tumores sin dañar los tejidos circundantes. HIFU se ha aplicado también para inhibir la conducción de los nervios o causan denervación del nervio en experimentos en vivo de normal de ratas Sprague-Dawley (SD)12. Además, los efectos a corto y a largo plazo de HIFU en nervios neuropáticos han sido investigados13. Los resultados anteriores demuestran que el bloque de la conducción nerviosa sensorial reversible o permanente puede lograrse con HIFU con parámetros adecuados. Además de aplicaciones analgésicas, HIFU podría utilizarse como una herramienta para investigar la contribución relativa de los componentes periféricos y centrales a bloqueo de la conducción del nervio para la investigación básica de Neurología y desarrollo de medicamentos para el dolor. Por lo tanto, es necesario HIFU bloqueo plataforma tecnológica específica de los nervios periféricos en modelos animales. El propósito de este artículo es demostrar los procedimientos para parcialmente o completamente bloquear los potenciales de acción de los nervios periféricos en ratas diabéticas neuropáticas por HIFU. Se establecieron modelos de ratón diabético y la evaluación de los síntomas neuropáticos periféricos. Presentan una plataforma HIFU y procesos experimentales específicos para el tratamiento de los nervios ciático de rata.
la atención institucional del Animal y el Comité de uso de los institutos nacionales de investigación de salud en Taiwán aprobaron todos los protocolos animales.
1. inducción de modelo diabético en macho adulto Sprague - Dawley (SD) ratas
2. confirmación de la Diabetes en la rata inducida por STZ
3. Evaluación de la neuropatía diabética periférica en ratas diabéticas
4. En Vivo Bloqueo de la conducción con el HIFU transductor de nervios
Nota: el experimento en vivo comienza en la semana 5 después de la inyección de STZ de 50 mg/kg.
El estudio en vivo demostró que, con una dosis HIFU de sonicación de 3 s con una intensidad de 2.810 W/cm2, el CMAPs fueron suprimidos por el 20% de la base, pero se recuperaron completamente después de 30 min (figura 2A, diamantes) y casi constante en el período de 28 días (figura 2B, diamantes). Las 5 s HIFU la exposición en la misma intensidad, el CMAPs disminuyeron a 65.4% (9,5%) de nivel básico de 4min y recuperaron al 73,7% (12,6%) de base por 120 min (figura 2A, plazas). El CMAPs no volvió a niveles basales hasta el día 14 (figura 2B, plazas). Cuando tiempo de sonicación de HIFU fue aumentada a 8 s bajo la misma intensidad, el CMAPs fueron reducidos a 26.0% (14,1%) de nivel básico de 4 minutos (figura 2A, triángulos), pero mayor a 38.0% (12,0%) de nivel básico de 120 min y gradualmente aumentó a 74% de la línea de fondo por día 28 (figura 2B, triángulos). Ver Lee, Dufr,13 para detalles adicionales.
Figura 1 : La configuración Experimental para En Vivo Bloque de la conducción del nervio con de intensidad alta enfocada ultrasonidos (HIFU). (A) un cono esférico acrílico a medida que se llena con agua de ósmosis inversa desgasificado se combinó con el fixator del nervio para que el transductor de la zona focal de HIFU fue en el plano focal de los nervios. (B) estimular y electrodos de registro se muestran en la figura. El fixator del nervio coloca el nervio ciático en el plano focal de la viga HIFU. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Las respuestas de CMAPs en En Vivo Ratas neuropáticas diabéticas después de 3 s, 5 s y 8 s de HIFU sonicación. (A) los cursos temporales de las CMAPs durante la grabación del día 1. Después de 3 s, 5 s y 8 s de sonicación de HIFU, las CMAPs disminuyeron durante lo primeros 10 min y se recuperó después de 120 min (B) los cursos temporales de las CMAPs durante grabaciones del día 7, 14 y 28. El CMAPs fueron recuperados por día 3:14 s y 5 s HIFU baño de ultrasonidos el día 1 y parcialmente aumento por día 8:28 sonicación de HIFU de s. Diamantes: 3 s de sonicación de HIFU, plazas: 5 s de sonicación de HIFU y triángulos: 8 s de sonicación de HIFU. n = 6 para cada parámetro HIFU. * Forma diferente desde el día 1. Los datos se expresan como mediana (rango), donde la barra de error es la mitad de la gama. Esta figura es modificada de Lee, Dufr, 201513. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : El proceso de montaje para el nervio ciático en el punto caliente HIFU. (A) se muestran tres pasos de montaje: (1) colocar cuidadosamente el nervio en la ranura del componente I, (2) montar componente II y I, (3) Inserte el front-end de componente III con la estructura del cono HIFU transductor componente II. (B) un dibujo esquemático del transductor HIFU integró con el nervio de la rata. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Los dibujos de componentes I (A), II (B) y III (C). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Cubren los dibujos del cono esférico (A) y el cono (B). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Supresión parcial y temporal de action potentials de los nervios neuropáticos de ratas diabéticas en vivo y la ocurrencia instantánea del efecto de bloqueo después del tratamiento HIFU que ambos fueron observados. El estudio de seguimiento de 28 días en CMAPs demostró que un seguro bloqueo de la conducción del nervio podría llevarse a cabo en una adecuada exposición HIFU. Como resultado, el protocolo anterior del tratamiento HIFU puede proporcionar una solución alternativa para el bloque reversible de la conducción de los nervios ciático en ratas diabéticas.
En este método, no hay ninguna degeneración neural y los nervios sensoriales pueden recuperar completamente en un período de horas a varios días en lesiones de nervio suave14. Para lesiones severas, el curso temporal de recuperación sensorial normalmente lleva varios meses, si ocurre en absoluto. Además, las fibras de nervios periféricas más regeneran completamente cuando los endoneurial tubos y la lámina basal de la célula de Schwann están intactas después de lesiones machacantes15. Por lo tanto, deducimos que el HIFU daños leves pero reversible del nervio para el caso porque el CMAPs suprimidos después del tratamiento de HIFU volvieron a línea de fondo con el tiempo. Para las lesiones nerviosas graves, el CMAPs sólo recuperaron parcialmente, incluso después de 28 días.
La técnica de este estudio proporcionó una plataforma experimental para los estudios en animales de los efectos HIFU en nervios periféricos antes de estudio clínico. La zona focal de HIFU puede precisamente como objetivo el nervio blanco debido a los componentes estructurales y el protocolo desarrollado en este estudio, que resuelve el problema anterior de posicionamiento. Además del normal nervio, el HIFU bloqueo técnica puede aplicarse también al nervio enfermo. Sin embargo, las limitaciones de la técnica actual incluyen la falta de control (que conduce al daño del tejido circundante), de la temperatura y el bloqueo de corto efecto, aunque repitiendo la exposición HIFU puede prolongar la analgesia. Para traducir el HIFU bloqueo técnica para ensayos clínicos, una dirección no invasor de la zona focal de HIFU se requiere, como proyección de imagen de ultrasonido o Sr. proyección de imagen, para identificar la posición de los tejidos objetivo y controlar la temperatura en tiempo real.
El resultado de medicaciones orales existentes en sólo uno de cada cuatro pacientes con experiencias de dolor neuropático de más del 50% de alivio del dolor y presentan varios efectos secundarios significativos como somnolencia, mareos y somnolencia16. Modalidades físicas están desarrolladas para que mejorar la eficacia analgésica como la acupuntura, estímulos eléctricos y magnéticos. Sin embargo, la eficacia de la acupuntura se basa altamente en la experiencia del clínico y el procedimiento es invasivo. La eficacia de la estimulación eléctrica no invasiva o la estimulación magnética es aproximadamente 40% por la libertad del dolor a las 2 h. Ambos estímulos se centran no en el sitio local, que produce algunos de los eventos adversos17. Por lo tanto, para satisfacer necesidades clínicas no satisfechas para aliviar el dolor periférico, el HIFU técnica de bloqueo es una herramienta prometedora debido a eficacia instantánea, efecto reversible, terapia física, tratamiento no invasivo y potencial uso en el hogar.
Es fundamental para apuntar con precisión la zona focal de HIFU en el nervio ciático. La figura 3 ilustra el procedimiento esquemático para la colocación del nervio en la zona focal. El primer paso es utilizar un gancho de vidrio para levantar ligeramente el nervio ciático y poner en el componente bajo el nervio y luego colocar el nervio en la ranura del componente I (Figura 3A). El nervio pasa el sitio central del componente I al primer paso. El segundo paso es armar el componente II con componente a través de la estructura del tapón de rosca. El montaje de los componentes I y II es el fijador del nervio se muestra en la figura 2B. Componente II desempeña el papel de vincular componentes I y III. Antes de combinar los componentes II y III, están llenos de solución de Ringer para transmitir el ultrasonido y preservar el nervio de desgasificación. El último paso es insertar estructura front-end de componente III de lo HIFU transductor cono de acoplamiento en el componente II. Dos pares de pilares cortos y largos flexibles del componente II proporcionan suficiente fuerza de fijación. Montaje de componentes II y III está diseñado basado en el principio de la mortaja-espiga, que puede asegurar que el punto central de los tres componentes es en eje. La distancia focal del transductor HIFU es igual a la distancia entre el punto central del transductor y el punto central del componente I. Como resultado, el nervio es ciertamente dentro de la zona focal, que es un elipsoide con un ancho de 0,8 mm y 4 mm de profundidad.
Los autores no tienen nada que revelar.
El estudio fue apoyado por el Ministerio de ciencia y tecnología (proyecto más 105-2221-E-400-001) y los institutos nacionales de salud investigación (proyecto BN-105-PP-10), Taiwán.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
streptozotocin | Sigma | 85882 | |
citric acid monohydrate | Sigma | C1909 | |
trisodium citrate dihydrate | Sigma | W302600 | |
glucose meters | Roche Accu-Check Active | GC | |
electronic von Frey device | IITC Life Science | 2390 | |
hot plate | IITC Life Science | ||
Biopac MP36 acquisition system | Biopac Systems, Inc. | ||
HIFU transducer | Sonic Concepts | H108 | |
function generator | Agilent | 33250A | |
power amplifier | Electronics & Innovation | 1040L | |
Rats | Biolasco taiwan | Sprague-Dawley | |
Puralube vet ointment | Dechra | ||
isoflurane vaporizer | Parkland Scientific | V3000PS | |
Isoflurance | Attane | ||
Restraint bag (Decapicones) | Braintree Scientific | DC 200 |
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