Method Article
Este manuscrito describe un método de inducir epilepticus del estado por la inyección sistémica de pilocarpina y vigilancia convulsiones recurrentes espontáneas en animales vivos con un sistema de electroencefalograma y telemetría inalámbrica video. Este protocolo puede ser utilizado para el estudio de los mecanismos patofisiológicos de epilepsia crónica, epileptogénesis y convulsiones agudas.
Epilepsia del lóbulo temporal (ELT) es un trastorno neurológico común en la edad adulta. Estudios traslacionales de epilepsia crónica, inducida por la pilocarpina estado epiléptico (SE) se selecciona con frecuencia para recapitular convulsiones recurrentes espontáneas (SRS). Aquí presentamos un protocolo de inducción SE por inyección intraperitoneal (i.p.) de pilocarpina y el control de convulsiones recurrentes crónicas en animales vivos mediante un electroencefalograma (EEG) sistema de telemetría inalámbrica video y. Hemos demostrado notables cambios del comportamiento que requieren atención después de la inyección de pilocarpina y su correlación con la pérdida neuronal hippocampal en 7 días y pilocarpina después de 6 semanas. También describimos los procedimientos experimentales de la implantación de electrodos para el vídeo y la grabación de EEG y análisis de la frecuencia y duración de las convulsiones recurrentes crónicas. Finalmente, se discuten las posibles razones por qué los resultados esperados no se obtienen en cada caso. Esto proporciona una descripción básica de modelado epilepsia crónica en ratones y directrices para la solución de problemas. Creemos que este protocolo puede servir como base para modelos adecuados de la epilepsia crónica y epileptogenesis.
ELT es una de las epilepsias adquiridas más comunes1. Las personas con epilepsia experimentan convulsiones recurrentes como resultado de actividades neuronales anormales en el cerebro2,3. Dado que TLE a menudo es insuperable, es crucial entender los mecanismos básicos subyacentes al desarrollo de la epilepsia.
Modelos animales que pueden recapitular las características claves de TLE humana pueden ofrecer mejor apreciación de la fisiopatología de la ELT, lo que nos permite fácilmente controlar y manipular los factores críticos en la epileptogénesis. Entre ellos, SE chemoconvulsants-inducida ha sido ampliamente utilizado4,5. A diferencia de otros modelos de epilepsia, como estimulación eléctrica que no muestra esclerosis hippocampal y robusto SRS6,7,8, la inyección sistémica de chemoconvulsants puede mímico patogenesia clínica de ELT humana, es decir, lesión cerebral inicial, un período de latencia y un epiléptico crónico etapa manifestación SRS5,9,10. Por lo tanto, esta técnica puede ser utilizada en varios estudios, explicando los mecanismos de daño de cerebro agudo, epileptogenesis o supresión de la confiscación. Por otra parte, alteraciones histopatológicas inducidas por chemoconvulsants son similares a ésos vistos en TLE humano, proporcionando una justificación adicional para uso de TLE modelos de roedores10,11,12. En particular, los daños estructurales que implican el hipocampo han sido reproducidos consistentemente en ambos modelos de ácido y pilocarpina-inducida SE kaínico. Sin embargo, comparados con la inyección de Ácido kaínico, el modelo de pilocarpina puede producir SRS más robusta en los ratones, que pueden ofrecer ventajas considerables para el estudio de epilepsia crónica cuando se considera la amplia disponibilidad de líneas de ratón transgénico5, 13 , 14 , 15. por otra parte, progresión de convulsiones después de la inyección de pilocarpina es generalmente más rápida que en el modelo de Ácido kaínico, proporcionando evidencia adicional para el uso efectivo de un modelo de pilocarpina de epilepsia.
Aquí, demostramos un método SE induce mediante la inyección i.p. de pilocarpina y realizando la supervisión de EEG en epilepsia crónica y vídeo.
Todos los procedimientos experimentales fueron aprobados por el Comité de ética de la Universidad Católica de Corea y se llevaron a cabo según los institutos nacionales de salud guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio (NIH publicaciones no. 80-23).
1. SE inducción
2. implantación cirugía para la supervisión del vídeo-EEG
3. video y EEG monitoreo y análisis
Éxito SE pueden inducir la muerte celular hipocampal y SRS (figura 1 y figura 2). Había terminada conducta convulsiones agudas por diazepam inyectable a las 3 h después del inicio del SE y sacrificaron los ratones 7 días o 6 semanas más adelante.
Para la supervisión del vídeo-EEG, los ratones recibidos implantación cirugía en 4 semanas después de SE, y SRS casos fueron evaluados por 2 semanas de 5 a 7 semanas después del inicio SE.
La figura 1 muestra las muertes de células en el hipocampo evaluado por tinción violeta de cresilo. A los 7 días después de SE, células pyknotic fueron detectadas en las regiones hiliares (figura 1anuncio) del giro dentado y la capa de células piramidales del subcampo CA3 del hipocampo (figura 1Af), mientras que intacto hipocampo se observó en los animales de sham inyectados con solución salina en lugar de pilocarpina (Aa-cde lafigura 1). Curiosamente, animales que experimentaron convulsiones múltiples, pero no entrar en SE, no demostrada muerte celular en la región hiliar o la capa de células piramidales (Ag-ide lafigura 1). A 6 semanas después de SE, se observó una reducción marcada en el número de células hilar (Bmde lafigura 1). Además, se observó pérdida neuronal en el CA1 (figura 1Bn) y CA3 regiones (figura 1Bo).
La figura 2 muestra los rastros representativos del EEG en la farsa y SE grupos (figura 2A). En comparación con el grupo sham mostrando actividad eléctrica fisiológica, el grupo mostró en ocasiones descargas epileptiformes acompañadas de comportamientos convulsivos. La ubicación de los electrodos epidurales se ilustra en la figura 2C. Figura 2 B se muestra un ejemplo de los ruidos eléctricos de un monitor adyacente y el fracaso de la colección de la señal. Hemos demostrado también rastros de EEG de animales manipulados de farsa que presentaron crisis convulsivas espontáneas durante las 2 semanas de grabación de vídeo-EEG (figura 2E) y encontraron lesiones corticales en perfusión, posiblemente derivada de la colocación excesivamente profunda de los tornillos de la epidurales (figura 2D).
Figura 1 : Muerte neuronal en el hipocampo inducida por la pilocarpina SE. Imágenes representativas de los grupos de (A) 7 días y (B) 6 semanas después de la inyección de pilocarpina o solución salina. Magnifica las imágenes muestran el hilio (a, j), subcampo CA1 (b, k) y subcampo CA3 (c, l) del grupo impostor tratados con solución salina, el hilio (d, m), subcampo CA1 (e, n) y el subcampo CA3 (f, oh) del grupo SE y el hilio (g), subcampo CA1 (h) y subcampo CA3 () de los ratones que desarrollan las flechas SE. Black , g, y j indicar algunas de las células representativas de hilar, y puntas de flecha en d y m indican células picnóticos. Barra de escala en la parte inferior izquierda = 200 μm, válida para toda la izquierda mayoría columna, barra de escala en a y c = 20 μm, válido para la columna medio entera y columna de la derecha. Abreviaturas en esta figura: CA1, CA3: Cornu Ammonis hippocampal subcampos; DG: Convolución del cerebro dentada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Grabación de vídeo y EEG muestra convulsiones recurrentes espontáneas en el ratón epiléptico. (A) representante EEG rastros de sham-(arriba) y SE manipulan animales (abajo). Tenga en cuenta que animales sometidos mostrará clavar actividad epileptiforme (≥ 3 Hz), no exhibieron animales de farsa. (B) una imagen representativa de ruidos eléctricos y falta de la colección de la señal. Tenga en cuenta la unipolar picos de gran amplitud y la discontinuación de las señales eléctricas. (C) dibujo esquemático del cerebro de ratón con la ubicación de los electrodos. (D) dos imágenes que muestran el cerebro intacto y lesionado en la corteza, posiblemente debido a la excesivamente profunda inserción de los tornillos epidurales. La flecha negra en la imagen de la derecha indica el sitio de daño cortical. Barra de escala = 250 μm. (E) representante EEG los rastros de animales manipulados simulada con o sin lesión cerebral. Observe que farsa manipulada animales con lesión cortical generaron actividad spiking y SRS convulsivo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Este trabajo describe los procedimientos experimentales para la inducción SE y la evaluación de convulsiones crónicas.
Varios factores afectan la inducción SE éxito. Control conductual preciso según la escala de Racine es fundamental para el desarrollo de SRS. Cabeceo, clonus del forelimb, alzarse y caer busquen el comportamiento de las convulsiones agudas en fase SE4,16. Una vez que se detectaron la primera crisis del motor, disminuye la longitud del intervalo entre las crisis convulsivas más tarde antes de entrar en SE. Por otra parte, SE debe mantenerse durante al menos 6 h convulsiones conductuales se revocada por diazepam5. Cabe destacar que los investigadores deben ser conscientes de la posibilidad de que sufrió convulsiones actividades pueden detectarse a través de electrocorticograms, aunque comportamiento convulsiones parecen disminuir con la inyección de diazepam. Aumento de temperatura después de la inyección de pilocarpina hasta que la inducción puede mejorar considerablemente el número de animales con SE. También es importante a la atención intensiva posterior convulsión, incluyendo suficiente hidratación, soporte nutricional y el peso control de tasas de supervivencia más altas que alrededor del 70-80% en promedio5,18. Según antecedentes genéticos del animal, puede ser diferente susceptibilidad a la pilocarpina. Si los animales Mostrar convulsiones agudas graves con alta mortalidad, la reducción de la dosis de pilocarpina, SE duración, o aumento de escopolamina y terbutalina puede ser útil. Mientras que SE grave es conocido por ser relacionados con mayor incidencia de SRS, con mayor mortalidad, es crucial para tener en cuenta estos factores. Muerte neuronal hippocampal se observa consistentemente después de SE. En 6 h post-SE, pérdida extensa de interneuronas hilar ha sido reportados19. A los 7 días después de SE, neuronas piramidales en el subcampo CA3 normalmente mueren y continuamente se observan a las 6 semanas después de la inducción SE, aunque el grado de daño neuronal en la capa de células piramidales es variable en los ratones. La pérdida neuronal en el subcampo CA1 del hipocampo también se puede observar con frecuencia. Curiosamente, los animales con convulsiones múltiples que no entran SE demostró hipocampo casi intacta similar al grupo simulado, que indica la muerte celular histologic puede ser un buen marcador de las convulsiones agudas lo suficientemente graves.
En aproximadamente 4 semanas después de SE, todos los ratones C57BL/6NHsd tratados con pilocarpina se convirtió en epilépticos y mostró SRS, demostrando uno de los principales méritos usando este modelo. Puesto que las convulsiones crónicas están agrupadas, el vídeo-EEG debe registrarse continuamente durante al menos 2 semanas en lugar de forma intermitente, a pesar de que el período de grabación puede ser modificado dependiendo de las cepas de ratón o fines experimentales17. Por otra parte, asimientos espontáneos en ELT tienen variaciones diurnas que demuestran alta frecuencia SRS en el atrasado por la tarde20. Prácticamente, para la grabación de vídeo-EEG precisa, fuentes incluyendo líneas AC, computadoras, cámaras fotográficas o transmisores implantados en el ratón en el lado receptor necesitan bloquearse. La instalación de las cámaras con alta sensibilidad y jaula de Faraday durante el día y la noche puede disminuir el ruido eléctrico y ayudar a identificar generalizado asimientos crónicos, respectivamente. Finalmente, es muy importante evitar daño cerebral cuando los tornillos se colocan en la superficie de la duramadre ya que puede generar datos de EEG engañosos. Aunque la frecuencia SRS no era alta, las lesiones corticales mecánicas por inserción forzada tornillo podrían generar asimientos convulsivos en sólo una semana.
En conclusión, a pesar del tiempo las restricciones para el modelado y el requisito de formación exhaustiva para realizar implantación cirugías y análisis de EEG, el SE inducida por la pilocarpina es uno de los mejores modelos para el estudio de epilepsia crónica entre los animales disponibles en la actualidad modelos de ELT. Aquí, describimos un método SE induce después de la inyección de pilocarpina y la evaluación de convulsiones crónicas mediante un sistema de video-EEG telemetría inalámbrica. Creemos que este protocolo puede proporcionar información detallada de modelos animales adecuados para epilepsia crónica y la epileptogénesis.
Los autores no tienen nada que revelar.
Este trabajo fue financiado por la subvención de la National Research Foundation de Corea (NRF) financiado por el gobierno de Corea (NRF-2014R1A1A3049456) y una beca de la Corea salud tecnología R & D Project a través de la Corea salud industria desarrollo Institute (KHIDI), financiado por el Ministerio de salud y asistencia social, República de Corea (HI15C2854).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
C57BL/6 | Envigo | C57BL/6NHsd | |
Scopolamine methyl nitrate | Sigma | S2250 | Make 10X stock |
Terbutaline hemisulfate salt | Sigma | T2528 | Make 10X stock |
Pilocarpine hydrochloride | Sigma | P6503 | |
Ketamine hydrochloride | Yuhan corporation | ||
Xylazine hydrochloride | Bayer Korea | ||
Diazepam | SAMJIN | ||
Castor oil (Kolliphor EL) | Sigma | C5135 | Polyoxyl 35 hydrogenated castor oil |
Saline | Daihan pharm. Co. | ||
5% Dextrose | Daihan pharm. Co. | ||
Iodine solution (Povidin) | Firson | ||
vet ointment (Terramycin) | Pfizer | ||
Blue Nylon | AILEE | NB617 | |
Mupirocin (Bearoban) | Daewoong Pharmaceutical Co., Ltd | ||
Ketoprofen | Samchundang Pharm. Co., Ltd | 5 mg/kg | |
Gentamicin | Huons, Ltd. | 5 mg/kg | |
1 mL syringe | Sung shim medial Co., Ltd. | ||
26 guage needle | Sung shim medial Co., Ltd. | 26 G * 13 mm (1/2") | |
30 guage needle | Sung shim medial Co., Ltd. | 30 G * 13 mm (1/2") | |
Razor blade | Dorco | ||
Drill | Saeshin precision Co., Ltd. | 207A, 35K (speed) | |
Telemetry video/EEG system | Data sciences International. Inc. | Version 5.20-SP6 | |
Implantable transmitter | Data sciences International. Inc. | ETA-F10 | |
Screw | Sungho Steel | M1.4, 2 mm length stainless steel | |
Vertex dental material | Dentimex | ||
Acetone | Duksan pure chemicals Co., Ltd. | CAS 67-64-1 | |
Paraformaldehyde (PFA) | millipore | 1.04005.1000 | 4 % |
Sucrose | Sigma | S9378 | 30 % solution in 0.01 M PBS |
Cresyl violet acetate | Sigma | C5042 | |
Ethanol | EMD Millipore Co. | UN1170 | |
xylene | Duksan pure chemicals Co., Ltd. | UN1307 | |
Acetic acid glacial | Junsei chemical | 31010-0350 | |
FSC33 Clear | Leica biosystems | OCT compound for tissue freezing | |
DPX Mounting for histology | Sigma | 6522 | |
Forceps | Fine science tools | 11002-12 | |
Scissors | Solco biomedical | 02-2445 | |
Stereotaxic frame | David Kopf Instruments | E51070012 |
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