Method Article
Este trabalho apresenta a metodologia de aplicação de alta intensidade com foco ultra-som para bloquear os potenciais de ação dos nervos neuropáticas diabéticos.
Bloqueio de condução do nervo com um transdutor de ultra-som centradas em intensidade elevada (HIFU) tem sido realizado recentemente em modelos animais diabéticos e normais. HIFU reversível pode bloquear a condução dos nervos periféricos sem danificar os nervos, enquanto usando um parâmetro apropriado ultra-sônico. Bloco parcial e temporário dos potenciais de ação dos nervos mostra que HIFU tem potencial para ser um tratamento clínico útil para alívio da dor. Este trabalho demonstra os procedimentos para suprimir os potenciais de ação dos nervos neuropáticas em ratos diabéticos na vivo usando um transdutor HIFU. O primeiro passo é gerar ratos neuropáticas diabéticos macho adulto por injeção de estreptozotocina (STZ). O segundo passo é avaliar a neuropatia diabética periférica em ratos diabéticos induzido por STZ por uma sonda de von Frey eletrônico e um prato quente. A etapa final é recorde na vivo extracelular potenciais de ação do nervo exposto a sonication HIFU. O método mostrou aqui pode beneficiar o estudo das aplicações analgésicas de ultra-som.
Medicações orais, acupuntura1, e de estimulação elétrica nervosa2 têm sido utilizados para o tratamento da polineuropatia diabética dolorosa. No entanto, os efeitos secundários dos medicamentos orais, operação invasiva de acupuntura e estimulação elétrica nervosa dificultam a eficácia terapêutica e aderência do paciente. Bloco de ultra-som de nervos periféricos em modelos animais foi investigado por décadas3,4,5. A condução de em vitro nervos ciático do grande sapo verde foi inibida reversível após o tratamento de pulsos de 10-20 da exposição de ultra-som para 0,4 - 1,0 s6. Um fator de bloquear a condução nervosa é o aumento de temperatura induzido por ultrassom7. Para pacientes com polineuropatia, a supressão dos potenciais de ação muscular composto (CMAPs) realizou-se no nervo peroneal exposto ao ultra-som de baixa intensidade para min 28. O tempo de recuperação completa foi dentro de 5 min.
Recentemente, a Food and Drug Administration dos Estados Unidos aprovaram HIFU como um tratamento não invasivo para miomas uterinos9, palliations dor de metástases ósseas10, e câncer de próstata11. Um transdutor HIFU emite raios acústicos fora do corpo, e os feixes transmitem em várias mídias de tecido e convergem para o tumor do alvo no foco. A zona focal é imediatamente formada para gerar efeitos localizados em tumores de destino sem danificar os tecidos circundantes. HIFU também tem sido aplicada para inibir a condução nervosa ou causar denervação de nervo em experimentos na vivo de normal de ratos Sprague-Dawley (SD)12. Além disso, os efeitos a curto e a longo prazo de HIFU neuropática nervos foram investigadas13. Resultados anteriores demonstraram que o bloco permanente ou reversível da condução nervosa sensorial poderia ser alcançado por HIFU com parâmetros apropriados. Além de aplicações analgésicas, HIFU pode ser usado como uma ferramenta para investigar a contribuição relativa dos componentes periféricos e centrais de bloqueio de condução do nervo para a pesquisa básica de Neurologia e desenvolvimento de medicamentos para as dores. Portanto, carece de uma plataforma de tecnologia bloqueio HIFU específica para nervos periféricos em modelos animais. O objetivo deste artigo é demonstrar os procedimentos para bloquear parcialmente ou completamente aos potenciais de ação dos nervos periféricos em ratos neuropáticas diabéticos por HIFU. Estabeleceram-se modelos do rato diabético e avaliação dos sintomas neuropáticas periféricas. Uma plataforma HIFU e processos experimentais específicos para tratamento de nervos ciático de ratos são apresentados.
o cuidado Animal institucional e uso Comitê dos institutos nacionais de pesquisa de saúde em Taiwan aprovaram todos os protocolos animais.
1. indução de modelo diabético no masculino adulto Sprague - Dawley (SD) ratos
2. confirmação do Diabetes em ratos induzido por STZ
3. Avaliação da neuropatia diabética periférica em ratos diabéticos
4. Na Vivo Bloqueio de condução com o transdutor de HIFU do nervo
Nota: O experimento na vivo começa na semana 5 após injeção de STZ 50mg/kg.
O estudo na vivo demonstrou que, com uma dose HIFU de 3 sonication s em uma intensidade de 2.810 W/cm2, os CMAPs foram suprimidos por 20% da linha de base, mas eles foram completamente recuperados após 30 min (Figura 2A, diamantes) e foram quase constante no período de 28 dias (Figura 2B, diamantes). Para a exposição HIFU de s 5 na mesma intensidade, os CMAPs diminuíram para 65,4% (9,5%) da linha de base em 4 min e recuperaram para 73,7% (12,6%) da linha de base por 120 min (Figura 2A, praças). Os CMAPs não retornou aos níveis de base até dia 14 (Figura 2B, praças). Quando o tempo de sonication HIFU foi aumentado para 8 s sob a mesma intensidade, os CMAPs foram reduzidas para 26,0% (14,1%) da linha de base em 4 min (Figura 2A, triângulos), mas aumentou a 38,0% (12,0%) da linha de base em 120 min e gradualmente aumentados para 74% da linha de base do dia 28 (Figura 2B, triângulos). Ver Lee, Y.F.,13 para obter detalhes adicionais.
Figura 1 : A instalação Experimental para Na Vivo Bloqueio de condução do nervo com alta intensidade focada ultra-som (HIFU). (A) um cone esférico acrílico sob medido que é preenchido com água de osmose reversa desgaseificada foi combinado com o fixador de nervo para garantir que o transdutor zona focal de HIFU foi no plano focal dos nervos. (B) estimular e gravação eletrodos são mostrados na figura. O fixador de nervo posicionado o nervo ciático no plano focal do feixe HIFU. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 : As CMAPs respostas em Na Vivo Ratos neuropáticas diabéticos após 3 s, 5 s e 8 s de HIFU Sonication. (A) os cursos temporais dos CMAPs durante a gravação do dia 1. Após 3 s, 5 s e 8 s de sonication HIFU, os CMAPs foram diminuiu durante o primeiros 10 min e recuperado após 120 min. (B) cursos de temporal os CMAPs durante as gravações do dia 7, 14 e 28. Os CMAPs foram totalmente recuperados pelo dia 03:14 s e 5 sonication HIFU s no dia 1 e parcialmente aumentado por dia 08:28 sonication HIFU de s. Diamantes: 3 s de sonication HIFU, praças: 5 s de sonication HIFU e triângulos: 8 s de sonication HIFU. n = 6 para cada parâmetro HIFU. * Significativamente diferente do dia 1. Os dados são expressos como a mediana (intervalo), onde a barra de erro é metade do intervalo. Esta figura é modificada de Lee, Y.F., 2015,13. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 : O processo de montagem para garantir o nervo ciático no Hot Spot HIFU. (A) a três passos de montagem são mostrados: (1) cuidadosamente resolver o nervo na ranhura do componente, (2) montar II e componente, (3) inserir o front-end do componente III com a estrutura de cone HIFU transdutor na componente II. (B) um desenho esquemático do transdutor HIFU integrado com o nervo de rato. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 : Os desenhos de componentes que (A), (B) II e III (C). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 : Os desenhos do Cone esférico (A) e o Cone cobrem b. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Supressão parcial e temporária de action potentials dos nervos neuropáticas de ratos diabéticos na vivo e ocorrência instantânea do efeito de bloqueio após o tratamento de HIFU, que ambos foram observados. O estudo de acompanhamento de 28 dias na CMAPs demonstrou que um bloqueio seguro de condução do nervo pode efectuar-se em uma exposição adequada de HIFU. Como resultado, o protocolo acima do tratamento HIFU pode fornecer uma solução alternativa para o bloqueio reversível da condução dos nervos isquiático em ratos diabéticos.
Neste método, não há nenhuma degeneração neural, e os nervos sensoriais podem recuperar completamente durante um período de horas a vários dias em lesões de nervo suave14. Para lesões graves, o curso temporal da recuperação sensorial geralmente leva vários meses, se ocorre em tudo. Além disso, as fibras neurais periféricas mais regeneram completamente quando a lâmina basal de célula de Schwann e endoneurial tubos são intactos após o esmagamento de lesões de15. Portanto, podemos concluir que o HIFU causou lesões nervosas leve, mas reversível para o caso, porque os CMAPs suprimidas após o tratamento de HIFU retornou à linha de base ao longo do tempo. Para lesões nervosas graves, os CMAPs recuperaram apenas parcialmente, mesmo depois de 28 dias.
A técnica deste estudo fornecido uma plataforma experimental para estudo animal dos efeitos HIFU sobre nervos periféricos antes do estudo clínico. Zona focal HIFU pode apontar precisamente o nervo alvo por causa dos componentes estruturais e o protocolo desenvolvido neste estudo, que resolve o problema anterior de posicionamento. Além do nervo normal, o HIFU bloqueando a técnica pode ser aplicada ao nervo doente também. No entanto, as limitações da técnica atual incluem a falta de monitoramento (levando a danos do tecido circundante), da temperatura e o curto bloqueio efeito, apesar de repetir a exposição HIFU pode estender a analgesia. Para traduzir o HIFU bloqueando a técnica de ensaios clínicos, uma orientação não-invasiva da zona focal HIFU é necessária, como a ultra-sonografia ou Sr. imagem latente, para identificar a posição do tecido alvo e monitorar a temperatura em tempo real.
O resultado de medicamentos orais existentes em apenas um em cada quatro pacientes com experiências de dor neuropática mais de 50% alívio da dor e apresentam vários efeitos colaterais significativos, tais como sonolência, tonturas e sonolência16. Modalidades físicas são desenvolvidas para melhorar esperançosamente eficácia analgésica como acupuntura, estimulação elétrica e magnética. No entanto, a eficácia da acupuntura depende altamente a experiência do médico, e o procedimento é invasivo. A eficácia da estimulação elétrica não invasiva ou estimulação magnética é cerca de 40% para a liberdade de dor a 2 h. Ambos os estímulos não estão focados no site local, que produz alguns efeitos adversos17. Portanto, para satisfazer necessidades não satisfeitas clínicas para alívio da dor periférica, o HIFU bloqueando a técnica é uma ferramenta promissora devido à eficácia instantânea, efeito reversível, fisioterapia, tratamento não-invasivo e potencial para uso.
É fundamental para o objectivo da zona focal HIFU o nervo ciático com precisão. A Figura 3 ilustra o procedimento esquemático para o posicionamento do nervo na zona focal. O primeiro passo é usar um gancho de vidro para levantar ligeiramente o nervo ciático e coloquei no componente eu abaixo o nervo e então abaixe o nervo na ranhura do componente eu (Figura 3A). O nervo passa o site central do componente que através do primeiro passo. O segundo passo é montar o componente II, com componente eu através da estrutura de tampa de rosca. A montagem dos componentes I e II é o fixador de nervo, mostrado na Figura 2B. II componente desempenha o papel de vinculando componentes I e III. Antes de combinar componentes II e III, eles são preenchidos com solução de Ringer para transmitir o ultra-som e preservar o nervo de desgaseificação. O último passo é inserir componente II estrutura front-end do componente III do acoplador de cone de transdutor HIFU. Dois pares de pilares flexível de longo e curto do componente II fornecem suficiente força de fixação. Montagem de componentes II e III é projetado baseado no princípio da mortise-espiga, que pode garantir que o ponto central dos três componentes é no eixo. A distância focal do transdutor HIFU é igual à distância entre o ponto central do transdutor e o ponto central da componente eu. Como resultado, o nervo está certamente dentro da zona focal, que é um elipsoide com uma largura de 0,8 mm e uma profundidade de 4 mm.
Os autores não têm nada para divulgar.
O estudo foi apoiado pelo Ministério da ciência e tecnologia (projeto mais 105-2221-E-400-001) e os institutos nacionais de saúde pesquisa (projeto BN-105-PP-10), Taiwan.
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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