Here we demonstrate the use of a wireless enabling technology for electroencephalogram (EEG) in neonatal rodent models of human disease. With telemetry, there are no encumbering connections, thus allowing natural behaviors.
Epilepsi gibi, insanlarda pek çok aşamalı nörolojik hastalıklar, yavaş yavaş, hastalığın çeşitli evrelerinde müdahaleler test etmek için hastalığı geliştirme klinik öncesi hayvan modelleri gerektirir. Bu hayvan modelleri olgunlaşmamış kemirgenler, bu hastalıkların laboratuvar çalışması için klasik bir model organizma uygulamak özellikle zordur. Nöbetler ve diğer nörolojik bozuklukların genç hayvan modellerinde kayıt sürekli EEG nedeniyle küçük fiziksel genç kemirgenler büyüklüğü ve baraj üzerindeki bağımlılığı sütten önce bir teknik meydan okuma sunuyor. Bu nedenle, daha iyi kliniğe çeviri değil, aynı zamanda olgunlaşmamış kemirgenlerde sürekli EEG kayıt yeteneğine yeni cihazlar için bir ihtiyaç için uygun olan tedavilerin belirleyecektir klinik öncesi araştırma iyileştirilmesi için açık bir ihtiyaç değil, sadece orada. Burada, biz arkasındaki teknoloji tarif ve özellikle o olgunlaşmamış sıçanlarda kullanılmak üzere tasarlanmış yeni bir minyatür telemetri sisteminin kullanımını, göstermekaynı zamanda yetişkin hayvanlarda kullanım için etkili olan R fareler.
eski – ve en yaygın olarak kullanılan – beyinde Biyopotansiyellerin kayıt tekniği elektroansefalogram (EEG) 'dir. Bu nöbet tespiti 1, nöbet odakların 2 lokalizasyonu ve sarsıntı 3,4 teşhisi de dahil olmak üzere, nörolojik anormallikler için klinik kullanılmaktadır. Bu teknik aynı zamanda yaygın uyku mekanizmaları hakkında temel bilgi vermek ve uyku bozuklukları 5,6 teşhis etmek için kullanılır.
Epilepsilerde klinik tanıda, EEG hem genetik hem de kazanılmış epilepsi hayvan modellerinde translasyonel araştırma için vazgeçilmez hale gelmiştir. Mevcut araştırma uygulamalarında, "kablolu" veya "gergin" kayıtlar standart ve rutin bir anda 7 haftalarca erişkin kemirgenlerde yapılmaktadır. Ancak, elektriksel gürültü, hareket eserler ve kablo çekerek kendilerini incitmeyecek hayvanlar gergin riski uzun compr varBu deneyler omised. Böylece, koşulları ve başarı oranları deneysel geliştirmek, biz hayvan ve enstrümantasyon arasındaki kablolu arayüzün ortadan kaldırılması için izin verecek yeni teknolojiler geliştirmek gerekir. gelişmenin en belirgin alan tasarımı ve uzun kullanım ömrünü korumak ve hayvan denekler için rahatsızlık en aza indirirken, yüksek kaliteli kayıtlar sağlar telemetri sistemleri uygulamasıdır. Bu cihazların fiziksel boyutunu azaltmak nörolojik hastalıkların neonatal ve juvenil kemirgen modellerinde translasyonel araştırma sağlayacaktır.
Sıçanlarda düşük kanal sayısı EEG kayıtları yoğun istihdam edilmektedir insanlara çeviri epileptik nöbetler yetenekli bastırmak için yeni tedaviler geliştirmek için. Uzun bir süre için bir veya daha fazla sitelerinden kayıtlar translasyonel araştırma epilepsi, kemirgen modelleri kullanarak için bir çok olanak açın. Bu alanda çağdaş araştırmaların çoğu kronik Seiz oluşumunu engellemek için hedefliyorSürekli değil EEG monitorizasyonu önerilen tedavinin 8 etkinliğini tahlil etmek durumunda ures veya epilepsi (yani epileptogenez) geliştirilmesi ve bu araştırma çabaları yoğun gerektirir; Kanal başına 0.1-100 Hz arasında faaliyet gösteren bir, iki veya dört kanallı bir küçük, basit, telemetrik sistem güçlü translasyonel araştırma bu tür teşvik edecektir. Elektrografik nöbetler genellikle davranışsal nöbetler dayalı tahliller kullanışlılığını sınırlar (kesinlikle konvülziyon olmadan) en az davranışları ile ortaya çıkar. EEG kaydı ve eş zamanlı video izleme birleştirerek stratejisi bir her nöbet yakalama imkanı verir; ve dahası, bu analitik yaklaşımlar "iktal" (ya da nöbet) olaylar 9 arasında epileptik beyinde meydana gelen interiktal sivri kantitatif değerlendirmesini izin verebilir. Ayrıca, sürekli yüksek kaliteli, düşük artefakt EEG kayıtları elde etmek için yeteneği, hangi kablosuz teknolojisi genellikleÜstün, önemli ölçüde deneyci yükünü azaltarak, spesifik EEG dalga formları (örneğin, teta, gama) yanı sıra, nöbet otomatik algılama eğitimi için bilgisayar tabanlı algoritmaların kullanımı gelişmesi için izin verecektir.
beyin hasarı sonrası kronik epilepsi çalışmak için birincil klinik öncesi bir model, kronik epilepsi tarafından takip edilen bir kemo-convulsant (yani, kainik asit veya pilokarpin) veya elektrikle uyarılan status epileptikus (SE) aracılığıyla ya yetişkin sıçan veya fare vardır. Bu koşullar altında, SE veya epileptik hayvanlarda sonraki nöbet ile ilişkili şiddetli kasılmalar, hayvan yırtılma gelen yaralanma veya urgan çekerek ve başlık sistemi eki korumak vidaları gevşeterek yol açabilir. Sonuçta, genellikle bu deneyleri sonlandırır, bu sorun ve kronik için yeni tedavilerin geliştirilmesine yönelik deneyler için uzun vadeli yüksek çözünürlüklü EEG kayıtları elde etmek için henüz ihtiyaçepilepsi şeyden önemlidir. Ayrıca, konut, izleme ve uzun vadeli implante hayvanlardan verileri analiz hem doğrudan maliyetleri ve araştırmacı zamanında önemli bir yatırımdır; Bu nedenle, deneme erken sonlandırma araştırmacılara derece yüksek maliyetlere neden olabilir. Epilepsi ilerleme bu modeller gibi, nöbetler genellikle sadece yeni tedaviler geliştirmek için onların kullanışlılığı olarak, hayvanlar yaralandı ihtimalini artırarak, daha sık ve daha şiddetli 10-12 büyük olur olur. Bu hayvanlar rutin sık sık kümeler 13 meydana gelen, günde konvülsif nöbetler onlarca gelişebilir.
Muhtemelen biyomedikal en önemli gelişmelerden biri fare modellerinde hedef genin kullanılması olmuştur. Bu yaklaşım sağladı, ve, izin, gerçek insan sendromları 14-16 yeniden genetik epilepsi hayvan modellerinin geliştirilmesi devam edecektir. Genetik manipülasyonlar olarak üstlenilen olabilirproof-of-prensibi tedavileri epileptik nöbetler bastırmak ya da beyin hasarı sonrası 17-20 epilepsi gelişmesini engellemek için. Araştırmanın Bu tip EEG yüksek verimli sürekli kayıt yapabilme yeteneği dramatik yararlanacak. Halen, ya gergin veya telemetri sistemleri farelerin kaydetmek mümkündür; Ancak, yüksek kaliteli elde zorlukları, eser-serbest kayıtları sıçanlarda önemli ölçüde daha zordur ve genellikle bu fareler sürekli çıkarmaya çalışmayın sırt çeşitli formları gerektirir. Stres, böylece çalışma karıştırıcı, sonuçta deney hayvanlarının epilepsi değiştirmek istiyorum böylece nöbet şiddetini, sıklığını ve / veya süresini arttırmak ve olabilir. Küçük, hafif, düşük profilli minyatür telemetri sistemi, insan hastalıklarının genetik fare modellerinde uzun süreli EEG kaydı kolaylaştıracaktır.
Yukarıda tarif edilen problemlere ek olarak, olgun olmayan kemirgen modelinde EEG kayıtHastalığın s zorlukları kendi benzersiz kümesi vardır. Olgunlaşmamış hayvanlar 17 g (P6 sıçan) kadar az 6 olarak g (P8 fare) ağırlığındadır. Bu barajdan yavru doğal yetiştirme izin ipten ve yetersizlik nedeniyle artan stres seri günlü gergin EEG kayıtları yapmak neredeyse imkansız. Hayvanlar sütten kadar, onlar baraj bakımında kalmalıdır. Baraj, yavru herhangi bir dışa konektör takımını yok yavru sona eğilimli, ve bazı durumlarda, tüm çöp sona erer. Ayrıca, olgunlaşmamış kemirgen kafatası zor mekanik bütünlük kafatası herhangi elektrot kaideyi monte kolaylaştırır. Olgunlaşmamış kemirgenler özgü Bu sorunlar, sağlam, uzun vadeli elektrografik kayıtları yapmak için yeni bir çözüm gerektirir. 1) im: Burada minyatür kablosuz telemetri sisteminin kullanımına yönelik örnek olarak yeni bir minyatür kablosuz verici ve mevcut üç proof-of-prensibi deneyleri kullanarak EEG implantasyonu ve kayıt göstererek odaklanmakhipoksi-iskemi olgun sıçan yavru modeli, 2) yetişkin fareler status epileptikus ve sonraki spontan nöbetler ve yetişkin farelerde nöbet ve ölüme yol vasküler kavernöz malformasyonlar 3) genetik modeli uyardığı DFP ile işlenmiştir.
minyatür kablosuz telemetri sistemi dört ana gereksinimlerini karşılamak için tasarlanmıştır: (1) minimal invaziv cerrahi implantasyon; (2) baraj ve littermates ile kemirgen yavruların konut için uyumluluk; Böylece cerrahi yeniden implantasyon olmadan sürekli izleme ay için izin ünitesinin (3) düşük güç tüketimi; ve (4) kabiliyeti az hareket eserler yüksek kaliteli EEG dalga biçimleri kaydetmek için. kablosuz verici <0.6, 2.3, ve 4 gram ağırlığında ve 0.3 <0.8 ve 1.4 cm3 kolayca kafatasına monte bir x 7 5 ayak izi, 7 x 9 veya 7 x 12 mm ile pil bağlı siyanoakrilat jel ile hayvanın. Hiçbir kemik vida çapa güvenli cihazı tutturmak için gereklikafatası ve cerrahi zaman içinde delinmiş gereken deliklerin sayısını azaltarak kafatası. Cihaz 2 hafta, 2 ay ya da bu konfigürasyonda 6 ay hipokampus gibi derin beyin yapılardan EEG ya da yerel alan potansiyellerinin iki kanal, çoğaltabilen yeteneğine sahiptir. Kablosuz vericinin küçük boyutu, enfeksiyon riskini azaltır hayvan hareketliliğini arttırır ve sonuçta aksi bir deney için gerekli olan hayvanların zaman, para, ve sayısını artırır morbidite ve mortaliteyi azaltmaktadır. Elektronik ve batarya tüm aksi takdirde cihaz çalışmaz hale getirebilir verici çiğneme gelen baraj önlenmesi, cihaz su geçirmez ve sert hale medikal dereceli epoksi saksı edilir. Radyo frekans vericileri aksine, telemetri sistemi verici ve kullanıcı standart kemirgen konut hayvanları tutmak için izin, hayvan kafesinin altında oturur bir alıcı anten arasındaki kapasitif kuplaj kullanır. Recordi Çoklu kanalng gibi elektrokardiyogram ve elektroensefalogram olarak multi-modal Biyopotansiyellerin, kayıt için izin verir. Komorbiditelerin hayvan modelleri davranışları 21-23 döneminde Biyopotansiyellerin kaydetmek için yeteneği ile yararlanacaktır. EEG monitorizasyonu ile davranışlarını birleştiren araştırma ve klinik öncesi çalışmalar için daha iyi bir araç ile araştırmacılar sağlayacaktır.
Hastalığın küçük hayvan modellerinde uzun süreli elektrografik kayıtları yapmak çok pahalı olabilir. Basit elektrik devreleri dayanarak ve düşük güç tüketimi vurgulayarak, uzun vadeli izleme deneyleri maliyetini azaltan bir verici sistemi (Şekil 1 ve 2) oluşturmak mümkün olmuştur. 6 aylık izleme deneyinde toplam maliyeti 470 $ gibi düşük, artı hayvan (~ harcırah 1,5 $ hayvan, 200 $ verici) maliyeti olabilir. Vericinin küçük boyutlu küçük hayvanda sürekli, kesintisiz elektrografik kayıtları, gergin ya da radyo-frekansı tabanlı kablosuz kayıt sistemleri (Şekil 4) ile birlikte elde edilmesi çok zor olan insan hastalığının klinik öncesi modellerde, izin verir. Son olarak, vericinin kafatası monte doğa, aksi takdirde bir denemeyi bozabilir hayvan ameliyat süresini ve stresi azaltır. Burada, üç diff'ten proof-of-prensibi deneyleri göstermektedirnöbet Erent deneysel modeller: perinatal hipoksi-iskemi 13, 27, sıçan yavru 28 (Şekil 4), DFP kaynaklı status epileptikus (Şekil 5) ve kavernöz vasküler malformasyonlar genetik kaynaklı modelinde nöbetler (Şekil 6).
Muhtemelen eser içermeyen, uzun süreli elektrografik kayıtları elde etmek için en kritik yönü ilgi kortikal bölgesinde (Şekil 4-6) sınır tanımayan elektrot erişimi doğrulamak için olduğunu. Bu ortak referans / toprak elektrot içerir. Özellikle kritik epidural EEG uygulamaları için kafatasının vericiyi takmak olduğunu. Bu işlem sırasında, bu elektrotlar çok kısa bir uzunluğu verilen siyanoakrilat ile elektrot ucu kasıtsız olarak kaplamak mümkündür. Siyanoakrilat elektrotların Kaplama EEG sinyallerini azaltmak veya tamamen kötü senaryo bunları izole edebilir. İyi elektrik bağlantısı b Benzer şekilde, eksikliğietween ortak referans / zemin ve elektrikle "gürültülü" sinyal çıkışı sonuçlanan vericide diferansiyel amplifikatör doğru çalışmasını önleyecektir hayvanın beyni. Genellikle cerrahi sonrası, kaliteli sinyalleri kafatasındaki çapak delik çevreleyen nedeniyle ödem kadar 48 saat boyunca tehlikeye girebilir. Ödem azalır gibi, sinyaller genellikle geliştirmek. Bu Burr deliği yapmadan kafatasının yüzeyine elektrotlar yerleştirilmesi ile önlenebilir. Bu sürecin sonuçları, siyanoakrilat ile kaplamak elektrotlar potansiyeli artmış yüksek frekanslı aktivite azalır nedeniyle kafatası kemik düşük geçmesi elektrik özellikleriyle ve potansiyel elektriksel sinyalleri ortak referans / zemin oluşturma gürültü izole etmek vardır. Elektrotların Practicing doğru yerleştirme fare veya sıçan kafatası kalınlığı taklit ahşap veya kaplama ince bir parça ile yapılabilir. Bu yazıda sunulan sonuçlar nereye göstermektedirkablosuz telemetri teknolojisi kullanılarak elde edilebilir kayıtların ğı.
Burada tarif edilen yöntem kullanılarak cerrahi implantasyon cerrahisi karmaşıklığına bağlı olarak, kadar az 10 dakika sürebilir. Böyle hipokampusun CA1 bölgesi olarak derin beyin yapıları, cerrahi erişim için bir stereotaksik çerçeveye monte edilmiş bir micromanipulator verici takmak için en iyisidir. mikromanipülatör fare ve sıçan 29 30 beyin atlas yayınlanan stereotaksik koordinatlarına göre vericiyi implant doğruluğu cerraha sağlayacaktır. Bu sadece siyanoakrilat ile vericiye hipodermik iğne bir boru parça teyel ve mikromanipülatör hipodermik iğne montajı yapılabilir. Önce cilt kapalı dikilmesi için kafatasına verici monte ederken x, y ve z koordinatları mikromanipülatör kontrolü, ek stabilite sağlayacaktır. pe etrafında kemik vidaları eklenmesiVericinin rimeter gerekli olmasa da, kafatasına verici çapa yardımcı olabilir. Kemik vidaları örneğin lityum-pilokarpin-uygulanan erişkin sıçan gibi nöbetler ve epilepsi belirli hayvan modellerinde, Bununla birlikte, etkili olabilir. Bu hayvanlar nöbet sırasında vericiyi zarar verebilir yoğun motor aktivite ile spontan çırpınma nöbetleri sahip olma eğilimindedir. Ek karmaşıklığı Bu deneylerde eklenebilir. Örneğin, verici şekilde kontrol kortikal darbe 31 gibi travmatik beyin hasarı, birçok farklı modelleri ile uyumludur. Verici aygıtın dayanıklılığı hayvan barınağında onlan sonra P7 vericiler hayvanlara implante ve test edilmiştir. 12 ay sonra, implantların çoğu kafatası üzerinde sağlam kaldı. Hayvanlar öldürüldü zaman kafatasları normal çıktı ve verici ayıklamak için önemli bir güç gerektiren, kafatası kemik gömülü edildi. Zaman derin beyin yapıları özenokudu vardır; Beyin büyür ve elektrotlar sabit kalması olarak, elektrotların son pozisyon değiştirmek beklenir. Burada tarif edilen teknikler için, elektrotlar genellikle orijinal pozisyonlarında kalır elektrotlar kafatası ve beyin hem de büyümeye izin dura, yukarıda ve konumlandırılmış edildi. Verici nasıl kullanılacağını uzun sınırlayıcı faktör pil boyutu (yani pil bitene kadar).
Verici konut (verici sert epoksi gömülü yani) bir kendi kendine yeten monolitik tasarım baraj ve littermates ile muhafaza olgunlaşmamış yavrular ile kullanmak için oldukça rahat. Genellikle, ko-konut baraj implante donanım veya yavruların markada imha kablolu bariyerler sonuçları ile hayvan implante. Vericinin düzgün duvarlı şekil neredeyse hiçbir donanım hatası veya markada nedeniyle yavruların kaybı ile implantasyonu için izin verir.
<p class = "jove_content"> Bu sistemde düşük güç kapasitif çiftli iletim şeması gibi sıcaklık kontrollü bir inkübatör içinde yerleştirilmesi gibi ya da örneğin pletismografi odaları gibi deneysel cihazları ile kullanılmak için bir çok farklı deneysel senaryolarda kullanım için de çok uygundur. Aynı şekilde, alıcı anten şekli "sürücü" (kapasitif çift verici olarak sadece birkaç santim gerekir böyle vericinin yüksek T-maze.The aralığı gibi birçok farklı davranış ortamlarda sığacak şekilde manipüle edilebilir Alıcı anten) ve hayvan dayanan standart kemirgen caging veya alıcı anten yüzey alanı kapsadığı uygun kafese yerleştirilmiştir edilecek. hayvanın vücut başka bir kutup olarak hareket ise vericinin bir elektrik alanının bir kutbu olarak görev yapar. alan bazı yönelimler gibi 90 ° alıcı anten ile-üzerinden-faz sonuçlanan alıcı anteni sürücü başarısız olur böyle bir "terk". Bu oldukça nadir görülen bir durumdur. Bu teknoloji ile gelecekte çalışma yatılı maliyetleri azaltmak ve sosyal etkileşim sağlayacak aynı kafeste birden hayvanlardan kayıt sağlayacaktır. Ek gelişmeler sıcaklık ve elektromiyogram dahil kanallarının sayısını artırarak içerecektir. Cihazın mevcut tasarımı hızlı dalgalanmalar veya yüksek frekanslı salınımlar kaydı için uygun değildir, klasik EEG bantlarının, bir recoding için optimize edilmiş bir bant genişliği sağlar. Gelecekte, cihaz sinyal yüksek frekans bileşenlerini kaydetmek için modifiye ancak pil ömrü pahasına yapılabilir. Dönüştürücüler Farklı türleri, kan basıncını ve basınç-hacim ve istenen beyin yapılarının stereotaktik koordinatlarına göre kullanıcı tarafından belirtilen boyutlara verici elektrot düzenlemenin bile inşaat içerecektir.The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma Ulusal Nörolojik Bozukluklar Enstitüsü ve İnme R43 / R44 NS064661 aracılığıyla finanse edildi.
Sterile Surgical Gloves | Protective Industrial Products | 100-3201 PF | Power Free Sterile Latex Surgical Glove |
Scalpel Handle | FST | 10003-12 | |
Scalpel Blade #15 | FST | 10015-00 | |
Fine Scissors | FST | 14090-09 | |
Burr tool | Ram Products, Inc. | Microtorque II | |
Fine burr | FST | 19007-07 | |
Aneurism clip | ROBOZ | RS-5422 | |
Toothed Forceps | FST | 11022-14 | |
Cotton-Tipped applicators | McKesson | 24-103 | |
Needle Driver | WPI | 521725 | Olsen-Hegar Needle Holder |
Cyanoacrylate gel | Henkel | Loctite 4541 | |
Cyanoacrylate accelerant | Henkel | Loctite 7452 | |
Suture | Ethicon | Vicryl RB-1 J304 | |
Elecrocautery disposable | Bovie | AA01 | Fine Tip |
Surgical Tray | FST | 20311-21 | |
Epitel Receiver Base | Epitel Inc | N/A | |
Epitel wireless transmitter | Epitel Inc | N/A | |
Biopac digitizer | Biopac | MP-150 | |
PC-compatible computer |