2022年6月29日
杏仁核在颞叶癫痫的发生和传播中起着关键作用,该癫痫起源于此结构并由此扩散。本文详细描述了兼具记录和刺激功能的深部脑电极的制备方法,并介绍了一种起源于杏仁核的内侧颞叶癫痫模型。
本方案提出了一种以杏仁核为起源的癫痫模型。该模型为研究内侧颞叶结构奠定了基础,可被视为本实验的理论依据。
由于该方案成本较低且效率高,因此可在大多数实验室快速开展。演示该实验操作的是本实验室的研究生Yongchang Lu。首先准备预先制备好的组件,包括长度为2厘米、涂有聚四氟乙烯的钨丝,其线径为76.2 µm。
取一段长度相同的直径为127微米的银丝,以及一组2×2规格的绳状插针。使用打火机灼烧每根钨丝的一端,以去除五毫米长的绝缘涂层。剥离一段超细多股导线的绝缘层。
从底部开始向上端解开,直至颜色变深并继续延伸至顶端。通过夹住一端并轻轻扭转另一端,将这种超细金属丝与钨丝结合,使两种材料易于相互缠绕。轻轻拉拽以确保金属丝紧密缠绕,并剪去多余的超细金属丝。
在整个过程中尽量保持钨丝笔直。将绳状引脚固定在焊接台的夹具上,引脚较长的一端朝外。用注射器针头取适量焊膏,并将其涂抹到引脚上。
将焊接烙铁加热至 320 摄氏度。用烙铁尖端熔化并涂抹一些无铅锡丝。将钨丝的上端与绳状针的一根针重叠,并利用烙铁上的焊料将钨丝焊接到针上。
以相同方式将另一根钨丝和另一根银丝焊接至绳状针脚,使每根导线对应一根针。剪取两段略长于钨丝上端的热缩管,套在两根钨丝的焊点上,确保导电部分完全被热缩管覆盖,从而使两根钨丝的电路不会串联在一起。
将电极从焊接台夹具上取下,并用大钳子轻轻夹住电极,因为在加热热缩管时电极易变形。使用导热性能良好的夹具,并稍加用力夹紧。打开通风装置并加热,直至温度达到320摄氏度。
用热风枪吹热缩管数秒钟,直至其收缩紧固。使用热熔胶加固电极。捏住两根钨丝,将其相互绞合,但保持末端彼此分离。
将扭曲的钨丝剪至约10毫米长,使末端间距不超过0.5毫米。使用万用表检测电极:将万用表的一个表笔接触绳状引脚未焊接的一端,轻轻将钨丝或银丝的末端接触另一个表笔,检查电路是否通畅。
确保线路不要串联。将每根导线末端的绝缘外皮剥离五毫米,以露出内部的金属导线。在每根起始导线上套入一段热缩管。
将每根导线与脑电图设备连接器插头焊接。使用热风收缩热缩管。在每个转子导线上加一段热缩管。
将红色和橙色电线的导电部分拧在一起,并焊接至接头和接线端子,以适配绳状插脚。将另外两根电线分别焊接在接线端子的每个接头上。称量小鼠的体重。
当小鼠完全麻醉后,用剃刀剃除从眼睛到耳朵区域的毛发。将小鼠固定在立体定位仪上,将上门齿放入门齿杆中,并将双侧耳棒以相同的深度插入耳朵中。
涂抹红霉素眼膏以防止手术期间因强光照射导致的眼睛干燥和失明。使用碘伏和75%酒精交替擦拭,至少对手术区域进行三次消毒。作纵向切口以充分暴露手术区域,或作三角形切口,只要能暴露前囟和后囟以及电极植入位置即可。
将一小块棉花揉成球状,用3%过氧化氢润湿。用棉球轻轻擦拭暴露的颅骨区域,去除附着的软组织,直至观察到前囟和后囟。调整前部和后部高度,使前囟和后囟处于水平位置。
以前囟的位置作为坐标轴的原点。将不锈钢螺钉固定于左侧小脑颅骨处。根据前囟确定杏仁核点燃的坐标,并调整立体定位仪以定位该位置,做好标记。
使用直径为0.5毫米的颅骨钻头在标记位置钻孔。将电极固定在立体定位仪的定位杆上。将电极垂直置于孔上方,并缓慢下降至负4.9毫米位置。
将银丝在螺丝上缠绕三圈,操作时注意不要晃动电极主体。混合牙科水泥,并轻轻涂抹于电极和颅骨表面。
当牙科水泥硬化后,修整其外部,直至包埋固定电极的水泥呈圆锥形。然后将电极从立体定位仪上松开。取出小鼠并放回笼中。
将其与其他小鼠分开放置。将小鼠放入一个定制的盒子中,盒内有滑环电缆连接小鼠头部的电极和脑电图(EEG)设备。将电缆从盒盖上的孔中穿过,并调整盒内电缆的长度,以允许小鼠自由活动。
打开脑电图设备并确保其正常工作。将刺激器参数设置为在10次刺激周期中,以60赫兹频率、持续1秒的串脉冲,输出持续时间为1毫秒的单相方波脉冲。首次刺激的电流强度从50微安开始。
监测脑电图(EEG)中是否出现以高频尖波为特征的发作后放电。若未观察到发作后放电,则在下一次刺激时增加25微安电流,并每10分钟重复此过程,直至观察到持续至少五秒的发作后放电为止。以确定的电流强度每15分钟对小鼠进行一次刺激,每日刺激次数不超过20次。
监测动物对刺激的行为反应。对六只健康的成年雄性C57黑6小鼠进行了电极植入手术,并在术后两周开始进行电刺激。随着刺激次数的增加,行为性癫痫发作程度逐渐加重,并记录达到完全点燃所需的刺激次数。
放电后的脑电图持续时间为5到15秒。随后,颅内自发性放电增强,并开始出现行为学症状。癫痫发作持续时间通常少于一分钟,这降低了因严重抽搐导致呼吸暂停而引发的死亡风险。
完全点燃后两小时,通过免疫组织化学法检测脑组织中 c-Fos 的表达。结果显示,同侧杏仁核中 c-Fos 的表达显著增加,验证了该模型的可行性。钨丝末端的间距不应超过半毫米,否则将无法穿过脑部小孔。
电极的长度不应过长,否则会影响小鼠的活动能力。
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本研究通过介绍一种可进行记录和刺激的深部脑电极制备方案,探讨了杏仁核在颞叶癫痫中的作用。该研究建立了起源于杏仁核的内侧颞叶癫痫模型,为进一步研究相关脑结构提供了可能。
颞叶癫痫的可靠体内模型对于中枢神经系统药物研发中的靶点验证和作用机制去风险化至关重要。本研究所描述的双极电极方案可实现起源于杏仁核的癫痫发作的可重复诱导与监测,支持从早期发现到临床前评价的转化连续性。该方法可提高抗癫痫发生药物研发及癫痫回路机制研究的预测可靠性。
该方案将杏仁核点燃模型定位为中枢神经系统研究项目从早期发现到临床前候选药物评价的基础性工具。