動物運動軌跡在測量治療嚙齒類動物癲癇的應用
什么是癲癇？
癲癇是一種疾病（實際上是一組疾病），患者的大腦中會出現大量同步放電，即癲癇發作。癲癇發作通常會引起痙攣性肌肉收縮，從而導致事故、骨折和舌頭被咬。
有時癲癇發作會導致患者意識水平下降，這些通常會持續大約10秒，但也有可能會更長。癲癇的病因多種多樣，包括遺傳（通常發生在年輕人身上）、腦外傷和中風（通常發生于老年人身上）。
血腦屏障
全世界有五千多萬人患有癲癇。盡管有效的藥物可以幫助大多數癲癇患者，但大約30%的患者無法通過現有藥物獲得幫助。其中一個原因是大腦有一種叫做血腦屏障（BBB）的機制來保護它。
血腦屏障是一層細胞壁，它選擇性地阻止血液中的細菌、病毒和化學物質進入中樞神經系統（大腦和脊髓）。氧氣和激素等化學物質可以通過屏障或被主動輸送，例如作為大腦“燃料”的葡萄糖。
血腦屏障是保護大腦的強大機制，但它也確實導致了原本應該緩解癲癇等疾病的藥物被阻止或限制進入大腦。如果給予更高劑量的藥物攝入，通過足夠多的藥物來幫助患者，這又可能會對身體的其他器官造成各種負面影響。
直接注入大腦
另一種選擇是將藥物直接注射到大腦中。具體來說，它們可以注射到腦室的腦脊液中（腦室內給藥）。腦室在大腦中產生腦脊液。腦脊液是脊椎動物大腦和脊髓中的一種透明液體，提供機械和免疫保護。
然而，直到最近，還不知道這種靜脈注射是否有效。德國基爾大學的Anna Sophia Buschhoff和她的同事[1]使用一種特殊的大鼠進行了研究，這種大鼠具有癲癇發作的遺傳傾向：來自斯特拉斯堡的遺傳缺失癲癇大鼠（GAERS）。
使用鼠類家居行為活動觀測箱測量
研究人員將一根聚乙烯管植入大鼠的一個腦室（靜脈插管），并向其注射乙磺酰亞胺（ETX）。ETX是一種廣泛用于治療癲癇患者以減少癲癇發作的藥物。他們通過在曠場觀察大鼠來監測是否有任何異常行為（或沒有觀察到這種行為），并測量大鼠大腦的電活動（EEG）以監測棘波放電（導致癲癇發作的電活動）。
說起來容易做起來難，腦電圖頭需要通過電纜連接到記錄設備，但大鼠也需要有運動自由，這樣它們才能正常活動。這個問題是通過使用諾達思的鼠類家居行為活動觀測箱(PhenoTyper)解決的。鼠類家居行為活動觀測箱是一種儀器籠，可以方便地測量實驗室大鼠和小鼠的行為，它也可以將電纜連接到旋轉接頭上，使大鼠可以自由移動。在這種情況下，它是一個帶有平衡臂的電動旋轉裝置，這樣老鼠的頭部也可以上下移動。
大鼠的行為同時使用動物運動軌跡跟蹤系統(EthoVision XT)進行監測。將效果與靜脈注射和尾靜脈注射以及各種不同劑量（包括不含ETX的對照）進行比較。
大腦直接注射可減少癲癇發作
數據結果顯示，在通過尾靜脈注射ETX的大鼠中，棘波放電沒有減少。然而，在大腦中靜脈注射ETX的大鼠中，即使在低劑量下，刺突波和癲癇發作也會大大減少，抽搐也會減少。
治療人類癲癇
當然，對于人類患者來說，通過套管將藥物注射到大腦中并不是一個很有吸引力的方法。然而，目前正在研究一些更好的可能性：
這些藥物可以與一種分子結合，這種分子可以通過血腦屏障。藥物也可以用來增加血腦屏障的通透性（盡管這是一個危險的過程，只能在可控的情況下進行）。最有希望的途徑是將藥物附著在涂層納米顆粒上，從而穿過血腦屏障[2]。
對于數以百萬計的癲癇患者中的一些人來說，這些創新可能會對他們未來的生活產生巨大的影響。
參考文獻
1. Anna-Sophia Buschhoff, Regina Scherließ, Johanne G. de Mooij-van Malsen, Thomas Schiffelholz, Ulrich Stephani, Peer Wulff, (2022). Intrathecal application of ethosuximide is highly efficient in suppressing seizures in a genetic model of absence epilepsy. Epilepsy Research 184, 106967.
癲癇是一種疾病（實際上是一組疾病），患者的大腦中會出現大量同步放電，即癲癇發作。癲癇發作通常會引起痙攣性肌肉收縮，從而導致事故、骨折和舌頭被咬。
有時癲癇發作會導致患者意識水平下降，這些通常會持續大約10秒，但也有可能會更長。癲癇的病因多種多樣，包括遺傳（通常發生在年輕人身上）、腦外傷和中風（通常發生于老年人身上）。
血腦屏障
全世界有五千多萬人患有癲癇。盡管有效的藥物可以幫助大多數癲癇患者，但大約30%的患者無法通過現有藥物獲得幫助。其中一個原因是大腦有一種叫做血腦屏障（BBB）的機制來保護它。
血腦屏障是一層細胞壁，它選擇性地阻止血液中的細菌、病毒和化學物質進入中樞神經系統（大腦和脊髓）。氧氣和激素等化學物質可以通過屏障或被主動輸送，例如作為大腦“燃料”的葡萄糖。
血腦屏障是保護大腦的強大機制，但它也確實導致了原本應該緩解癲癇等疾病的藥物被阻止或限制進入大腦。如果給予更高劑量的藥物攝入，通過足夠多的藥物來幫助患者，這又可能會對身體的其他器官造成各種負面影響。
血腦屏障功能圖
直接注入大腦
另一種選擇是將藥物直接注射到大腦中。具體來說，它們可以注射到腦室的腦脊液中（腦室內給藥）。腦室在大腦中產生腦脊液。腦脊液是脊椎動物大腦和脊髓中的一種透明液體，提供機械和免疫保護。
然而，直到最近，還不知道這種靜脈注射是否有效。德國基爾大學的Anna Sophia Buschhoff和她的同事[1]使用一種特殊的大鼠進行了研究，這種大鼠具有癲癇發作的遺傳傾向：來自斯特拉斯堡的遺傳缺失癲癇大鼠（GAERS）。
使用鼠類家居行為活動觀測箱測量
研究人員將一根聚乙烯管植入大鼠的一個腦室（靜脈插管），并向其注射乙磺酰亞胺（ETX）。ETX是一種廣泛用于治療癲癇患者以減少癲癇發作的藥物。他們通過在曠場觀察大鼠來監測是否有任何異常行為（或沒有觀察到這種行為），并測量大鼠大腦的電活動（EEG）以監測棘波放電（導致癲癇發作的電活動）。
說起來容易做起來難，腦電圖頭需要通過電纜連接到記錄設備，但大鼠也需要有運動自由，這樣它們才能正常活動。這個問題是通過使用諾達思的鼠類家居行為活動觀測箱(PhenoTyper)解決的。鼠類家居行為活動觀測箱是一種儀器籠，可以方便地測量實驗室大鼠和小鼠的行為，它也可以將電纜連接到旋轉接頭上，使大鼠可以自由移動。在這種情況下，它是一個帶有平衡臂的電動旋轉裝置，這樣老鼠的頭部也可以上下移動。
大鼠的行為同時使用動物運動軌跡跟蹤系統(EthoVision XT)進行監測。將效果與靜脈注射和尾靜脈注射以及各種不同劑量（包括不含ETX的對照）進行比較。
大腦直接注射可減少癲癇發作
數據結果顯示，在通過尾靜脈注射ETX的大鼠中，棘波放電沒有減少。然而，在大腦中靜脈注射ETX的大鼠中，即使在低劑量下，刺突波和癲癇發作也會大大減少，抽搐也會減少。
治療人類癲癇
當然，對于人類患者來說，通過套管將藥物注射到大腦中并不是一個很有吸引力的方法。然而，目前正在研究一些更好的可能性：
這些藥物可以與一種分子結合，這種分子可以通過血腦屏障。藥物也可以用來增加血腦屏障的通透性（盡管這是一個危險的過程，只能在可控的情況下進行）。最有希望的途徑是將藥物附著在涂層納米顆粒上，從而穿過血腦屏障[2]。
對于數以百萬計的癲癇患者中的一些人來說，這些創新可能會對他們未來的生活產生巨大的影響。
參考文獻
1. Anna-Sophia Buschhoff, Regina Scherließ, Johanne G. de Mooij-van Malsen, Thomas Schiffelholz, Ulrich Stephani, Peer Wulff, (2022). Intrathecal application of ethosuximide is highly efficient in suppressing seizures in a genetic model of absence epilepsy. Epilepsy Research 184, 106967.
2. Dadparvar, M., Wagner, S., Wien, S., Kufleitner, J., Worek, F., von Briesen, H., & Kreuter, J. (2011). HI 6 human serum albumin nanoparticles—Development and transport over an in vitro blood–brain barrier model. Toxicology Letters, 206(1), 60-66.
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