Epileptogênese e oscilações corticais e talâmicas in vitro durante o desenvolvimento no modelo animal de duplo insulto : WAR com malformação cortical

Abstract

As malformações do desenvolvimento cortical (MDC) são um grupo de desordens que são caracterizadas por alterações estruturais e funcionais do desenvolvimento do córtex cerebral levando à reorganização das redes neurais que contribui para o alto potencial epileptogênico. Para o estudo das MDC, um dos modelos animais utilizado é o modelo de criolesão (freeze-lesion- FL), que consiste em induzir uma lesão cortical na área somatossensorial por congelamento em animais recém-nascidos, levando a formação de microgiria cortical focal. Nesse modelo, apesar da indução da reorganização da rede neural e hiperexcitabilidade local, os animais apresentam raras crises epilépticas. Entretanto, ao associar o modelo de criolesão a um modelo de susceptibilidade a crises epilépticas audiogênicas (linhagem Wistar Audiogenic Rat - WAR) há um maior potencial dos animais em desenvolver crises epilépticas espontâneas. Este modelo de duplo insulto permite estudar o processo de epileptogênese primária e secundária e a dinâmica das oscilações cerebrais durante o desenvolvimento. Assim, o objetivo é avaliar as oscilações interictais corticais e talâmicas e a atividade epileptiforme in vitro com indução da hiperexcitabilidade com 4-aminopiridina (4-AP) + 0 Mg2+ no modelo animal de duplo insulto WAR-MDC ao longo do desenvolvimento. Para isso, foi induzida microgiria por meio da criolesão no córtex somatossensorial do hemisfério cerebral direito em filhotes de ambos os sexos (P0) de ratos Wistar (Wistar-FL) e WAR (WAR-FL). Os animais Sham (Wistar-Sham e WAR-Sham) foram submetidos ao mesmo procedimento, porém sem a criolesão. Os registros extracelulares in vitro foram realizados nos diferentes grupos (Wistar-Sham, Wistar-FL, WAR-Sham e WAR-FL), nos hemisférios direito e esquerdo e em dois tempos distintos: P20 a P25 (idade 1= ID1, início da adolescência) e P35 a P45 (idade 2= ID2, adulto jovem). Os eletrodos foram posicionados na camada 4 do córtex somatossensorial e no tálamo - núcleo ventral póstero-medial (VPM) para registro eletrofisiológico extracelular simultâneo. A fim de aumentar a excitabilidade neuronal, cada fatia cerebral foi perfundida com uma solução de LCRAr modificada com 0 Mg2+ e adição de 4-AP 100μM. Foram feitas as análises de frequência interictal, ictal, duração dos eventos ictais e análise da densidade espectral de potência (PSD – do inglês power spectral density) das oscilações corticais e talâmicas registradas in vitro. Os principais achados mostram mudanças no padrão de atividade epileptiforme e nas oscilações corticais e talâmicas in vitro durante o período da adolescência e o início da idade adulta no modelo animal de duplo insulto e nos animais WAR. Apesar da diminuição da atividade epileptiforme in vitro no modelo de duplo-insulto ser semelhante aos demais animais, o aumento detectado da potência das oscilações de alta frequência talâmicas no decorrer do desenvolvimento neste modelo pode ser um indicador de uma reorganização patológica da rede neuronal que contribui para a hiperexcitabilidade. Estes achados sugerem que o modelo do duplo insulto pode ser muito útil para estudo da dinâmica das oscilações cerebrais, da susceptibilidade à atividade epileptiforme e dos mecanismos de epileptogênese durante o desenvolvimento.

Developmental cortical malformations (DCM) are characterized by structural and functional developmental changes in the cerebral cortex leading to reorganization of neural networks that contributes to epileptogenesis. One of the animal models of DCM is the freeze-lesion model (FL), which consists of a cortical lesion in the somatosensory area are induced by freezing in newborn animals that leads to a cortical microgyria. Despite the induction of neural network reorganization and local hyperexcitability, the occurrence of seizure in these animals is rare. However, by performing the freeze-lesion in rats susceptible to audiogenic seizures (Wistar Audiogenic Rat - WAR strain) increases the chance of animals to develop spontaneous epileptic seizures. This double-hit model allows to study not only the epileptogenesis process but also the dynamics of brain oscillations during development. We aim to evaluate cortical and thalamic interictal oscillations and epileptiform activity in brain slices induced by 4-aminopyridine (4-AP) + 0 Mg2+ in the double-hit animal model WAR-MDC throughout development. Experimental microgyria in the right hemisphere somatosensory cortex were induced through freeze-lesion in neonates of both sexes (P0) of Wistar (Wistar-FL) and WAR (WAR-FL) rats. The Sham animals (Wistar-Sham e WAR-Sham) underwent to the same procedure without the freeze lesion. In vitro extracellular recordings were performed in all groups (Wistar-Sham, Wistar-FL, WAR-Sham and WAR-FL), in the right and left hemispheres at two different periods: P20 to P25 (age 1= ID1, early adolescence) and P35 to P45 (age 2= ID2, young adult). The electrodes were placed in the layer 4 of the somatosensory cortex and in the thalamus – ventral posteromedial nucleous - VPN and for simultaneous extracellular field potential recordings. In order to increase neuronal excitability, each brain slice was perfused with a modified LCRAr solution with 0 Mg2+ and addition of 100μM of 4-AP. Analyses of frequency of interictal and ictal events and duration of ictal events were performed. The power spectral density (PSD) analysis of cortical and thalamic oscillations recorded in vitro was also performed. The main findings were changes in the epileptiform activity pattern and cortical and thalamic oscillations in vitro during the period of adolescence and early adulthood in the double-hit model and in WAR animals. Although in the epileptiform activity in vitro in the double-hit model decreased as the other animals, the increased power of thalamic high-frequency oscillations over the course of development detected in this model could be an indicator of a pathological reorganization of the neuronal network contributing to the hyperexcitability. These findings suggest that the double-hit model may be useful to study the dynamics of brain oscillations, susceptibility to epileptiform activity and mechanisms of epileptogenesis during development.