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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.17.2021.tde-09092021-093822
Document
Author
Full name
Samuel Amorin Grisote
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2021
Supervisor
Committee
Cairasco, Norberto Garcia (President)
Calcagnotto, Maria Elisa
Santos, José Eduardo Peixoto
Title in Portuguese
Um estudo comparativo de neurodegeneração em dois modelos experimentais de Status Epilepticus: ácido caínico e pilocarpina
Keywords in Portuguese
Ácido caínico
Epilepsia
Neurodegeneração
Pilocarpina
Status epilepticus
Abstract in Portuguese
A epilepsia do lobo temporal (ELT), uma das formas mais comuns de epilepsia, afeta 1% da população mundial. Aproximadamente 30% desses pacientes têm a característica de serem refratários, sem remissão, mesmo com tratamentos. A ELT é caracterizada por hiperexcitabilidade e hipersincronia neuronal crônica, principalmente por crises espontâneas iniciadas no lobo temporal mesial, em particular no hipocampo, as quais podem ser secundariamente generalizadas. A administração sistêmica de ácido caínico (AC) e pilocarpina (PILO) tem sido amplamente utilizada para estudar Status Epilepticus (SE), evento grave que constitui o chamado insulto inicial, e que pode levar a manifestações como as da ELT. Após o insulto inicial segue o período de latência, quando ocorre o processo de epileptogênese e crises recorrentes espontâneas (CRE). Embora ambos os modelos possam exibir neurodegeneração, os mecanismos responsáveis por esse evento podem diferir em sua patologia. Métodos: Foram utilizados ratos Wistar adultos machos (250-280 g), procedentes do Biotério principal do Campus de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo, os quais receberam injeção intraperitoneal única de PILO (320 mg/kg) ou KA (9 mg/ g). Metil-escopolamina foi injetada 30 min (1 mg/kg, i.p) antes da injeção de PILO para minimizar os efeitos periféricos colinérgicos. Os animais foram tratados com Diazepam (10 mg/kg, i.p) 90 min após o início do SE. Em seguida, 24, 48 ou 72 h após o final do SE, os animais foram perfundidos com PBS 0,1 M gelado e solução de paraformaldeído a 4% em PBS. Os cérebros foram removidos, congelados e cortados (30μm) em criostato. A degeneração neuronal foi detectada com a técnica amino cupro argêntica. As imagens foram adquiridas com microscópio Olympus BX-61. O número de células impregnadas de prata (Ag+) no hipocampo foi quantificado pelo software ImageJ. Protocolos aprovados pela CEUA (protocolo nº 028/2010) Resultados: A estimativa da densidade celular mostra que em PILO-SE o número de células Ag + em CA1 é semelhante a CA-SE (PILO = 48,7 ± 32,7; CA = 36,9 ± 5,3). Em CA2 de PILO-SE há mais células Ag+ do que CA-SE (PILO = 6,9 ± 0,7; CA = 0,9 ± 0,9). Resultados semelhantes foram encontrados para CA3 (PILO = 32,4 ± 5,2; CA = 10,3 ± 0,6) e GD (PILO = 61,5 ± 38,3; CA = 8,6 ± 2,8). Após 48 (PILO = 53,6 ± 0; CA = 20,4 ± 4,5) e 72 h (PILO = 54 ± 0; CA = 20,4 ± 6,2), PILO-SE mostra mais células em CA1 Ag + do que KA-SE. No entanto, às 48 h CA2, CA3 e GD mostram densidade semelhante ao tempo de 72 h para células Ag+, quando comparados os dois tipos de SE (dados não mostrados). Curiosamente, exceto para CA1, todas as regiões do hipocampo de animais PILO-SE, apresentam uma diminuição na densidade de células Ag+ ao longo dos períodos, especialmente em GD. No caso de CA1, densidades celulares semelhantes foram observadas ao longo dos períodos. Já em CA-SE, observamos densidade semelhante de células Ag+ em todas as regiões ao longo dos períodos, enquanto em CA1, a densidade de células Ag+ caiu de 24 para 48 h e permaneceu a mesma em 72 h, entretanto nenhum dos resultados apresentados possui valores estatísticos de p ≤ 0,05. Embora ambos os modelos possam exibir neurodegeneração, os mecanismos responsáveis por esse evento podem diferir em sua patologia. No cérebro de rato, o hipocampo se mostra particularmente susceptível à geração de crises induzidas por AK ou PILO e foi escolhido como o foco de nossa análise das mudanças temporais associadas à gênese das CRE. Conclusão: Embora o presente estudo teve como objetivo observar a neurodegeneração causada por PILO-SE e CA-SE às 24 h, 48 h e 72 h sobretudo no lobo temporal, não foram apenas áreas hipocampais que apresentaram neurodegeneração, mas sim uma extensa parte do encéfalo, o que traz o questionamento de se estes modelos de SE devem ser considerados seletivos de ELT. Propomos então uma revisão crítica da literatura para confirmar esta hipótese.
Title in English
A comparative study of neurodegeneration in two experimental models of Status Epilepticus: kainic acid and pilocarpine
Keywords in English
Epilepsy
Kainic acid and pilocarpine
Neurodegeneration
Status epilepticus
Abstract in English
Temporal lobe epilepsy (TLE), one of the most common forms of epilepsy, affects 1% of the world's population. Approximately 30% of these patients are refractory, without remission, even with treatments. LTE is characterized by hyperexcitability and chronic neuronal hypersynchrony, mainly by spontaneous recurrent seizures, initiated in the mesial temporal lobe, in particular in the hippocampus, that can be secondarily generalized. Kainic acid (KA) and Pilocarpine (PILO) administration have been vastly used to induce Status Epilepticus (SE) which is known as the primary insult followed by a latent period, where epileptogenesis occurs and afterwards spontaneous recurrent seizures (SRS). Methods: Adult male Wistar rats (250-280 g), from the main Vivarium of the Ribeirão Preto Campus at the University of São Paulo were used, which received a single intraperitoneal injection of PILO (320 mg/kg) or KA (9 mg/kg). Methyl-scopolamine was injected 30 min (1 mg/kg, i.p) prior to PILO injection to minimize cholinergic peripheral effects. Animals were treated with Diazepam (10 mg/kg, i.p) 90 min after the onset of SE. Then, 24, 48 or 72 h after the end of SE, animals were perfused with ice cold PBS 0.1M and 4% paraformaldehyde solution in PBS. Brains were removed, frozen, and cut (30 μm) in cryostat. Neuronal degeneration was detected with the Amino-Cupric-Silver technique. The images were acquired with an Olympus BX-61 microscope. The number of silver-impregnated (Ag+) cells in the hippocampus were quantified by the ImageJ software. Protocols were approved by CEUA (protocol nº 028/2010). Results: The cell density estimation shows that in PILO-SE the number of Ag+ cells in CA1 are like KA-SE (PILO=48.7±32.7; KA=36.9±5,3). CA2 slices from PILO-SE have more Ag+ cells than KA-SE (PILO=6.9±0.7; KA=0,9±0,9). Similar results were found for CA3 (PILO=32.4±5.2; KA=10.3±0.6) and DG (PILO=61.5±38.3; KA=8.6±2.8). After 48 h (PILO=53.6±0; KA=20.4±4.5) and 72 h (PILO=54±0; KA=20.4±6.2) the CA1 from PILO-SE showed more Ag+ cells than KA-SE. However, at 48 h CA2, CA3 and DG show similar density to the time of 72 h for Ag+ cells, when compared the two types of SE (data not shown). Interestingly, except for CA1, all hippocampal regions of PILO-SE animals, show a decrease in the density of Ag+ cells along time periods, especially in DG. In the case of CA1, similar cell densities were observed along time periods. In KA-SE, in turn, we observed similar density of Ag+ cells in all regions along time periods, whereas in CA1, the density of Ag+ cells dropped from 24 h to 48 h and remained the same in 72 h, however none of the results presented has statistical values of p ≤ 0,05. Although both models may exhibit neurodegeneration, the mechanisms responsible for this event may differ in their pathology. In the rat brain, the hippocampus is shown to be particularly susceptible to the generation of AK-induced or PILO-induced seizures and it has been chosen as the focus for our analysis of the temporal changes associated with the genesis of SRS. Conclusion: Although the present study had the aim tot observing the neurodegeneration, mainly at the temporal lobe, caused by SE-PILO and SE-KA in different time windows (24 h, 48 h and 72 h), they were not just hippocampal areas that showed neurodegeneration, but an extensive part of the brain is affected, which raises the question of whether these models of SE should be considered, selective for TLE. We, therefore, propose a critical review of the literature in order to confirm this hypothesis.
 
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Publishing Date
2021-10-04
 
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