Field-Potential Assay of Antiepileptic Drugs in the Hippocampal Slice

Authors:
  • EPErik Prins
    Erik Prins
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Abstract
Summary: The effects of nine clinically active antiepileptic drugs and the NMDA antagonist 2-amino-7-phosphonoheptanoic acid (2-APH) were examined in three models in the in vitro hippocampal slice. In the “low Mg2 +” model, removal of Mg2+ from the perfusion fluid increased excitatory neurotransmission and led to epileptogenic field potentials. In the “low Ca2 +” model, decrease of Ca2 + and increase of Mg2 + and K+ in the perfusion fluid induced spontaneous “bursts” in the absence of synaptic transmission. Paired-pulse stimulation was used to estimate the strength of recurrent inhibition in the “inhibition” model. The rank order of the potency of the compounds to antagonize the second epileptogenic population spike in the low Mg2+ model was 2-APH > pentobarbital > midazolam > phenytoin > carbamazepine > chlordiazepoxide > phenobarbital = fluraze-pam. Ethosuximide and valproate were inactive. In the low Ca2+ model, the rank order of the potency of the drugs to antagonize spontaneous epileptogenic bursts was phenytoin > carbamazepine > midazolam > pentobarbital > chlordiazepoxide > flurazepam > phenobarbital. 2-APH, ethosuximide, and valproate were inactive. Only pentobarbital was active in the inhibition model. These experiments demonstrate the potential of in vitro tests in the hippocampus to reveal profiles of anticonvulsant activity. RÉSUMÉ L'effet de 9 médicaments antiépileptiques cliniquement actifs et de l'antagoniste du NMDA, le 2-amino-7-phosphonohep-tanoate (2-APH) ont étéévalués sur 3 modéles en utilisant les coupes d'hippocampe in vitro. Dans le modéle “carencé en Mg2 +”, la suppression du Mg2+ du liquide de perfusion a augmenté la neurotransmission excitatrice et a provoqué l'appari-tion de potentiels de champ épileptique. Dans le modéle “carencé en Ca2 +”, la diminution du Ca2+ et l'augmentation du Mg2+ et du K+ dans le liquide de perfusion a induit la survenue de décharges spontanées en l'absence de transmission synap-tique. Une stimulation par pulse couplé a été utilisée pourévaluer la puissance de l'inhibition récurrente dans le modéle “d'inhibition”. L'ordre de puissance des produits dans I'inhibi-tion des pointes de la seconde population épileptogéne dans le modéle “carencé‘en Mg2 +” a Été le suivant: 2-APH > pentobarbital > midazolam > phénytoi'ne > carbamazépine > chlor-diazépoxide > phénobarbital = flurazépam. L'éthosuximide et le valproate ont été“ inefficaces. Dans le modéle” carencé en Ca2 +“, l'ordre de puissance des produits dans l'inhibition des décharges épileptiques spontanées a été le suivant: phénytoïne > carbamazÉpine > midazolam > pentobarbital > chlordiazépoxide > flurazépam > phénobarbital. Les produits suivants ont été inefficaces: 2-APH, éthosuximide, valproate. Seul le pentobarbital a été efficace dans le modéle dinhibition. Ces études montrent l'intérét des tests hippocampiques dans l'établissement du profil d'activité antiÉpileptique. RESUMEN En tres modelos de rodajas de hipocampo, estudiadas in vitro, se han examinado los efectos de 9 medicaciones antiepilépticas activas y del antagonista del NMDA, el ácido 2-amino-7-fosfono-heptanoico (2-APH). En el modelo con “bajo Mg2 +” la eliminación del Mg2+ del líquido de perfusión aumentó la neurotrans-misión excitatoria y se produjeron potenciales de campo epilep-togénicos. En el modelo “bajo Ca2+” la reducción del Ca2+ y el incremento del Mg2+ y K+ produjeron “brotes espontáneos” en ausencia de transmisión sináptica. Se utilizeó la estimulación por parejas de pulsos para estimar la fuerza de la inhibición recur-rente en el modelo de “inhibición”. El orden, según la potencia de los fármacos para angatonizar la segunda población de puntas epileptogénicas en el modelo de “bajo Mg2 +”, fue: 2-APH > Pentobarbital > Midazolam > Fenitoina > Carbamazepina > Clordiazepóxido > Fenobarbital = Fluracepam. La Etosuxim-ida y el Valproato no mostraron actividad. En el modelo “bajo Ca2 +” el orden, según la potencia de las drogas para antagonizar los brote epileptogésnicos espontÁneos, fue: Fenitoina > Carbamazepina > Midazolam > Pentobarbital > Clordiazepóxido > Flurazepam > Fenobarbital. La 2-APH, la Etosuximida y el Valproato fueron inactivos. Solamente el Fenobarbital fue activo en el modelo de “inhibición”. Estos experimentos demuestran el potencial de los tests in vitro en el hipocampo para revelar per-files de actividad anticonvulsiva. ZUSAMMENFASSUNG Die Wirkung von 9 klinischen Antikonvulsiva und dem NMDA-Antagonisten 2-APH wurde in 3 Modellen des in vitro Hippokampus-Schnittpräparates untersucht. Im “niedrig-Mg2+”–Modell führt die Herausnahme von Magnesium aus der Perfusionslösung zu einer erhöhten exzitatorischen Neurotransmission und zu epileptogenen Feldpotentialen. In dem “niedrig Ca2 +”–Modell führt eine Minderung von Kalzium und Er-hohung von Magnesium und Kalium in der Perfusionslösung zu spontanen Entladungen (bursts) bei Abwesenheit von synapti-scher übertragung. Durch Stimulation mit Paar-Pulsen kann die Stärke der rekurrenten Inhibition im “Inhibitionsmodell” abge-schätzt werden. Die Rangordnung der Fähigkeiten der einzelnen Substanzen, den zweiten epileptogenen Populations-Spike im “niedrig-Mg2 +”–Modell zu antagonisieren, ist 2-APH > Pentobarbital > Midalozam > Phenytoin > Carbamazepin > Chlor-diazepoxyd > Phenobarbital = Flurazepam. Ethosuximid und Valproat waren unwirksam. Im “niedrig Ca2 +”–Modell ist die Rangordnung der Gegenwirkung auf die spontan epileptogenen Entladungen: Phenytoin > Carbamazepine > Midazolam > Pentobarbital > Chlordiazepoxyd > Flurazepam > Phenobarbital. 2-APH, Ethosuximid und Valproat waren unwirksam. Im “Inhibitions”–Modell war lediglich Pentobarbital wirksam. Die Ex-perimente zeigen die Wirksamkeit von in vitro Tests im Hip-pokampus, antikonvulsive Aktivitätsprofile zu erstellen.

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