Response Characteristics to Pentylenetetrazol Administration in Rats with the Lithium-Pilocarpine Model of Temporal Lobe Epilepsy

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Epilepsy is a severe neurological disorder, with approximately 30% of patients being therapy-resistant. The lithium-pilocarpine model of temporal lobe epilepsy (TLE) in rats reproduces key features of the disease, but long-term monitoring of spontaneous seizures is labor-intensive, necessitating the search for additional biomarkers of epileptogenesis. In clinical practice, EEG–particularly the analysis of interictal epileptiform patterns – plays a crucial role in epilepsy diagnosis. Provocative tests (sleep deprivation, photic stimulation, etc.) enhance the detection of pathological patterns. In experimental settings, a similar effect can be achieved using low doses of convulsants, such as pentylenetetrazol (PTZ), though such methods are rarely employed. The aim of this study was to investigate the effect of low-dose PTZ on epileptiform activity in the lithium-pilocarpine TLE model in rats and compare this method with maximal electroshock (MES) testing. The TLE model was induced in male Wistar rats (experimental group: pilocarpine after LiCl; control group: saline). Six months later, after the development of spontaneous recurrent seizures, EEG electrodes were implanted on the skull surface. EEG recordings were performed in two stages: baseline and after PTZ administration (40 mg/kg). Three weeks later, seizure susceptibility was assessed using MES. The results showed that baseline EEG recordings revealed no differences between the groups. However, after PTZ administration, a clear distinction was observed: Control rats exhibited regular bursts of high-amplitude sharp waves (4–8 Hz). Epileptic model rats predominantly displayed interictal spikes and spike-wave complexes. In contrast, MES testing showed no differences in threshold currents required to induce hindlimb extension between control and experimental rats. Thus, the provocative test using low-dose PTZ is a highly sensitive method for detecting epileptiform activity in the TLE model, surpassing MES in informativeness. These findings support the potential of this approach for preclinical research.

About the authors

M. R. Subkhankulov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

St. Petersburg, Russia

O. E. Zubareva

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: ZubarevaOE@mail.ru
St. Petersburg, Russia

References

  1. Chen Z, Brodie MJ, Ding D, Kwan P (2023) Editorial: Epidemiology of epilepsy and seizures. Front Epidemiol 3. https://doi.org/10.3389/fepid.2023.1273163
  2. Ahmed Juvale II, Che Has AT (2020) The evolution of the pilocarpine animal model of status epilepticus. Heliyon 6: e04557. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04557
  3. Kleen JK, Scott RC, Holmes GL, Lenck-Santini PP (2010) Hippocampal interictal spikes disrupt cognition in rats. Ann Neurol 67: 250–257. https://doi.org/10.1002/ana.21896
  4. Chen H, Koubeissi MZ (2019) Electroencephalography in Epilepsy Evaluation. Continuum (Minneap Minn) 25: 431–453. https://doi.org/10.1212/CON.0000000000000705
  5. Giorgi FS, Perini D, Maestri M, Guida M, Pizzanelli C, Caserta A, Iudice A, Bonanni E (2013) Usefulness of a simple sleep-deprived EEG protocol for epilepsy diagnosis in de novo subjects. Clin Neurophysiol 124: 2101–2107. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2013.04.342
  6. Drexel M, Sperk G (2022) Seizure-induced overexpression of NPY induces epileptic tolerance in a mouse model of spontaneous recurrent seizures. Front Mol Neurosci 15: 974784. https://doi.org/10.3389/fnmol.2022.974784
  7. Arski ON, Young JM, Smith M-L, Ibrahim GM (2021) The Oscillatory Basis of Working Memory Function and Dysfunction in Epilepsy. Front Hum Neurosci 14: 612024. https://doi.org/10.3389/fnhum.2020.612024
  8. Holmes GL, Lenck-Santini P-P (2006) Role of interictal epileptiform abnormalities in cognitive impairment. Epilepsy & Behavior 8: 504–515. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2005.11.014
  9. Behr C, Lévesque M, Ragsdale D, Avoli M (2015) Lacosamide modulates interictal spiking and high-frequency oscillations in a model of mesial temporal lobe epilepsy. Epilepsy Res 115: 8–16. https://doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2015.05.006
  10. Pearce PS, Friedman D, LaFrancois JJ, Iyengar SS, Fenton AA, MacLusky NJ, Scharfman HE (2014) Spike–wave discharges in adult Sprague–Dawley rats and their implications for animal models of temporal lobe epilepsy. Epilepsy & Behavior 32: 121–131. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2014.01.004
  11. Löscher W (2017) Animal Models of Seizures and Epilepsy: Past, Present, and Future Role for the Discovery of Antiseizure Drugs. Neurochem Res 42: 1873–1888. https://doi.org/10.1007/s11064-017-2222-z
  12. Tchekalarova J, Kubová H, Mareš P (2009) Postnatal caffeine treatment affects differently two pentylenetetrazol seizure models in rats. Seizure 18: 463–469. https://doi.org/10.1016/j.seizure.2009.04.002
  13. Синяк ДС, Буков ГА, Сизов ВВ, Зубарева ОЕ, Амахин ДВ, Зайцев АВ (2023) Применение малоинвазивного беспроводного метода регистрации ЭЭГ и функциональных нагрузок для оценки эпилептиформной активности у самцов крыс в литий-пилокарпиновой модели эпилепсии. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 109: 252–264. [Sinyk DS, Bukov GA, Sizov BB, Zubareva OE, Amakhin DV, Zaitsev AV (2023) Application of a minimally invasive wireless method for recording EEG and functional loads to assess epileptiform activity in male rats in a lithium-pilocarpine model of epilepsy. Russ J Physiol 109: 252–264. (In Russ)]. https://doi.org/10.1134/S0022093023010258
  14. Postnikova TY, Griflyuk AV, Tumanova NL, Dubrovskaya NM, Mikhel AV, Vasilev DS, Zaitsev AV (2025) Prenatal Hyperhomocysteinemia Leads to Synaptic Dysfunction and Structural Alterations in the CA1 Hippocampus of Rats. Biomolecules 15: 305. https://doi.org/10.3390/biom15020305
  15. Karoly PJ, Freestone DR, Boston R, Grayden DB, Himes D, Leyde K, Seneviratne U, Berkovic S, O’Brien T, Cook MJ (2016) Interictal spikes and epileptic seizures: their relationship and underlying rhythmicity. Brain 139: 1066–1078. https://doi.org/10.1093/brain/aww019
  16. Ayala GF, Dichter M, Gumnit RJ, Matsumoto H, Spencer WA (1973) Genesis of epileptic interictal spikes. New knowledge of cortical feedback systems suggests a neurophysiological explanation of brief paroxysms. Brain Res 52: 1–17. https://doi.org/10.1016/0006-8993(73)90647-1
  17. Staley KJ, White A, Dudek FE (2011) Interictal spikes: Harbingers or causes of epilepsy? Neurosci Lett 497: 247–250. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2011.03.070
  18. Avoli M, Biagini G, de Curtis M (2006) Do Interictal Spikes Sustain Seizures and Epileptogenesis? Epilepsy Curr 6: 203–207. https://doi.org/10.1111/j.1535-7511.2006.00146.x
  19. Lévesque M, Wang S, Macey-Dare ADB, Salami P, Avoli M (2023) Evolution of interictal activity in models of mesial temporal lobe epilepsy. Neurobiol Dis 180: 106065. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2023.106065
  20. Chauvière L, Doublet T, Ghestem A, Siyoucef SS, Wendling F, Huys R, Jirsa V, Bartolomei F, Bernard C (2012) Changes in interictal spike features precede the onset of temporal lobe epilepsy. Ann Neurol 71: 805–814. https://doi.org/10.1002/ana.23549
  21. Asadollahi M, Noorbakhsh M, Salehifar V, Simani L (2020) The Significance of Interictal Spike Frequency in Temporal Lobe Epilepsy. Clin EEG Neurosci 51: 180–184. https://doi.org/10.1177/1550059419895138
  22. Gotman J (1991) Relationships Between Interictal Spiking and Seizures: Human and Experimental Evidence. Canad J Neurol Sci 18: 573–576. https://doi.org/10.1017/S031716710003273X
  23. De Curtis M, Avanzini G (2001) Interictal spikes in focal epileptogenesis. Prog Neurobiol 63: 541–567. https://doi.org/10.1016/S0301-0082(00)00026-5
  24. Bragdon AC, Kojima H, Wilson WA (1992) Suppression of interictal bursting in hippocampus unleashes seizures in entorhinal cortex: a proepileptic effect of lowering [K+]0 and raising [Ca2+]0. Brain Res 590: 128–135. https://doi.org/10.1016/0006-8993(92)91088-V
  25. Avoli M (2001) Do Interictal Discharges Promote or Control Seizures? Experimental Evidence from an In Vitro Model of Epileptiform Discharge. Epilepsia 42: 2–4. https://doi.org/10.1046/j.1528-1157.2001.042suppl.3002.x
  26. Avoli M, de Curtis M, Köhling R (2013) Does interictal synchronization influence ictogenesis? Neuropharmacology 69: 37–44. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2012.06.044
  27. Camarillo-Rodriguez L, Leenen I, Waldman Z, Serruya M, Wanda PA, Herweg NA, Kahana MJ, Rubinstein D, Orosz I, Lega B, Podkorytova I, Gross RE, Worrell G, Davis KA, Jobst BC, Sheth SA, Weiss SA, Sperling MR (2022) Temporal lobe interictal spikes disrupt encoding and retrieval of verbal memory: A subregion analysis. Epilepsia 63: 2325–2337. https://doi.org/10.1111/epi.17334
  28. Lambert I, Tramoni-Negre E, Lagarde S, Roehri N, Giusiano B, Trebuchon-Da Fonseca A, Carron R, Benar C, Felician O, Bartolomei F (2020) Hippocampal Interictal Spikes during Sleep Impact Long-Term Memory Consolidation. Ann Neurol 87: 976–987. https://doi.org/10.1002/ana.25744
  29. Horvath AA, Papp A, Zsuffa J, Szucs A, Luckl J, Radai F, Nagy F, Hidasi Z, Csukly G, Barcs G, Kamondi A (2021) Subclinical epileptiform activity accelerates the progression of Alzheimer’s disease: A long-term EEG study. Clin Neurophysiol 132: 1982–1989. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2021.03.050
  30. Otsuka K, Sunaga S, Jimbo H, Suzuki Y, Kohno M (2025) Effect of epileptiform discharges and hippocampal volume on cognitive dysfunction following clipping of ruptured aneurysms in the anterior circulation. Front Surg 12. https://doi.org/10.3389/fsurg.2025.1428311
  31. Khan OI, Zhao Q, Miller F, Holmes GL (2010) Interictal spikes in developing rats cause long-standing cognitive deficits. Neurobiol Dis 39: 362–371. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2010.05.002
  32. Starzl TE, Niemer WT, Dell M, Forgrave PR (1953) Cortical and Subcortical Electrical Activity in Experimental Seizures Induced by Metrazol. J Neuropathol Exp Neurol 12: 262–276. https://doi.org/10.1097/00005072-195307000-00006
  33. Panthi S, Leitch B (2021) Chemogenetic Activation of Feed-Forward Inhibitory Parvalbumin-Expressing Interneurons in the Cortico-Thalamocortical Network During Absence Seizures. Front Cell Neurosci 15. https://doi.org/10.3389/fncel.2021.688905
  34. Houser CR, Esclapez M (2003) Downregulation of the α5 subunit of the GABA A receptor in the pilocarpine model of temporal lobe epilepsy. Hippocampus 13: 633–645. https://doi.org/10.1002/hipo.10108
  35. Kumar SS, Buckmaster PS (2006) Hyperexcitability, Interneurons, and Loss of GABAergic Synapses in Entorhinal Cortex in a Model of Temporal Lobe Epilepsy. J Neurosci 26: 4613–4623. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0064-06.2006
  36. Diespirov GP, Postnikova TY, Griflyuk AV, Kovalenko AA, Zaitsev AV (2023) Alterations in the Properties of the Rat Hippocampus Glutamatergic System in the Lithium-Pilocarpine Model of Temporal Lobe Epilepsy. Biochemistry (Moscow) 88: 353–363. https://doi.org/10.1134/S0006297923030057

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».