تطبيق حركة الرأس السلبية لتوليد تسارع محدد عند رؤوس القوارض
يوليو 21, 2022
يصف البروتوكول الحالي نظام "حركة الرأس السلبية" المصمم خصيصا ، والذي يعيد إنتاج التسارع الميكانيكي عند رؤوس القوارض المتولدة أثناء تشغيل جهاز المشي بسرعات معتدلة. يسمح بتشريح العوامل / العناصر الميكانيكية من الآثار المفيدة لممارسة الرياضة البدنية.
يساعد بروتوكولنا في الإجابة عن الأسئلة المتعلقة بكيفية دعم التمارين البدنية لتوازن الكائن الحي. سمحت لنا الأنظمة بتشريح التأثيرات الميكانيكية المباشرة على الدماغ من العواقب المعقدة للأنشطة البدنية مثل المشي والركض. للبدء ، قم بتثبيت مقياس التسارع أعلى رأس الفئران باستخدام شريط جراحي.
بعد الشفاء التام من التخدير ، ضع الجرذ في جهاز المشي. اضبط جهاز المشي بسرعة معتدلة بسرعة 20 مترا في الدقيقة. استخدم البرنامج التطبيقي لقياس حجم التسارع الرأسي على طول المحور X و Y و Z عندما يقوم الجرذ بتشغيل جهاز المشي.
قم بمطابقة القيم التي تم الحصول عليها من البرنامج مع حجم تردد التسارع الرأسي في نظام PHM. اضبط مسبقا سعة تذبذب المنصة وسرعة دوران الكاميرا على شكل المروحة. ثم ضع الماوس في وضع الانبطاح مع وضع الرأس على التذبذب وبقية الجسم على المنصات الثابتة.
قم بتشغيل المحرك لتذبذب المنصة عموديا وتطبيق PHM على الماوس. في العلبة البلاستيكية الشفافة ، قم بإعداد كاميرا الفيديو بمعدل إطارات 24 إطارا في الثانية لتسجيل المساحة بأكملها. بعد ذلك ، قم بإدارة خمسة هيدروكسيتريبتوفان داخل الصفاق إلى الماوس.
ضع الماوس في القفص الشفاف وابدأ التسجيل لمدة 30 دقيقة. راجع الفيديو المسجل بسرعة 0.5x واحسب ارتعاش الرأس يدويا. استرجع عمليات التشريح البردي لدماغ الفأر من صندوق الشريحة.
اترك الشرائح على مناديل نظيفة في درجة حرارة الغرفة حتى تجف العينات تماما. استخدم قلم مانع السوائل لرسم دائرة حول الأنسجة المقطعة بالتبريد. ثم أضف حل TBS-T.
في الجزء السفلي من الدرج ، ضع مناديل مبللة لخلق بيئة رطبة للشرائح. بعد النفاذية باستخدام TBS-T ، أضف 4٪ مصل حمير للحجب واحتضانه في درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة واحدة. شطف الشرائح مرة واحدة عن طريق الغمر في TBS-T لمدة خمس دقائق.
ثم ضع 100 ميكرولتر من الأجسام المضادة الأولية المخففة بشكل مناسب ومزيج dappy على كل شريحة. غطي الصينية واحتضنها في درجة حرارة الغرفة طوال الليل. بعد الحضانة ، شطف مع TBS-T ثلاث مرات لمدة خمس دقائق لكل منهما.
ضع 100 ميكرولتر من الأنواع المخففة بشكل مناسب مع الأجسام المضادة الثانوية الفلورية المتطابقة واحتضانها في درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة واحدة. بعد الشطف باستخدام TBS-T ثلاث مرات لمدة خمس دقائق لكل منهما ، قم بتركيب الشرائح بوسيط التثبيت وقم بتغطية الشرائح بزلات الغطاء. بعد التركيب ، اعرض العينة تحت مجهر مضان.
تم تعديل نظام PHM لإنتاج قمم تسارع عمودية عند حوالي 1.0 مرة G وهو ما يعادل رؤوس الفئران أثناء تشغيل جهاز المشي. أدى تطبيق PHM على الفئران إلى تخفيف استجابة ارتعاش الرأس بشكل كبير مقارنة بالفئران الضابطة التي تمثل تأثيرا قمعيا ل PHM على إشارات مستقبلات 5-HT2A في الخلايا العصبية لقشرة الفص الجبهي. جهاز المشي الذي يعمل في PHM عزز بشكل كبير استيعاب مستقبلات 5-HT2A والخلايا العصبية لقشرة الفص الجبهي للفأر.
أكد القياس الكمي للمناطق الإيجابية لمستقبلات 5-HT2A الداخلية والمرتبطة بالغشاء بالنسبة للمنطقة الجديدة والإيجابية هذه الملاحظة. أظهر التلطيخ المناعي والقياس الكمي لتعبير c-Fos في الخلايا العصبية الإيجابية لمستقبلات 5-HT2A أن جهاز المشي الذي يعمل في PHM منخفض التنظيم 5-HTP الناجم عن تعبير c-Fos. هذا هو الحدث الخلوي المصب لتنشيط مستقبلات 5-HT2A والخلايا العصبية PFC للفأر.
يمكن تطبيق التدخل الميكانيكي على أجزاء الجسم بخلاف الرأس للتحقيق في الجوانب الميكانيكية لتأثيرات التمرين.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في كيفية تأثير التمارين البدنية، وتحديداً الجري على جهاز سير treadmill، على التوازن الداخلي للعضوية من خلال نظام حركة الرأس السلبية (PHM) الذي تم تطويره حديثاً. ومن خلال محاكاة التسارعات الميكانيكية التي تتعرض لها الجرذان، يعمل هذا البروتوكول بفعالية على عزل العوامل الميكانيكية وتأثيراتها المحددة على وظائف الدماغ.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال البحث
- التمرين البدني والتوازن الداخلي
- علم الأعصاب الخاص بنقل الإشارات الميكانيكية
- تأثير العوامل الميكانيكية على مسارات إشارات الدماغ
خلفية علمية
- دور النشاط البدني في التنظيم الفسيولوجي
- التأثيرات الميكانيكية على الاستجابات العصبية
- أهمية فهم استجابة الدماغ للتمارين الرياضية
الطرق المستخدمة
- نظام تحريك الرأس السلبي (PHM) مصمم خصيصاً
- القوارض (الجرذان والفئران) كنماذج بيولوجية
- التصبيغ الفلوري والكيمياء النسيجية المناعية لتحليل الدماغ
النتائج الرئيسية
- قلل PHM بشكل ملحوظ من استجابات ارتجاف الرأس في الفئران
- تعزيز استيعاب مستقبلات 5-HT2A في عصبونات القشرة أمام الجبهية
- خفض تنظيم تعبير c-Fos عقب التدخل الميكانيكي
الاستنتاجات
- توضح الدراسة طريقة صالحة لفحص التأثيرات الميكانيكية على الدماغ.
- تساهم النتائج في تعميق فهم فسيولوجيا التمرين والإشارات العصبية.
الأسئلة الشائعة
الأهمية التنفيذية في القطاع الصناعي
يُعد تشريح التأثيرات الميكانيكية المباشرة للتمرين على إشارات الدماغ أمراً بالغ الأهمية لتقليل المخاطر المرتبطة بالأهداف النيوروبيولوجية وتوضيح الفرضيات الميكانيكية في مراحل الاكتشاف المبكرة. يتيح نظام حركة الرأس السلبية (PHM) إيصال تسارعات ميكانيكية محددة إلى رؤوس القوارض بشكل مضبوط وقابل للتكرار، مما يعزز الثقة التنبؤية في دراسات تحويل الإشارات الميكانيكية. وتدعم هذه القدرة عملية التحقق من الأهداف والاستمرارية الانتقالية للبرامج العلاجية المتعلقة بالاضطرابات النفسية العصبية والتمرينات البدنية.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية البيولوجية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح استقصاء مسارات تحويل الإشارات الميكانيكية المتورطة في التوازن الدماغي الناجم عن ممارسة التمارين الرياضية.
- يدعم التحقق الوظيفي من إشارات مستقبلات السيروتونين في مجموعات عصبية محددة.
- يسهل تقليل المخاطر الميكانيكية عن طريق عزل التأثيرات الميكانيكية عن التأثيرات الجهازية للتمارين الرياضية.
- يوفر معايير كمية لتنشيط المسارات واستيعاب المستقبلات داخلياً.
الفحص وتطوير المقايسة
- تجهيز نماذج قوارض معتمدة لعمليات الفحص الدوائي العصبي اللاحقة.
- توحيد معايير التحفيز الميكانيكي لتطوير مقايسات قابلة للتكرار.
- إنتاج مخرجات كمية مثل ملفات تسارع الرأس ومقاييس تحديد موقع المستقبلات.
- تمكين التقييم الموثوق لتأثيرات المركبات على المسارات الحساسة ميكانيكيًا.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- يوائم النماذج قبل السريرية مع المحفزات الميكانيكية ذات الصلة بالمرض والتي لوحظت أثناء ممارسة البشر للتمارين الرياضية.
- يدعم الاستمرارية من مرحلة الاكتشاف الآلي إلى مرحلة التحقق قبل السريري القائم على المؤشرات الحيوية.
- يوفر بيانات لتطوير المرشحات العلاجية للنواحي النفسية العصبية ومحاكيات التمارين الرياضية مع تعديل المخاطر.
- يوفر منصة لتقييم المؤشرات الحيوية الانتقالية لعملية تحويل الإشارات الميكانيكية (mechanotransduction).
تكامل خطوط المعالجة وسير العمل
يتكامل نظام PHM ضمن التسلسل الممتد من مرحلة الاكتشاف إلى المرحلة قبل السريرية من خلال تمكين الاختبار القائم على الفرضيات للإشارات الميكانيكية في نماذج القوارض، مما يدعم كلًا من التحقق من الهدف وتطوير المؤشرات الحيوية الانتقالية.
- بيولوجيا الاكتشاف: تدعم اختبار الفرضية الصفرية للتنشيط الميكانيكي لمسارات التأشير الدماغي.
- الفحص: توفر تحفيزاً ميكانيكياً كمياً وقابلاً للتكرار لتوحيد المقايسات.
- التحليلات: توفر مخرجات قابلة للقياس مثل ملفات التسارع، واندخال المستقبلات، وتعبير c-Fos.
- الأبحاث الانتقالية: تربط النتائج الآلية بالنماذج قبل السريرية ذات الصلة بأبحاث التمارين والأبحاث النفسية العصبية.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: توفر منصة قابلة لإعادة الاستخدام لدراسات متنوعة في تحويل الإشارات الميكانيكية والبيولوجيا العصبية.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية في الفرضيات الميكانيكية والتحقق من الأهداف.
- القيمة التشغيلية: تتيح بروتوكولات تحفيز ميكانيكي موحدة وقابلة للتطوير وإعادة الإنتاج.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن قرارات المضي قدماً أو التوقف من خلال توضيح التأثيرات الميكانيكية المباشرة على أهداف الدماغ.
- التأثير على المحفظة: تدعم تحديد الأولويات المعدلة حسب المخاطر لبرامج الأمراض النفسية العصبية وبرامج محاكاة التمارين الرياضية.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في التعامل مع القوارض، والبيولوجيا العصبية، والتصوير الكمي.
- يستلزم توفر أجهزة للتحفيز الميكانيكي المتحكم به ومجهر فلوري عالي الدقة.
- يتطلب توحيد معايير بارامترات التحفيز والنقاط النهائية التحليلية بين الفرق البحثية.
- قد يتطلب التكيف مع أنواع مختلفة من القوارض ونماذج التمرين تحسين البروتوكول.
- يقتصر التدخل الميكانيكي على مناطق الجسم التي يمكن الوصول إليها، وقد لا يحاكي بشكل كامل تأثيرات التمرين الجهازية.
الأسئلة الشائعة حول الأدوية البيولوجية
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:35
Measurement of Magnitudes of Accelerations and Adjustment of the PHM System
1:33
Quantification of Mouse Head-Twitch Response
2:03
Immunohistochemical Analysis of Prefrontal Cortex (PFC) Collected from Euthanized Mouse Brain
3:22
Results: Effect of Treadmill Running and PHM Application in Mouse PFC Neurons
4:37
Conclusion
