基因表达的变化大鼠海马后，前丘脑核脑深部刺激分析
March 8th, 2015
深部脑刺激 （DBS） 手术治疗效果的潜在机制需要研究。本手稿中介绍的方法描述了一种实验方法，通过分析可促进 DBS 手术后神经发生的候选基因的基因表达谱来检查 DBS 触发的细胞事件。
该程序的总体目标是对丘脑前核进行脑深部刺激并研究大鼠海马体中的基因表达变化。这是通过首先麻醉动物来实现的。接下来，动物为手术做准备。
在头皮上做一个切口，露出头骨。然后在相对于 bgma 的正确位置，打出钻孔。插入 DBS 电极并进行刺激。
最后，对动物实施安乐死并解剖大脑。为了去除海马体，对组织进行 RNA 提取和 CDNA 制备，并进行 QPCR。最终，结果表明，脑深部刺激会影响大鼠海马体中的基因表达。
这种方法可以帮助回答脑深部刺激手术中的关键问题，例如脑深部刺激手术治疗效果的分子机制是什么？这项技术的影响不仅延伸到癫痫的治疗，还延伸到其他神经元疾病的治疗，如帕金森病、阿尔茨海默病和肌张力障碍。因为 DPS 正在成为一种治疗许多神经元疾病的手术方法为了准备手术，请使用手术垫覆盖工作台并确保有可用的生物危害废物处理。
称量大鼠并根据文本协议计算麻醉剂量，将两个电极固定在立体定向手术框架的电极支架上，并用显微镜检查电极的尖端是否正确对齐。将电极相距 3 毫米固定，注意不要触碰硬表面上的电极尖端。注射氯胺酮甲苯噻嗪。
将腹膜内混合到动物身上，并通过检查脚趾捏反射、呼吸频率以及呼吸深度和规律性来确认动物已达到手术麻醉平面。将动物固定并放置在立体定向框架上。在动物的眼睛上涂抹眼部润滑剂以防止过度干燥，并用三种交替的磨砂膏对头皮进行消毒，每种磨砂膏都是 Betadine 和酒精或无菌盐水。
将动物放在循环的温水垫上或使用加热灯将动物的体温保持在最佳水平。基于 Paxos 和 Watson 大鼠脑图谱，使用以下立体定向坐标瞄准丘脑前核或 NT 前后负 1.6 毫米。中侧 1.5 毫米，背腹 5.2 毫米。
接下来，在头皮矢状面上做一个切口，露出头骨 使用一对牵开器，固定切开的头皮以露出头骨。然后用蘸有乙醇的无菌棉签清洁切口区域，以清楚地暴露缝合线。找到 bgma 并使用黑色记号笔进行营销以引导钻孔的位置。
在大约 1.5 毫米处再做两个标记。介质位于矢状缝线两侧和冠状缝线后方 1.6 毫米处。现在要制作两个钻孔，使用乙醇对钻头尖端进行消毒。
使用保持 45 度角的钻头，在两个孔之间频繁切换钻孔，以避免任一钻孔中心过热。继续钻孔，直到硬脑膜暴露出来。使用尖端弯曲成 L 形的针头，去除任何会阻碍电极插入的碎骨。
在去除骨碎片时，要注意避免损伤下面的硬脑膜和/或脑组织。将双电极组件固定在立体定向框架的旋转手柄上，并将手柄固定成 90 度角。使用立体定向框架中的调整，将左电极定位在 bgma 的正上方。
对媒体使用立体定向调整。横向定位精确地将左电极移动到 bgma 的左侧 1.5 毫米，这样现在有两个电极沿冠状缝合完美对齐，但间隔开。BGMA 横向 1.5 毫米介质。
然后进行前后立体定向调整，将电极移动到冠状缝线后方 1.6 毫米处。然后进行背腹调整，降低电极，首先检查是否在正确的位置打了针孔，这样就可以轻松插入电极，而不会接触针孔的粗糙边缘。如果是这样，请将电极插入距离颅骨表面 5.2 毫米的深度。
通过导线将电极连接到设置为 130 赫兹、2.5 伏和 90 微秒脉冲宽度的刺激器。在所需的时间内提供高频刺激。进行单侧或双侧刺激。
刺激完成后，小心地取下电极，用三根零缝合线或无菌手术钉，缝合切口，皮下注射丁丙诺啡，并监测动物，直到它恢复正常活动，然后将其送回饲养设施。使用剃须刀片将大脑放在冰上预冷的丙烯酸大脑基质上。在距离大脑最前缘约 7 到 8 毫米的地方切开大脑皮。
在第一次切口的后面和后面进行第二次切割，以便可以去除大约 5 毫米厚的脑切片。使用剃须刀片将脑切片转移到装有冰冷 PBS 的培养皿中，切开两个半球形切片，并注意注意哪个部分分别对应于左侧和右侧。使用细镊子和剪刀，小心地去除海马闪光，将组织冷冻在干冰上并储存在零下 20 摄氏度，直到准备好进行后续的 RNA 步骤，根据此处显示的文本方案是 BDNF 与对照基因 β 肌动蛋白相比的相对表达水平在指定时间点。
DBS 刺激后。DBS 手术后立即观察到 BDNF 上调，以及刺激后 3 小时的峰值表达。这一观察结果表明，增强的 BDNF 表达和由此产生的神经保护可能有助于 DBS 对癫痫患者的治疗益处。
该面板说明了 GABA 受体 G-A-B-R-D 的表达，与 DBS 后 3 小时未刺激的对照相比，该受体在受刺激的动物中的表达增强。考虑到 GABA 激动剂被用作有效的癫痫发作抑制剂，观察到 DBS 后 G-A-B-R-D 表达增强是有趣的，这暗示了 GABA 的可能作用和 DBS 的抗癫痫作用。遵循此过程。
可以进行其他方法，如 western block、染色质免疫沉淀和许多其他标准分子生物学测定。这有助于回答与蛋白质表达变化、翻译后修饰、特定基因启动子区域上的转录因子占有率等相关的问题。看完这个视频，你应该对如何对大鼠进行深部脑刺激手术有了很好的了解。
分离海马组织并分析其基因表达变化。
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概述
本研究调查了深部脑刺激（DBS）手术引发的细胞事件，重点关注大鼠海马体的基因表达变化。所概述的方法旨在增强对DBS后神经发生的理解。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 基因表达
- 深部脑刺激
背景
- 深部脑刺激（DBS）是一种用于治疗各种神经系统疾病的外科干预。
- 了解DBS的机制可以改善治疗效果。
- 基因表达分析可以揭示神经发生的见解。
- 本研究使用大鼠模型来探索这些机制。
研究目的
- 检查DBS对海马体基因表达的影响。
- 识别促进DBS后神经发生的候选基因。
- 为理解DBS的治疗机制做出贡献。
使用的方法
- 为手术对大鼠进行麻醉。
- 通过暴露头骨来准备动物。
- 将DBS电极插入前核团。
- 进行刺激并分析基因表达变化。
主要结果
- 识别DBS后特定基因表达变化。
- 关于神经发生细胞机制的见解。
- 改进DBS治疗的潜在影响。
- 为未来研究建立方法论。
结论
- DBS影响与神经发生相关的基因表达。
- 需要进一步研究以完全理解这些机制。
- 研究结果可能会增强神经系统疾病治疗策略。
常见问题
Executive Industry Relevance
Quantitative analysis of gene expression changes in the rat hippocampus following deep brain stimulation (DBS) of the anterior thalamic nucleus (ATN) provides a mechanistic window into the molecular pathways modulated by neuromodulation therapies. This approach enables biopharma R&D teams to interrogate target engagement and downstream biological effects, supporting predictive confidence in translational neuroscience portfolios. The methodology is positioned at the intersection of target validation and mechanistic de-risking for CNS therapeutic development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking DBS to specific gene expression changes in disease-relevant brain regions.
- Supports biological de-risking by identifying molecular mediators such as BDNF and GABRD implicated in neuroprotection and seizure suppression.
- Facilitates functional target validation through quantitative RT-PCR outputs following controlled neuromodulation.
Screening & Assay Development
- Establishes a validated workflow for preparing and analyzing CNS tissue post-stimulation for downstream molecular assays.
- Delivers reproducible, quantitative gene expression data suitable for assay standardization and cross-study comparison.
- Enables screening of candidate genes or pathways modulated by DBS for further mechanistic or pharmacological exploration.
Translational & Preclinical Research
- Aligns molecular readouts with disease-relevant endpoints in preclinical epilepsy and neuroprotection models.
- Provides continuity from mechanistic discovery to preclinical validation by linking stimulation parameters to gene expression outcomes.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by clarifying the molecular basis of DBS efficacy in CNS disorders.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis-driven testing of neuromodulation effects on gene expression, supporting both target validation and mechanistic de-risking.
- Discovery Biology: Quantitative RT-PCR of hippocampal tissue post-DBS clarifies pathway engagement and molecular response.
- Screening: Standardized tissue processing and gene expression analysis enable reproducible comparison across experimental conditions.
- Analytics: Provides quantitative dependent variable measurements (e.g., BDNF, GABRD expression) for robust statistical analysis.
- Translational Research: Connects molecular changes to disease-relevant outcomes in preclinical epilepsy models.
- Enterprise Reuse: Protocol can be adapted for other brain regions or neuromodulation targets, supporting platform scalability.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in CNS target engagement and downstream biological effects.
- Operational Value: Standardizes tissue processing and molecular analysis for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions by linking neuromodulation to quantifiable molecular endpoints.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of CNS targets and neuromodulation strategies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotactic surgery, molecular biology, and quantitative PCR analysis.
- Demands access to specialized instrumentation for DBS, tissue dissection, and molecular assays.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of surgical and analytical procedures.
- Adaptable to different brain regions or disease models with protocol modifications.
- Dependent on precise timing and handling to ensure reliable gene expression measurements.
