2020年4月23日
本实验方案的目的是直接操控腹侧被盖区受体,以研究其对次秒级多巴胺释放的贡献。
该方法有助于阐明腹侧被盖区特定区域、树突体受体以及伏隔核中时相性多巴胺释放的作用。此方法的主要优势在于,可以在完整的大脑中研究受体功能对时相性多巴胺释放的调控问题。优化碳纤维微电极和双极刺激器的位置可能具有挑战性,对于初学者的一些建议是,可从背侧纹状体开始记录。
由于需要使用和操作多种类型的电极,包括记录电极、参考电极和刺激电极,因此提供电极植入时机与位置的可视化示意图将非常有帮助。在确认大鼠对足底反射无反应后,使用碘伏和70%乙醇依次擦拭三次,清洁麻醉大鼠的头皮。最后一次擦拭后,使用灭菌的尖头镊子和手术剪剪除足够的头皮组织,以为植入电极留出空间。
使用无菌棉签轻轻清洁暴露的颅骨表面,然后滴加2至3滴3%过氧化氢,以帮助识别人字缝和前囟。接下来,使用直径1毫米的钻头,以约20,000转/分钟的速度,在前囟前2.5毫米、侧向3.5毫米处钻出一个直径为1.5毫米的孔。将一根外径1.59毫米、长3.2毫米的螺钉植入孔中约一半深度,直至螺钉牢固固定。
接下来,在颅骨前囟左侧半球,前移1.5毫米、外侧3.5毫米处钻一个直径为1毫米的参考电极孔。将参考导线插入孔中约2毫米,同时将导线缠绕在植入螺钉的头部下方。然后完全植入螺钉,将参考电极固定到位。
在右侧半球,于前囟前1.2毫米、外侧1.4毫米处钻一个直径为1.5毫米的孔,并用镊子小心去除硬脑膜。对于刺激电极,在前囟后5.2毫米、外侧1毫米处为中心,钻一个前后方向2毫米、内外方向5毫米的方形孔。使用立体定位仪臂杆,将双极刺激电极引导套管 lowered 至硬脑膜下5毫米处。
使用立体定位仪的臂杆,将碳纤维微电极置于纹状体背侧最上方区域、硬脑膜下四毫米处,并将参考电极线和碳纤维连接至恒电位仪。随后施加 -0.4 至 1.4 伏、400 伏每秒的三角波形,频率为 60 赫兹,持续 15 分钟,接着以 10 赫兹频率刺激 10 分钟。为优化刺激电极的位置,将刺激器设置为输出双相电波形,频率为 60 赫兹,共 24 次脉冲,电流为 300 微安,每相脉冲宽度为 2 毫秒。
从硬脑膜下5毫米处开始,以0.2毫米为步长逐步降低刺激器,直至7.8毫米深度,每次移动后均对VTA进行刺激。持续降低双极刺激电极引导套管,直到某一刺激在背侧纹状体内的碳纤维微电极处引发相位性多巴胺释放。一旦观察到多巴胺释放,继续降低碳纤维微电极,使其至少达到硬脑膜下六毫米深度,进入伏隔核核心最背侧的部分。
当电极就位后,刺激腹侧被盖区(VTA),记录多巴胺峰值的峰值幅度,然后上移或下移碳纤维微电极,直至找到产生最大多巴胺释放的位点,确保多巴胺反应的峰值在+0.6伏处表现为清晰的氧化峰,在-0.2伏处表现为还原峰。在确定碳纤维电极和刺激电极导管位置已优化后,每隔三分钟对动物进行一次刺激,持续20至30分钟。在获得稳定基线后,手动轻轻将内导管插入已预先安装在双极刺激器中的导管套管内,并额外记录两到三次基线数据,以确认导管插入未引起诱发电信号的变化。
在建立基线反应后,使用注射泵和微量注射器在两分钟内向VTA注入0.5微升目标药物溶液。注射完成后,将内插管保留在原位至少一分钟后再行移除,并继续每三分钟记录一次反应,以测量注射后的效应。如这些代表性彩色图谱所示,生理盐水注射不会改变刺激诱发的时相性多巴胺释放。
NMDA的灌注可显著增强刺激诱发的时相性多巴胺释放,而NMDA受体竞争性拮抗剂AP5则显著降低该释放。非竞争性烟碱型乙酰胆碱受体拮抗剂美卡拉明(mecamylamine)和非选择性竞争性毒蕈碱型乙酰胆碱受体拮抗剂东莨菪碱(scopolamine)均显著降低刺激诱发的时相性多巴胺释放。在该图中,可观察到所测试药物随时间变化对多巴胺释放的影响汇总。
必须小心地将灌注套管插入双极刺激电极中。否则,可能会造成过度损伤,导致时相性多巴胺释放出现人为改变。该方法使研究人员能够更精细地探究在体内调节时相性多巴胺释放的特异性受体机制。
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本研究介绍了一种用于操控腹侧被盖区(VTA)受体以探究其在次秒级多巴胺释放中作用的实验方案。重点在于研究特定的胞体树突受体及其对伏隔核内时相性多巴胺释放的影响。该方法可在完整脑模型中检测受体功能。
该方法能够直接检测受体介导的多巴胺时相性释放的体内调控机制,为神经精神类药物研发中的靶点验证提供机制层面的风险评估。通过将腹侧被盖区(VTA)的受体功能与伏隔核中可量化的多巴胺动态变化相联系,该方法增强了早期治疗假设验证的预测可靠性。该策略连接了体外受体药理学与完整脑生理学,提升了奖赏通路靶点的转化连续性。
该方法通过提供受体活性对多巴胺释放的功能性读出,融入从靶点验证到先导化合物发现的整个发现流程。