使用微透析系统在清醒大鼠中实时动态采集海马区细胞外液
2022年10月21日
本方案通过微透析系统，对清醒大鼠海马区细胞外液进行详细的实时动态取样。
通过脑部微透析技术获取的海马区细胞外液及其成分，有助于监测中枢神经系统疾病的特异性微环境变化。脑微透析技术可实现对未麻醉大鼠特定脑区脑间质液的动态、连续检测。实验开始时，先将麻醉后的大鼠固定于立体定位仪上，术前用聚维酮碘和乙醇棉签擦拭剃毛的手术区域，重复三次。
然后使用手术剪在颅面正中做一条1.5厘米长的切口，并用手术剪和眼科镊去除骨膜。以bregma为基准位置，使用颅骨钻穿透颅内板，在海马CA1区钻出一个直径2毫米的孔。现在将导管针芯固定在立体定位仪的夹持器上，并调节微透析套管在前后、内外侧和背腹方向的位置。
调节脑立体定位仪的背腹向阀门，将微透析套管植入CA1区，深度为3.5毫米。再钻三个直径为2毫米的孔，使这三个孔形成一个三角形，探针孔位于其中心。将螺钉植入孔中，深度为1毫米，并用牙科水泥固定探针导管。
然后使用4-0号外科缝线缝合皮肤。根据制造商说明书，将微透析泵微量注射器与ACSF清醒活动装置及低温样本收集器连接。接下来，为排出管路中的空气，将微透析泵流速设置为每分钟1 µL。
然后连接管路和脑部微透析探针，以每分钟1微升的速度运行微透析泵，向探针内注入人工脑脊液（ACSF），直至探针表面略微湿润。将探针浸入肝素钠注射液中，以备后续使用。为采集清醒大鼠的脑细胞外液（HECF），将脑部微透析探针插入探针导管中，并将大鼠放入带有软垫的实验舱内，确保大鼠可自由活动。
打开多通道旋转控制器，以避免大鼠自由活动时微透析管路缠绕。随后启动微量注射泵，以每分钟1微升的速度泵入人工脑脊液（ACSF）。微透析脑细胞外液（HECF）采集系统平衡60分钟后，定期收集HECF。
采样结束后，将脑部微透析探针从探针套管中取出。将探针浸入去离子水中，并用去离子水冲洗12小时，以清除管路和探针上残留的盐分沉积物。取出探针后，将其置于4摄氏度的0.05%胰蛋白酶溶液中。
通过脑部微透析技术获取的海马区细胞外液在设定的采样速率下呈水样、无色且透明。最重要的操作步骤是将微透析探针小心地植入CA1区，并将探针插入弹出式导管中。该微透析技术简便，可用于辅助监测特定脑区内疾病标志物的动态变化、药物疗效相关物质以及药物成分在组织中的代谢过程。
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概述
本文介绍了一种利用脑部微透析技术对清醒大鼠海马区细胞外液（HECF）进行实时动态取样的实验方案。该方法使研究人员能够在不麻醉动物的情况下，通过持续采集特定脑区的样本，监测中枢神经系统疾病中的疾病特异性标志物。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 神经退行性疾病
- 微透析技术
背景
- 理解细胞外液动态对于研究神经元机制和可塑性至关重要。
- 目前的方法通常涉及可能影响生物学背景的侵入性技术。
- 微透析技术可在受试者清醒状态下收集间质液，从而提供更具相关性的数据。
- 本方案满足了在活体模型中持续监测脑脊液成分的需求。
研究目的
- 通过采用非侵入性取样方法，增强对海马体中疾病标志物的监测。
- 为研究人员提供详细的实验方法框架，以便重复该操作流程。
- 建立一个可靠的系统，用于长期观察药物效应和代谢变化。
使用的方法
- 本研究采用植入海马 CA1 区域的微透析系统。
- 清醒且未麻醉的大鼠作为采集脑外液（HECF）的生物模型。
- 微透析技术以每分钟一微升的速率采集液体。
- 关键步骤包括精确的导管植入、平衡期以及规律的采样间隔。
- 采样后需对微透析探针进行清洗，以确保数据的完整性。
主要结果
- 收集到的 HECF 清澈无色，可用于分析疾病标志物。
- 深入的方法学可实现对神经元环境动态变化的实验研究。
- 通过该方法获得的信息有助于评估药物疗效并理解组织分解代谢过程。
结论
- 本研究展示了微透析技术在深化脑内液体动力学及疾病过程认知方面的潜力。
- 其连续监测能力可实现对药物作用和代谢状态实时变化的评估。
- 这些发现对于改进神经系统疾病干预策略至关重要。
常见问题
行业重要性概述
在清醒大鼠中实时动态采集海马区细胞外液（HECF），可直接监测与中枢神经系统疾病进展及药物疗效相关的神经化学变化。该技术通过提供来自与疾病相关脑区的定量、时间分辨的生物标志物数据，增强了转化神经科学的预测可信度。该方法支持针对海马通路的神经治疗药物研发的早期发现及作用机制的风险评估。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 能够在体内探究中枢神经系统疾病机制背后的神经化学动态变化。
- 通过定量分析药物及其代谢物在海马体中的效应，支持功能靶点的验证。
- 通过直接测量与疾病相关的细胞外标志物，促进机制层面的风险评估。
筛选与检测方法开发
- 提供经过验证的脑细胞外液定量采样，用于后续化合物筛选。
- 可在清醒动物模型中实现可重复、标准化的神经化学数据采集。
- 支持用于评估中枢神经系统活性化合物药效动力学反应的检测方法开发。
转化与临床前研究
- 将临床前生物标志物测量与转化神经科学中与疾病相关的终点指标相统一。
- 通过在活体中追踪药物的动态效应，实现从发现到临床前验证的连续性研究。
- 基于实时神经化学读数，支持经过风险评估的推进决策。
流程与工作流整合
这种微透析方法通过实现对清醒大鼠海马细胞外液的实时定量分析，融入了从发现到临床前研究的连续过程。
- 发现生物学：通过监测动态生物标志物变化，支持对中枢神经系统靶点的假设验证和通路阐明。
- 筛选：提供即用型、可重复的神经化学数据，用于化合物评价。
- 分析：提供定量结果，用于比较不同实验条件下药物效应和疾病状态。
- 转化研究：通过将生物标志物测量与临床终点对齐，连接临床前与转化研究。
- 企业级复用：建立可重复使用的平台，用于中枢神经系统药物发现和生物标志物验证的工作流程。
运营与企业影响
- 科学价值：提高中枢神经系统靶点验证的预测可信度，并减少机制上的不确定性。
- 操作价值：标准化神经化学采样流程，增强不同研究间的可重复性。
- 战略价值：通过提供可操作的生物标志物数据，优化“推进/终止”决策并提升资金使用效率。
- 项目组合影响：基于动态的活体证据，实现对神经治疗候选药物的风险校准优先排序。
实施注意事项
- 需要具备立体定位手术和微透析探针植入方面的专业知识。
- 需要配备用于微透析采样和定量分析的专用仪器设备。
- 要求不同研究团队之间对采样速率和分析方案进行标准化统一。
- 在不同脑区或疾病模型间应用时，可能需要优化实验方案。
- 由于探针截留分子量的限制，仅能采集分子量低于 20 kDa 的分析物。
生物制药常见问题
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:44
Brain Microdialysis Probe Implantation Surgery
2:24
Microdialysis System Connection and Probe Check
3:15
Collection of Hippocampal Extracellular Fluid (HECF) from the Awake Rat
4:02
Maintenance of the Microdialysis System and Devices After Sampling
4:36
Results: Analysis of HECF Collected Using the Microdialysis Sampling Equipment
4:54
Conclusion
