研究体细胞刺激对大鼠脊髓背角心脏锁定神经元反应的编码谱
2025年5月23日
我们描述了一种脊髓多通道细胞外记录以及心脏功能记录和分析心脏锁定的脊髓背角神经元的方案。该方法为研究针灸诱导的胸部内脏功能变化的脊柱机制提供了一个时间同步的框架。
我的研究通过胸椎稳定的 MEA 心电图协议解码了针灸脊髓神经调控心血管调节的影响，使几毫秒能够处理和分析像 SDHN 动力学这样的粒子。
目前的实验挑战涉及实现可靠的胸椎稳定以防止神经威胁。优化神经稳定性的启动方案，并确保毫秒级 MEA 心电图同步。
[刘云]我们的协议提供了一种同时监测神经活动和心脏功能的通用方法，并通过结合心电图和微电极的记录，擦除克服了低时间分辨率，而不是钙成像。
我们的研究结果促进了对位于心脏的脊髓神经元是否驱动心肌梗死进展的研究，以及穴位特异性针灸调节是否对心肌梗死具有治疗益处。
[旁白]首先，检查 Y 形插管以确认其完全干燥。使用弹簧剪刀，在麻醉大鼠的气管上做一个横向切口。将插管插入气管开口。用三根零不可吸收的缝合线固定气管插管，以防止漏气和意外拔管。接下来，将三个电极插入大鼠的皮肤。将正极放入左下肢，将接地电极放入右下肢，将负极放入右上肢。将大鼠置于仰卧位。皮肤消毒后，进行开胸手术以暴露胸腺。然后用玻璃解剖针的尖端在心包上开一个小口。现在，通过切口将一根硅胶导管在其远端一到两厘米处插入心包一到两厘米。用 BioGlue 将导管固定到胸壁组织上。然后，使用一赫兹的刺激参数在PC六穴位进行手动针刺。将针灸针插入 PC 六个穴位，深度约为 3 毫米。移除附着在头夹上的肌肉和长颈肌肉的笔直部分，以暴露第二胸椎的棘突。然后移位半棘肌和脊柱肌，将椎弓从 T2 暴露到 T6。使用 rongeurs，去除 T3 椎骨的棘突以暴露 T3 脊髓。对于胸椎固定，使用定制的脊柱夹来固定 T2 和 T6 的关节突。用生理盐水润湿周围肌肉以保持水分。现在将电极阵列连接到立体定向仪器的微机械手上。通过背侧正中沟将其垂直插入脊髓的 T3 背角。然后将参比电极插入背部肌肉。为了刺激，加载一个微型注射器，该注射器连接到具有多个孔的硅胶导管，并装有缓激肽溶液。注入四微升溶液并诱导心脏伤害性刺激。观察注射后30分钟内T3脊髓背角的心率和神经元放电变化。启动软件以 .ns6 格式导入记录的神经数据。将 .ns6 文件拖放到程序中。选择文件并单击另存为，然后选择下一个 .nex5 格式以生成标准化的尖峰训练数据。将转换后的 .nex5 文件导入分类软件。执行相关代码对信号进行过滤和分类。然后根据波形特征和主成分分析对尖峰波形进行排序，阈值参数设置为与基线噪声正负三个标准差。通过启动 MATLAB 分析心脏锁定的脊髓背角神经元。定义实验参数。单击运行执行。从通道 19 记录的神经元显示出密集的节律尖峰序列，在 PCA 上具有对称的相关模式和紧密聚集的波形群。来自通道 11 的神经元分裂成三个不同的放电曲线，每个曲线都具有独特的自相关特征和 PCA 波形簇。心电图有节奏地发射的通道 17 C 和 21 A 上的心脏锁定神经元是基线时的波，但缓激肽破坏了这种模式，并在 P 波和 Q 波之间引入了新的尖峰簇。MAPC6 恢复了我们的锁波射击，尽管这种节奏性在 MAPC6 之后再次下降。缓激肽急剧增加了兴奋神经元的比例，而 MAPC6 则降低了这种反应。相反，抑制性神经元比例随着缓激肽而下降，但在 MAPC6 后恢复。Chan21a 在基线时与 ECG P 波同步放电，在缓激肽后聚集在 P 波和 Q 波之间，并在 MAPC6 后重新锁定到 P 波。
查看完整文字稿并访问数千部科学视频
概述
本研究描述了一种新颖的协同使用脊髓多通道细胞外记录和心脏功能评估分析心脏锁定的脊髓背角神经元的协议。这个同步框架对于探索与针灸相关的胸腔内脏功能变化影响的脊髓机制至关重要。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 心脏生理学
- 针灸研究
背景
- 脊髓和心脏调节之间的关系复杂且尚未完全理解。
- 针灸可能调节影响心血管反应的这些脊髓机制。
- 当前的方法在同时监测神经和心脏活动时通常缺乏时间分辨率。
研究目的
- 开发一种实时监测脊髓和心脏活动的方法，以更好地理解它们的相互作用。
- 评估特定针灸穴位是否能为心血管疾病提供治疗益处。
使用的方法
- 研究采用脊髓多通道细胞外记录系统并结合心电图监测。
- 实验大鼠经历了一系列手术程序以稳定胸腔脊髓区域。
- 引入了缓激肽注射用于心脏伤害性刺激，同时精确保持记录同步。
主要结果
- 脊髓背角的神经元表现出与心电图波形相关的多样化脉冲编码模式。
- 缓激肽显著改变了神经元的发射模式，表明与心脏相关的脊髓神经元对伤害性刺激作出动态反应。
- 研究结果表明，针灸可能通过调节脊髓神经元活动影响心血管结果的潜在机制。
结论
- 该协议促进了神经和心脏功能的同步监测，为心血管疾病研究开辟了新途径。
- 研究强调了针灸作为心肌梗死治疗策略的潜力，通过其对脊髓神经元活动的影响。
- 进一步的研究可能阐明潜在机制和与心脏相关疾病的治疗意义。
常见问题
Executive Industry Relevance
Simultaneous monitoring of cardiac-locked neuronal responses in the thoracic spinal dorsal horn enables mechanistic de-risking of neuromodulation strategies for cardiovascular indications. This protocol advances predictive confidence in target validation by integrating high-temporal-resolution neural and cardiac data, supporting translational continuity from discovery to preclinical research. The approach is strategically positioned to inform portfolio decisions on neuromodulatory interventions for cardiac dysfunction.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of somatocardiac reflex pathways relevant to cardiovascular disease mechanisms.
- Supports functional target validation by linking neuronal firing patterns to cardiac events.
- Facilitates mechanistic de-risking for neuromodulation-based therapeutic hypotheses.
Screening & Assay Development
- Establishes a validated system for synchronized neural and cardiac electrophysiological recording.
- Provides quantitative, reproducible outputs for evaluating neuromodulatory interventions.
- Enables assay standardization for downstream compound or device screening targeting spinal-cardiac circuits.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with disease-relevant cardiac and neural biomarkers.
- Supports continuity from mechanistic discovery to preclinical validation of neuromodulation strategies.
- Informs risk-adjusted advancement of candidates targeting spinal-cardiac integration.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol bridges early discovery and preclinical validation by enabling synchronized analysis of neural and cardiac responses to somatic stimulation in vivo.
- Discovery Biology: Provides a platform for hypothesis testing of spinal-cardiac regulatory mechanisms.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative neural and cardiac readouts for candidate evaluation.
- Analytics: Supports statistical comparison of neuronal firing distributions and cardiac event synchronization.
- Translational Research: Aligns with biomarker-driven preclinical models for cardiovascular neuromodulation.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable workflow for cross-program mechanistic studies of somatic and visceral integration.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in neuromodulation targets for cardiac regulation.
- Operational Value: Standardizes high-resolution neural and cardiac data acquisition for reproducibility.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions for neuromodulatory portfolio assets.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of candidates with validated mechanistic links to cardiac outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in in vivo electrophysiology and thoracic spinal surgery.
- Demands specialized instrumentation for microelectrode array and ECG synchronization.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of data acquisition and analysis protocols.
- Adaptation to other model systems may require protocol optimization for anatomical and physiological differences.
- Stable thoracic fixation and consistent neural-cardiac synchronization are critical for data integrity.
