Kostengünstiges elektroenzephalographisches Aufzeichnungssystem in Kombination mit einer millimetergroßen Spule zur transkraniellen Stimulation des Mäusegehirns in vivo
26. Mai 2023
Ein kostengünstiges elektroenzephalographisches Aufzeichnungssystem in Kombination mit einer millimetergroßen Spule wird vorgeschlagen, um die transkranielle Magnetstimulation des Mäusegehirns in vivo zu steuern. Unter Verwendung herkömmlicher Schraubenelektroden mit einem speziell angefertigten, flexiblen Multielektroden-Array-Substrat kann als Reaktion auf die transkranielle Magnetstimulation eine Multi-Site-Aufzeichnung aus dem Mäusegehirn durchgeführt werden.
In den Neurowissenschaften werden TMS- und EEG-Aufzeichnungen häufig verwendet, um unser Verständnis des Gehirns zu verbessern. TMS ist aufgrund seiner Nicht-Invasivität besonders vielversprechend. Die Kombination von TMS mit EEG-Aufzeichnung ermöglicht es Forschern, Erregbarkeit, Konnektivität und raumzeitliche Dynamik über verschiedene Gehirnregionen hinweg zu untersuchen.
Dieses Protokoll zielt darauf ab, ein simultanes Stimulationsmesssystem für TMS-EEG-Experimente mit Kleintieren zu entwickeln. Diese Systeme wurden nicht umfassend entwickelt, was die Forscher dazu zwingt, ein System nach Versuch und Irrtum zu entwickeln, das den einzigartigen experimentellen Anforderungen entspricht. Dieser leicht anpassbare Ansatz kann in standardmäßigen neurowissenschaftlichen Labors eingerichtet werden, was ihn für Forscher zugänglicher und praktischer macht.
Die Ergebnisse dieser Studie werden die Forschung vorantreiben und die Mechanismen hinter bestimmten Erkrankungen bei Kleintieren aufklären, die wichtige Modelle für menschliche Kandidaten sind. Darüber hinaus werden diese Modelle ihr Verständnis der menschlichen Bedingungen verbessern und dazu beitragen, die Entwicklung wirksamerer Behandlungen und Interventionen zu unterstützen.
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Übersicht
Diese Studie schlägt ein kostengünstiges elektroenzephalographisches (EEG-)Aufzeichnungssystem in Kombination mit einer millimetergroßen Spule zur Durchführung transkranieller magnetischer Stimulation (TMS) in vivo bei Mäusen vor. Das System zielt darauf ab, das Verständnis der Gehirnaktivität durch Mehrfachaufzeichnungen als Reaktion auf TMS zu vertiefen und ermöglicht es Forschern, Erregbarkeit und Konnektivität zwischen verschiedenen Hirnregionen zu untersuchen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Elektrophysiologie
- Transkranielle Magnetstimulation (TMS)
Hintergrund
- TMS und EEG werden zur nichtinvasiven Untersuchung der Gehirnfunktion verwendet.
- Gleichzeitige TMS-EEG-Messungen verbessern die Erforschung der Gehirndynamik.
- Bisherige Systeme für Kleintiere weisen Einschränkungen auf und erfordern maßgeschneiderte Lösungen.
- Diese Studie entwickelt ein praktisches und anpassungsfähiges System für Standardlabore.
Zweck der Studie
- Ein simultanes Stimulations-Messsystem für TMS-EEG an Kleintieren zu schaffen.
- Die Zugänglichkeit und Praktikabilität für die Neurowissenschaftsforschung zu verbessern.
- Die Mechanismen neurologischer Erkrankungen mithilfe von Kleintiermodellen aufzuklären.
Verwendete Methoden
- Ableitung der Elektroenzephalographie (EEG) mit einem flexiblen Multielektrodenarray.
- Mausmodell unter intraperitonealer Anästhesie zur Platzierung von Elektroden und Spule.
- Detaillierte chirurgische und Aufbauprozesse für eine optimale Positionierung der Elektroden und der Stimulationsvorrichtung.
- Ableit- und Stimulationsdurchgänge unter Verwendung eines Funktionsgenerators und eines Datenerfassungssystems.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Ableitungen von EEG-Wellenformen als Reaktion auf Schall und TMS.
- Negativ verlaufende Antworten nach Schallstimulation beobachtet, mit Variationen je nach Intensität der magnetischen Stimulation.
- Zunahme der Spitzenamplituden in EEG-Ableitungen korrelierte mit erhöhter Stimulation.
- Die Daten verdeutlichen die Fähigkeit des Systems, Gehirnreaktionen während der TMS zu messen.
Schlussfolgerungen
- Die Studie demonstriert einen praktischen Aufbau für gleichzeitige TMS-EEG-Messungen an Nagetieren.
- Diese Methodik eröffnet neue Wege für die Erforschung zerebraler Mechanismen im Zusammenhang mit Erkrankungen.
- Es wird eine verbesserte Verständnis neurologischer Erkrankungen beim Menschen sowie potenzieller Behandlungsansätze erwartet.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Gleichzeitige EEG-Aufzeichnung und transkranielle Magnetstimulation (TMS) in kleinen Tiermodellen ermöglichen eine direkte Untersuchung der neuronalen Erregbarkeit und Konnektivität und unterstützen so die Validierung von Zielstrukturen in frühen Phasen neuropharmazeutischer Entwicklungsprozesse. Dieses kostengünstige, mehrfach einsetzbare System ermöglicht reproduzierbare, quantitative Bewertungen der Hirnreaktionen, verringert mechanistische Unschärfen und erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Entwicklung von Wirkstoffen für das zentrale Nervensystem. Aufgrund seiner Zugänglichkeit und Skalierbarkeit stellt es eine wiederverwendbare Plattform für präklinische neurophysiologische Arbeitsabläufe dar.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die direkte Messung der Reaktionen neuronaler Schaltkreise auf kontrollierte TMS-Störungen.
- Unterstützt die funktionelle Validierung von ZNS-Zielen durch quantitative EEG-Auswertungen.
- Erleichtert die mechanistische Risikominderung durch Abbildung räumlich-zeitlicher Muster der Hirnaktivität.
- Verbessert die Vorhersagesicherheit für die Weiterentwicklung neuroaktiver Substanzen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet eine standardisierte, multikanalige EEG-Plattform für die Wirkstoff-Screening-In-vivo-Analyse.
- Liefert reproduzierbare, quantitative elektrophysiologische Ausgangsgrößen für die Assay-Entwicklung.
- Unterstützt Skalierbarkeit und Wiederverwendung der Plattform über mehrere zentrale Nervensystemziele und Modelle hinweg.
- Ermöglicht eine zuverlässige Bewertung pharmakologischer und neuromodulatorischer Interventionen.
Translationale und präklinische Forschung
- Stellt präklinische neuronale Reaktionsprofile mit krankheitsrelevanten Biomarkern in Beziehung.
- Gewährleistet Kontinuität von der frühen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung in kleinen Tiermodellen.
- Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung basierend auf funktionellen ZNS-Endpunkten.
- Liefert translationsrelevante Daten für die Triagierung von ZNS-Wirkstoffportfolios.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieses System ist in die Entdeckungskette integriert, die sich von der frühen Hypothesenprüfung über die Identifizierung von Leitstrukturen bis hin zur präklinischen Validierung für ZNS-Programme erstreckt.
- Entdeckungsbiologie: Ermöglicht die hypothesengetriebene Untersuchung neuronaler Schaltkreise und Zielstrukturen.
- Screening: Bietet gebrauchsfertige, quantitative EEG-Ausgangsgrößen zur Bewertung von Wirkstoffen und Geräten.
- Analysen: Unterstützt den statistischen Vergleich stimulationsbedingter Reaktionen unter verschiedenen experimentellen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Verbindet mechanistische Befunde an Nagetieren mit für den Menschen relevanten zentralnervösen Endpunkten.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet eine flexible, kostengünstige Plattform, die an die unterschiedlichsten Anforderungen in der neuropharmazeutischen Forschung und Entwicklung angepasst werden kann.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert die mechanistische Unsicherheit bei der Validierung zentralnervöser Zielstrukturen.
- Operationaler Wert: Standardisiert EEG-TMS-Arbeitsabläufe an mehreren Standorten, um Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit zu gewährleisten.
- Strategischer Wert: Ermöglicht fundierte Go/No-Go-Entscheidungen und kapitaleffizientes Management von Portfoliostrukturen im Bereich des zentralen Nervensystems.
- Portfolioauswirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung neuroaktiver Vermögenswerte.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Chirurgie an kleinen Tieren und der Neurophysiologie.
- Benötigt Zugang zu grundlegenden elektrophysiologischen Messgeräten und Datenaufzeichnungssystemen.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise zwischen Teams bei der Elektrodenplatzierung und Stimulationsprotokollen.
- Kann an verschiedene Nagetiermodelle und experimentelle Paradigmen angepasst werden.
- Mögliche Einschränkungen umfassen die Variabilität der tierischen Reaktionen und die Notwendigkeit einer Anpassung der Protokolle.
