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Modelado de datos de voltametría cíclica de exploración rápida de datos de neurotransmisión de dopamina estimulada eléctricamente usando QNsim1.0

DOI:

10.3791/55595

June 5th, 2017

In This Article

Summary

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La voltamperometría cíclica de exploración rápida puede monitorizar la neurotransmisión in vivo de dopamina en el contexto de fármacos, enfermedades y otras manipulaciones experimentales. Este trabajo describe la implementación de QNsim1.0, un software para modelar las respuestas de dopamina eléctricamente estimuladas de acuerdo con el modelo neurobiológico cuantitativo para cuantificar las estimaciones de liberación de dopamina y la dinámica de recaptura.

Abstract

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Las vías dopaminérgicas centrales (DAergic) tienen un papel importante en una amplia gama de funciones, tales como atención, motivación y movimiento. La dopamina (DA) está implicada en enfermedades y trastornos incluyendo trastorno por déficit de atención con hiperactividad, enfermedad de Parkinson y lesión cerebral traumática. Por lo tanto, la neurotransmisión DA y los métodos para estudiarla son de intenso interés científico. La voltamperometría cíclica de exploración rápida in vivo (FSCV) es un método que permite el monitoreo selectivo de cambios de concentración de DA con resolución temporal y espacial fina. Esta técnica se usa comúnmente en conjunción con estimulaciones eléctricas de rutas ascendentes de DAergic para controlar el flujo de impulso de la neurotransmisión de dopamina. Aunque el paradigma estimulado DA neurotransmission puede producir respuestas robustas DA con morfologías claras, haciéndolos susceptibles para el análisis cinético, todavía hay mucho debate sobre cómo interpretar las respuestas en términos de su liberación de DA y clearanComponentes. Para abordar esta preocupación, se desarrolló recientemente un marco neurobiológico cuantitativo (QN) de neurotransmisión estimulada de DA para modelar de forma realista la dinámica de liberación de DA y recaptación a lo largo de una respuesta estimulada de DA. Las bases de este modelo se basan en datos experimentales de la neurotransmisión estimulada de DA y en los principios de neurotransmisión adoptados a partir de diversas líneas de investigación. El modelo QN implementa 12 parámetros relacionados con la liberación estimulada de DA y la dinámica de recaptura para modelar las respuestas DA. Este trabajo describe cómo simular las respuestas DA usando QNsim1.0 y también se detallan principios que se han implementado para discernir sistemáticamente alteraciones en la liberación estimulada de liberación de dopamina y la dinámica de recaptura.

Introduction

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La neurotransmisión de dopamina (DA) desempeña un papel esencial en diversas funciones cognitivas y de comportamiento, y su disfunción está implicada en varias enfermedades y trastornos comunes. Como tal, es crítico desarrollar métodos precisos de estudiar cuantitativamente DA neurotransmission in vivo para evaluar cómo DA neurotransmission se altera en los contextos de los modelos de enfermedad y farmacología de drogas. La voltamperometría cíclica de exploración rápida (FSCV) permite monitorear la neurotransmisión in vivo de DA con resolución espacial y temporal fina. Aunque es posible monitorear la neurotransmisión fisiológica de DA en animales de....

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Protocol

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1. Instalación, preparación de datos y lanzamiento de QNsim1.0

  1. Descargar "QNsim1.0.zip" (proporcionado como suplemento) y extraerlo a un directorio deseado.
  2. Preparar los datos estimulados DA respuesta para el modelado con el programa de software mediante la organización de una hoja de cálculo en la que cada columna contiene una respuesta DA temporal convertido a μ M DA concentraciones. Guarde este archivo (.xlsx) en el mismo directorio que los archivos de programa.
    Nota: La hoja de cálculo puede contener varias respuestas en un experimento individual o múltiples estudios que contengan un número fijo de respuestas (consulte "Ejemplo.....

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Results

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Se incluyen con el programa de software los datos de la neurotransmisión de DA de la muestra obtenidos del estriado dorsal de rata (Estudio 1) y del núcleo accumbens (Estudio 2) que se recopilan en "Sample.xlsx". La hoja de cálculo contiene los datos de concentración de DA de las respuestas basales a estimulaciones de 60 Hz, 10 sy 5 s y una respuesta a una estimulación de 60 Hz, 5 s 35 minutos después de la administración del metilfenidato de inhibidor de transporte DA (MPH) (10 mg / Kg, ip). Los datos de la respuesta D.......

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Discussion

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El uso de FSCV para estudiar in vivo estimulado DA neurotransmission se originó en la década de 1980 [ 30] y sigue siendo una fuente rica de datos de neurotransmisión in vivo con inigualable espacial y temporal de resolución. Las respuestas de DA estimuladas reflejan un equilibrio complejo de liberación de DA y recaptación que son moduladas por los propios estimulantes eléctricos. El modelo QN incorpora los principios de la investigación contemporánea de neurotransmisión para mo.......

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Disclosures

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Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgements

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Reconocemos al Instituto de Rehabilitación de la UPMC por apoyar este trabajo.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
MATLAB R2016a para Mac Mathworks
QNsim1.0de software propioSoftware para modelar datos FSCV utilizando el marco QN
Paquete

References

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  1. Taylor, I. M., et al. Kinetic diversity of dopamine transmission in the dorsal striatum. J Neurochem. 133 (4), 522-531 (2015).
  2. Harun, R., Grassi, C. M., Munoz, M. J., Torres, G. E., Wagner, A. K. Neurobiological model of stimulated dopami....

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Fast scan Cyclic VoltammetryDopamine NeurotransmissionQNsim1 0 SoftwareElectrical StimulationDopamine ReleaseDopamine ReuptakeStriatal DopamineNucleus AccumbensDorsal StriatumParameter Modeling

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