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

El objetivo general de este programa de software es estimar la cinética de la neurotransmisión de dopamina estimulada eléctricamente a partir de los datos experimentales de voltamperometría cíclica de barrido rápido. Este método puede facilitar el diseño de estudios para ayudar a responder preguntas clave sobre la neurotransmisión de dopamina, como la forma en que la neurotransmisión de dopamina estriada evocada eléctricamente se ve alterada por los fármacos y los estados de enfermedad. La principal ventaja de este software es que proporciona una plataforma fácil de usar para modelar datos experimentales de voltamperometría utilizando un marco neurobiológico cuantitativo.

En este procedimiento, descargue QNsim1.0. zip y extráigalo en el directorio deseado. A continuación, prepare los datos de la respuesta de dopamina estimulada para el modelado organizando una hoja de cálculo en la que cada columna contenga una respuesta temporal de dopamina convertida en concentración de dopamina micromolar, y guarde este archivo en el mismo directorio que los archivos del programa.

Después de eso, abra el software de programación, navegue hasta el directorio QNsim1.0 en la ventana de la carpeta actual y abra el archivo titulado Initialization.m. A continuación, haga clic en Ejecutar para iniciar la pantalla de inicialización. Para comenzar un nuevo proyecto, en la sección Nuevo proyecto, escriba el nombre del archivo de hoja de cálculo que contiene los datos de respuesta a la dopamina para el proyecto en el cuadro de texto del archivo de datos de dopamina.

Esta hoja de cálculo contiene tres respuestas de dos estudios, uno recogido en el cuerpo estriado dorsal y otro recogido en el núcleo accumbens. Junto a Tiempo de simulación, introduzca los puntos de tiempo correspondientes al inicio y al final de la recopilación de datos en relación con el inicio de la estimulación. Para los datos de la muestra, hay respuestas con un intervalo de preestimulación de 5 segundos y 35 segundos de recopilación de datos después del inicio de la estimulación.

A continuación, introduzca el número de respuestas en cada estudio junto al cuadro de texto correspondiente. Junto a Intervalo de muestreo, introduzca el intervalo de muestreo de datos experimentales en segundos, que fue cada 0,1 segundos para nuestros datos. A continuación, junto a Guardar como, designe el nombre del archivo, incluido el tipo de archivo en el que se guardará el proyecto.

Haga clic en Crear nuevo proyecto para iniciar la ventana del simulador. Como alternativa, para continuar un proyecto anterior, en la sección Continuar proyecto anterior de la ventana de inicialización, escriba el nombre del archivo dot mat de un proyecto iniciado anteriormente. A continuación, haga clic en Cargar proyecto existente para iniciar la ventana del simulador.

En este procedimiento, seleccione la respuesta experimental de dopamina para simular ingresando el número de estudio, el número de respuesta y la duración de la estimulación en los cuadros de texto correspondientes. Presione la tecla Intro o haga clic en Simular para comenzar el proceso de simulación, que crea tres gráficos que contienen datos experimentales, datos simulados y datos simulados que no tienen en cuenta la liberación de dopamina posterior a la estimulación. Para modelar las respuestas experimentales de dopamina, ajuste los parámetros de estado estacionario delta DAR, delta DAR tau y dar asociados con la liberación de dopamina para que coincidan con la amplitud de la estimulación.

A continuación, ajuste la inflexión VMAX, KM inicial, KM delta, KM. A continuación, ajuste los parámetros VMAX, KM inicial, KM delta, inflexión KM y K asociados a la recaptación de dopamina de modo que en el Panel A los datos simulados se aproximen a la forma de la fase ascendente de los datos experimentales y la simulación sin traza de liberación posterior al estímulo sea menor que la traza de datos experimentales para todos los puntos de tiempo posteriores a la estimulación. Este enfoque de modelado es un proceso iterativo de ajuste de los parámetros del modelo.

Por lo tanto, es probable que sea necesario modificar los parámetros de liberación de DA para que coincidan con la forma de la fase ascendente. A continuación, ajuste los parámetros XR, tau, R y M asociados con la liberación de dopamina posterior a la estimulación, de modo que los datos simulados se aproximen a los datos experimentales en el gráfico de dopamina frente al tiempo. Con el fin de validar la precisión de los parámetros de simulación, es fundamental determinar que el mismo conjunto de parámetros de liberación y recaptación estimulados puede aproximar las respuestas experimentales a diferentes duraciones de estimulación desde el mismo sitio de muestreo.

Una vez que un conjunto de parámetros modela de cerca los datos experimentales, haga clic en Guardar parámetros, que guardará ese conjunto de parámetros para la respuesta dada en el archivo dot mat para el proyecto. Si es necesario, cargue los parámetros guardados previamente para una respuesta determinada haciendo clic en Cargar parámetros. Asegúrese de que se hayan introducido el número de estudio y el número de respuesta correspondientes en los cuadros de texto correspondientes.

Para exportar los parámetros guardados, en el cuadro de texto junto al botón Exportar parámetros, escriba el nombre del archivo y haga clic en Exportar parámetros para exportar un archivo de texto con todos los parámetros de las simulaciones. Delimite las celdas de Excel por espacios para ver estos datos en formato de tabla. Los gráficos de la izquierda y la derecha que se muestran aquí muestran las simulaciones en datos experimentales recopilados en el cuerpo estriado dorsal y el núcleo accumbens, respectivamente.

Las dos regiones generalmente exhiben diferentes formas de respuesta, con formas cóncavas ascendentes en el cuerpo estriado dorsal y formas convexas ascendentes en el núcleo accumbens. Aunque hay variabilidad en las formas y amplitudes de las respuestas, incluso dentro de una región determinada, ambas formas de respuesta podrían modelarse con algunas diferencias y parametrizaciones notables. Generalmente, la VMAX es más baja y la inflexión de KM es mucho menor en el núcleo accumbens, en comparación con el cuerpo estriado dorsal.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar que debe ser sistemático en su enfoque minimizando las estimaciones de los parámetros de liberación y recaptación de dopamina y validando los parámetros en múltiples respuestas experimentales del mismo sitio de muestreo. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo modelar las respuestas de dopamina estimuladas para estimar la cinética de la neurotransmisión de dopamina estimulada eléctricamente en el cuerpo estriado.