Sistema de registro electroencefalográfico de bajo costo combinado con una bobina de tamaño milimétrico para estimular transcranealmente el cerebro del ratón in vivo
26 de mayo de 2023
Se propone un sistema de registro electroencefalográfico de bajo costo combinado con una bobina de tamaño milimétrico para impulsar la estimulación magnética transcraneal del cerebro del ratón in vivo. Utilizando electrodos de tornillo convencionales con un sustrato de matriz de múltiples electrodos flexible hecho a medida, se puede llevar a cabo la grabación multisitio desde el cerebro del ratón en respuesta a la estimulación magnética transcraneal.
En neurociencia, TMS y registro de EEG se utilizan con frecuencia para avanzar en nuestra comprensión del cerebro. TMS es especialmente prometedor debido a su no invasividad. La combinación de TMS con la grabación de EEG permite a los investigadores explorar la excitabilidad, la conectividad y la dinámica espaciotemporal en varias regiones del cerebro.
Este protocolo tiene como objetivo desarrollar un sistema de medición de estimulación simultánea para experimentos TMS-EEG con animales pequeños. Estos sistemas no se han desarrollado ampliamente, lo que obliga a los investigadores a crear un sistema de prueba y error de acuerdo con los requisitos experimentales únicos. Este enfoque fácilmente adaptable se puede configurar en laboratorios de neurociencia estándar, lo que lo hace más accesible y práctico para los investigadores.
Los hallazgos de este estudio avanzarán en la investigación y la elucidación de los mecanismos detrás de trastornos específicos en animales pequeños, que son modelos esenciales para los candidatos humanos. Además, estos modelos mejorarán su comprensión de las condiciones humanas y ayudarán a guiar la creación de tratamientos e intervenciones más efectivos.
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Resumen
Este estudio propone un sistema de grabación electroencefalográfica (EEG) de bajo costo combinado con una bobina de tamaño milimétrico para aplicar estimulación magnética transcraneal (TMS) in vivo en ratones. El sistema tiene como objetivo avanzar en la comprensión de la actividad cerebral mediante grabaciones multilocal, en respuesta a la TMS, permitiendo a los investigadores explorar la excitabilidad y la conectividad entre regiones cerebrales.
Componentes Clave del Estudio
Área de la Ciencia
- Neurociencia
- Electrofisiología
- Estimulación Magnética Transcraneal (TMS)
Antecedentes
- La TMS y el EEG se utilizan para estudiar la función cerebral de forma no invasiva.
- Las mediciones simultáneas de TMS-EEG mejoran la exploración de la dinámica cerebral.
- Los sistemas existentes para animales pequeños tienen limitaciones y requieren soluciones personalizadas.
- Este estudio desarrolla un sistema práctico y adaptable para laboratorios estándar.
Objetivo del estudio
- Crear un sistema de medición con estimulación simultánea para TMS-EEG en animales pequeños.
- Mejorar la accesibilidad y practicidad para la investigación en neurociencia.
- Clarificar los mecanismos subyacentes a los trastornos neurológicos utilizando modelos en animales pequeños.
Métodos Utilizados
- Registro de electroencefalografía (EEG) con una matriz multielectrodo flexible.
- Modelo de ratón bajo anestesia intraperitoneal para la colocación de electrodos y bobinas.
- Procedimientos quirúrgicos y de configuración detallados para la colocación óptima de electrodos y dispositivos de estimulación.
- Sesiones de registro y estimulación utilizando un generador de funciones y un sistema de adquisición de datos.
Resultados principales
- Grabaciones exitosas de formas de onda de EEG en respuesta al sonido y a la estimulación magnética transcraneal (TMS).
- Respuestas de polaridad negativa observadas tras la estimulación auditiva, con variaciones según la intensidad de la estimulación magnética.
- Amplitudes máximas incrementadas en las grabaciones de EEG correlacionadas con una estimulación aumentada.
- Los datos ilustran la capacidad del sistema para medir las respuestas cerebrales durante la TMS.
Conclusiones
- El estudio demuestra un montaje práctico para la realización simultánea de TMS-EEG en roedores.
- Esta metodología abre nuevas vías para investigaciones futuras sobre los mecanismos cerebrales relacionados con trastornos.
- Se anticipa una mejor comprensión de las afecciones neurológicas humanas y de tratamientos potenciales.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El registro simultáneo de EEG y la estimulación magnética transcraneal (TMS) en modelos de animales pequeños permite la interrogación directa de la excitabilidad neural y la conectividad, apoyando la validación temprana de objetivos en las líneas de desarrollo de neurofármacos. Este sistema de bajo costo y múltiples sitios facilita la evaluación reproducible y cuantitativa de las respuestas cerebrales, reduciendo la ambigüedad mecanicista y mejorando la confianza predictiva en el descubrimiento de fármacos para el SNC. Su accesibilidad y escalabilidad lo posicionan como una plataforma reutilizable para flujos de trabajo de neurofisiología preclínica.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la medición directa de las respuestas de los circuitos neuronales a perturbaciones controladas mediante estimulación magnética transcraneal (TMS).
- Apoya la validación funcional de dianas del sistema nervioso central mediante lecturas cuantitativas de EEG.
- Facilita la reducción de riesgos mecanicistas mediante el mapeo de patrones de actividad cerebral espacio-temporales.
- Mejora la confianza predictiva para el desarrollo de compuestos neuroactivos.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Proporciona una plataforma estandarizada de EEG multicanal para la selección de compuestos in vivo.
- Ofrece resultados electrofisiológicos cuantitativos y reproducibles para el desarrollo de ensayos.
- Permite escalabilidad y reutilización de la plataforma en múltiples dianas y modelos del SNC.
- Posibilita la evaluación confiable de intervenciones farmacológicas y neuromoduladoras.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Alinea perfiles de respuesta neural preclínicos con biomarcadores relevantes para la enfermedad.
- Mantiene la continuidad desde el descubrimiento inicial hasta la validación preclínica en modelos de animales pequeños.
- Apoya decisiones de avance ajustadas al riesgo basadas en puntos finales funcionales del SNC.
- Proporciona datos relevantes para la triage de carteras de SNC desde una perspectiva translacional.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
Este sistema se integra en el continuo de descubrimiento, desde la prueba inicial de hipótesis hasta la identificación de compuestos prometedores y la validación preclínica para programas del sistema nervioso central.
- Biología del Descubrimiento: Permite la interrogación basada en hipótesis de circuitos neuronales y la participación de dianas.
- Selección: Proporciona salidas cuantitativas de EEG listas para ensayos, para la evaluación de compuestos y dispositivos.
- Análisis: Apoya la comparación estadística de respuestas evocadas por estimulación en diferentes condiciones experimentales.
- Investigación Translacional: Conecta hallazgos mecanicistas en roedores con puntos finales del SNC relevantes para humanos.
- Reutilización Empresarial: Ofrece una plataforma flexible y de bajo costo adaptable a diversas necesidades de I+D en neurofarmacología.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la incertidumbre mecanicista en la validación de dianas del SNC.
- Valor operativo: Estandariza los flujos de trabajo multisitio de EEG-TMS para garantizar la reproducibilidad y escalabilidad.
- Valor estratégico: Permite tomar decisiones informadas de avance o interrupción del desarrollo y una gestión eficiente del capital en carteras de fármacos para el SNC.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo y el avance de activos neuroactivos.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en cirugía de animales pequeños y neurofisiología.
- Necesita acceso a instrumentación básica de electrofisiología y sistemas de adquisición de datos.
- Exige estandarización entre equipos en la colocación de electrodos y los protocolos de estimulación.
- Adaptable a diversos modelos de roedores y paradigmas experimentales.
- Las limitaciones potenciales incluyen la variabilidad en las respuestas de los animales y la necesidad de personalizar los protocolos.
