Enregistrements aigus à une unité et à plusieurs électrodes du tronc cérébral de souris fixées à la tête
11 octobre 2024
Ce protocole décrit une méthode permettant d’obtenir in vivo des enregistrements de neurones uniques à haute densité à partir du tronc cérébral de souris fixées à la tête. Cette approche est déployée pour mesurer le potentiel d’action des neurones dans le gris périaqueducal ventrolatéral - une région du tronc cérébral inactive pendant le sommeil paradoxal - avant et pendant l’anesthésie générale.
Notre laboratoire étudie les effets des anesthésiques couramment utilisés sur les neurones liés au sommeil et leurs voies de communication. Notre objectif est de mieux comprendre comment les anesthésiques influencent les voies endogènes du sommeil et affectent le sommeil et la cognition périopératoires. Récemment, nous avons identifié les substrats anatomiques de certains des changements de sommeil causés par certains types d’anesthésiques généraux.
Nous l’avons fait en utilisant des souris génétiquement modifiées chez lesquelles il existe une expression endogène de c-Fos, un marqueur de l’activation neuronale. Cependant, en utilisant cette nouvelle technique, nous serons en mesure de mesurer directement l’excitabilité cellulaire dans des groupes de neurones du tronc cérébral associés au sommeil. Il s’agit d’un avantage majeur par rapport à la simple quantification de l’expression de c-Fos en tant que marqueur de substitution de l’activation neuronale.
Notre prochaine étape consistera à étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents aux changements du sommeil induits par certains types d’anesthésiques généraux. Il s’agira de mesurer l’excitabilité cellulaire dans les neurones du tronc cérébral associé au sommeil à l’aide de sondes neuropixellisées, ainsi que d’utiliser des approches transcriptomiques spatiales pour quantifier et cartographier l’expression des gènes liés au sommeil dans ces zones.
Aperçu
Cette étude présente un protocole pour obtenir des enregistrements in vivo à haute densité de neurones uniques du tronc cérébral de souris ayant la tête fixée. La méthodologie est utilisée pour évaluer le déclenchement du potentiel d'action des neurones dans le gris périaqueductal ventrolatéral, en particulier pendant l'anesthésie générale et ses effets sur l'activité des neurones liés au sommeil.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neuroscience
- Électrophysiologie
- Recherche sur le sommeil
Contexte
- Investigue l'impact des anesthésiques sur l'activité neuronale.
- Se concentre sur les neurones liés au sommeil et leurs voies de communication.
- Utilise des souris génétiquement modifiées exprimant C-fos comme marqueur d'activation.
- Cherche à mesurer directement l'excitabilité cellulaire dans les neurones associés au sommeil.
Objectif de l'étude
- Comprendre comment les anesthésiques affectent les voies endogènes du sommeil.
- Explorer les mécanismes cellulaires et moléculaires des changements de sommeil induits par l'anesthésie.
- Améliorer les méthodologies de mesure de l'excitabilité neuronale pendant le sommeil et l'anesthésie.
Méthodes utilisées
- Utilise des sondes en silicium à haute densité pour les enregistrements électrophysiologiques.
- Employ des modèles de souris à tête fixée pour un ciblage précis du tronc cérébral.
- Aucune analyse multiomique mentionnée.
- Implique des procédures chirurgicales détaillées incluant la craniotomie et l'insertion de la sonde.
- Enregistre le déclenchement neuronal avant et pendant l'administration d'anesthésie au Sevoflurane.
Principaux résultats
- L'étude a trouvé une diminution significative du déclenchement neuronal du vlPAG pendant l'anesthésie au Sevoflurane.
- La mesure directe de l'excitabilité cellulaire fournit des informations au-delà de l'expression C-fos seule.
- Les résultats soutiennent l'hypothèse que les anesthésiques modulent l'activité neuronale liée au sommeil.
- Les résultats montrent une diminution constante de l'excitabilité dans tous les neurones vlPAG évalués.
Conclusions
- Cette méthode permet une investigation directe de l'excitabilité neuronale pendant l'anesthésie.
- Meilleure compréhension des mécanismes régulant les effets du sommeil et de l'anesthésie.
- Implications pour les études futures sur les communications neuronales dans les contextes anesthésiques.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
High-density single-unit recordings from deep brainstem regions in head-fixed mice enable direct, quantitative assessment of neuronal excitability relevant to sleep and anesthesia mechanisms. This approach advances predictive confidence in target validation for neuroactive compound discovery, particularly where deep brain structures are implicated. Reliable access to the ventrolateral periaqueductal gray (vlPAG) supports translational continuity from mechanistic interrogation to preclinical model development in CNS drug pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Directly measures neuronal excitability in sleep- and anesthesia-associated brainstem nuclei.
- Enables mechanistic de-risking by quantifying action potential changes in response to anesthetic agents.
- Supports functional target validation beyond surrogate markers like C-fos expression.
- Facilitates hypothesis-driven interrogation of neural pathways underlying sleep modulation.
Screening & Assay Development
- Establishes validated electrophysiological readouts for downstream compound screening.
- Provides reproducible, quantitative outputs for assay standardization in CNS research.
- Enables preparation of disease-relevant systems for evaluating neuroactive agents.
- Supports scalability and platform reuse for multi-region neural recording studies.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with disease-relevant neural circuitry implicated in sleep and anesthesia.
- Enables continuity from discovery-stage mechanistic studies to preclinical efficacy evaluation.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by providing robust, quantitative neural data.
- Facilitates translational biomarker development through direct neural activity measurement.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling direct neural activity measurement in deep brain regions, supporting both target validation and translational research in CNS drug development.
- Discovery Biology: Provides quantitative hypothesis testing of neural pathway involvement in sleep and anesthesia.
- Screening: Delivers reproducible electrophysiological outputs for compound evaluation in validated brainstem circuits.
- Analytics: Generates high-resolution action potential data for statistical comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Bridges mechanistic findings to preclinical models by targeting disease-relevant brainstem nuclei.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for multi-region neural recording in diverse CNS research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in CNS target validation.
- Operational Value: Standardizes deep brain recording procedures for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by providing robust neural data early in the pipeline.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of CNS programs based on direct neural activity measurements.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery and electrophysiological recording techniques.
- Demands specialized instrumentation, including silicon probes and high-resolution recording systems.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of surgical and analytical protocols.
- Adaptation across model systems may require recalibration of coordinates and insertion angles.
- Potential limitations include surgical complexity and variability in anesthetic response among neuronal populations.
