הקלטות חד-אלקטרודות חד-אלקטרודות חד-פעמיות חריפות מגזע המוח של עכברים בעלי ראש קבוע
11 באוקטובר 2024
פרוטוקול זה מתאר שיטה להשגת הקלטות של נוירון יחיד בצפיפות גבוהה מגזע המוח של עכברים בעלי ראש קבוע. גישה זו מיושמת כדי למדוד את פוטנציאל הפעולה של ירי נוירונים באפור פריאקוודוקטלי וונטרולטרלי - אזור בגזע המוח שאינו פעיל במהלך שנת REM (Rapid Eye Movement) - לפני ובמהלך הרדמה כללית.
המעבדה שלנו חוקרת את ההשפעות של חומרי הרדמה נפוצים על נוירונים הקשורים לשינה ועל מסלולי התקשורת שלהם. אנו שואפים להבין טוב יותר כיצד חומרי הרדמה משפיעים על מסלולי שינה אנדוגניים ומשפיעים על שינה וקוגניציה פרי-ניתוחית. לאחרונה זיהינו את המצע האנטומי לחלק משינויי השינה הנגרמים על ידי סוגים מסוימים של הרדמה כללית.
עשינו זאת באמצעות עכברים מהונדסים גנטית שבהם יש ביטוי אנדוגני של c-Fos, סמן של הפעלה עצבית. אולם באמצעות השיטה החדשה הזו נוכל למדוד ישירות את ההתרגשות התאית בקבוצות של תאי עצב בגזע המוח שקשורות לשינה. זהו יתרון משמעותי על פני פשוט לכמת ביטוי c-Fos כסמן חלופי של הפעלה עצבית.
הצעד הבא שלנו יהיה לחקור את המנגנונים התאיים והמולקולריים העומדים בבסיס שינויי השינה הנגרמים על ידי סוגים מסוימים של חומרי הרדמה כללית. זה יכלול מדידת עוררות תאית בנוירונים בגזע המוח הקשורים לשינה באמצעות בדיקות נוירופיקסל, כמו גם שימוש בגישות שעתוק מרחבי כדי לכמת ולמפות את ביטוי הגנים הקשורים לשינה באזורים אלה.
סקירה כללית
מחקר זה מציג פרוטוקול להשגת הקלטות in vivo בצפיפות גבוהה של נוירונים בודדים מגזע המוח של עכברים מקובעי ראש. המתודולוגיה משמשת להערכת פוטנציאלי הפעולה של נוירונים באזור ה-ventrolateral periaqueductal gray, ובמיוחד במהלך הרדמה כללית והשפעותיה על פעילות נוירונים הקשורה לשינה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- מדעי המוח
- אלקטרופיזיולוגיה
- חקר השינה
רקע
- חוקר את השפעתם של חומרי הרדמה על הפעילות העצבית.
- מתמקד בנוירונים הקשורים לשינה ובנתיבי התקשורת שלהם.
- משתמש בעכברים שעברו שינוי גנטי המבטאים C-fos כסמן להפעלה.
- שואף למדוד באופן ישיר את העירור התאי בנוירונים הקשורים לשינה.
מטרת המחקר
- להבנת האופן שבו חומרי הרדמה משפיעים על מסלולי שינה אנדוגניים.
- לבחינת מנגנונים תאיים ומולקולריים של שינויים בשינה המושרים על ידי הרדמה.
- לשיפור מתודולוגיות למדידת עירור נוירונלי במהלך שינה והרדמה.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- עושה שימוש במגשים מסיליקון בצפיפות גבוהה להקלטות אלקטרופיזיולוגיות.
- משתמש במודלים של עכברים עם ראש מקובע למיקוד מדויק בגזע המוח.
- לא צוינה ניתוח מולטי-אומיקה.
- כולל הליכים כירורגיים מפורטים הכוללים קרניוטומיה והחדרת מגשים.
- מקליט פריקה עצבית לפני ובמהלך מתן הרדמה ב-Sevoflurane.
תוצאות עיקריות
- המחקר מצא ירידה משמעותית בפריקה העצבית ב-vlPAG במהלך הרדמה ב-Sevoflurane.
- מדידה ישירה של עירור תאי מספקת תובנות מעבר לביטוי של C-fos לבדו.
- הממצאים תומכים בהשערה שחומרי הרדמה מווסתים פעילות עצבית הקשורה לשינה.
- התוצאות מראות ירידה עקבית בעירור בכל נוירוני ה-vlPAG שנבדקו.
מסקנות
- שיטה זו מאפשרת חקירה ישירה של עירור נוירונלי במהלך הרדמה.
- הבנה משופרת של המנגנונים המווסתים את השינה ואת השפעות ההרדמה.
- השלכות על מחקרים עתידיים בנושא תקשורת נוירונלית בהקשרי הרדמה.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הקלטות של יחידות בודדות בצפיפות גבוהה מאזורים עמוקים בגזע המוח בעכברים מקובעי ראש מאפשרות הערכה כמותית וישירה של עירור נוירונלי הרלוונטי למנגנוני שינה והרדמה. גישה זו משפרת את הביטחון החזוי בתיקוף מטרות לגילוי תרכובות נוירו-אקטיביות, במיוחד כאשר מבני מוח עמוקים מעורבים. גישה מהימנה ל-ventrolateral periaqueductal gray (vlPAG) תומכת ברציפות תרגומית מחקירה מנגנונית לפיתוח מודלים פרה-קליניים בקווי פיתוח של תרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח של ביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מדידה ישירה של עוררות עצבית בגרעיני גזע המוח הקשורים לשינה ולהרדמה.
- מאפשרת הפחתת סיכונים מכניסטית על ידי כימות שינויים בפוטנציאל הפעולה בתגובה לחומרי הרדמה.
- תומכת בתיקוף תפקודי של מטרות מעבר לסמנים חליפיים כגון ביטוי C-fos.
- מקלה על חקירה מבוססת השערות של המסלולים העצביים העומדים בבסיס הוויסות של השינה.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- מבסס מדדים אלקטרופיזיולוגיים שעברו תיקוף לצורך סריקת תרכובות בשלבים הבאים.
- מספק תוצאים כמותיים הניתנים לשחזור לצורך סטנדרטיזציה של בדיקות במחקר של מערכת העצבים המרכזית (CNS).
- מאפשר הכנה של מערכות רלוונטיות למחלה לצורך הערכת סוכנים נוירו-אקטיביים.
- תומך ביכולת הרחבה (scalability) ובשימוש חוזר בפלטפורמה עבור מחקרי רישום עצבי רב-אזוריים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מיישם מודלים פרה-קליניים עם מעגלים עצביים רלוונטיים למחלה המעורבים בשינה ובהרדמה.
- מאפשר רציפות ממחקרי מנגנונים בשלב הגילוי להערכת יעילות פרה-קלינית.
- תומך בהחלטות קידום מותאמות סיכון באמצעות אספקת נתונים עצביים כמותיים ואמינים.
- מסייע בפיתוח סמנים ביולוגיים תרגומיים באמצעות מדידה ישירה של פעילות עצבית.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
שיטה זו משתלבת ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני על ידי מתן אפשרות למדידה ישירה של פעילות עצבית באזורים עמוקים במוח, ובכך היא תומכת הן בתיקוף המטרה והן במחקר תרגומי בפיתוח תרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
- ביולוגיה של גילוי: מספקת בדיקה כמותית של השערות בנוגע למעורבות של מסלולים עצביים בשינה ובהרדמה.
- סריקה: מספקת פלטים אלקטרופיזיולוגיים הניתנים לשחזור לצורך הערכת תרכובות במעגלי גזע המוח שעברו תיקוף.
- אנליטיקה: מייצרת נתוני פוטנציאל פעולה ברזולוציה גבוהה לצורך השוואה סטטיסטית בין תנאים ניסויים שונים.
- מחקר תרגומי: מקשר בין ממצאים מכניסטיים למודלים פרה-קליניים על ידי התמקדות בגרעיני גזע המוח הרלוונטיים למחלה.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה ניתנת לשימוש חוזר להקלטה עצבית רב-אזורית בתוכניות מחקר מגוונות של מערכת העצבים המרכזית (CNS).
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות במערכת העצבים המרכזית (CNS).
- ערך תפעולי: מתקנן נהלי הקלטה מעומק המוח לצורך הדירות ויכולת הרחבה.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת החלטות ה-go/no-go ואת יעילות ההון על ידי אספקת נתונים עצביים חזקים בשלב מוקדם של תהליך הפיתוח.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של תוכניות CNS מותאם סיכון, המבוסס על מדידות ישירות של פעילות עצבית.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בניתוחים סטריאוטקסיים ובטכניקות של רישום אלקטרופיזיולוגי.
- מחייב ציוד ייעודי, הכולל גששים מסיליקון ומערכות רישום ברזולוציה גבוהה.
- דורש סטנדרטיזציה קפדת של פרוטוקולים כירורגיים ואנליטיים בין הצוותים השונים.
- התאמה למערכות מודל שונות עשויה לדרוש כיול מחדש של הקואורדינטות וזוויות ההחדרה.
- מגבלות פוטנציאליות כוללות את המורכבות הכירורגית ושונות בתגובה לאלחשון בקרב אוכלוסיות נוירונליות.
