חקר פרופילי הקידוד של גירוי סומטי על תגובות עצביות נעולות לבביות בקרן הגב של עמוד השדרה של החולדה
23 במאי 2025
אנו מתארים פרוטוקול להקלטה חוץ-תאית רב-ערוצית בעמוד השדרה לצד הקלטה וניתוח של נוירונים של קרן גב עמוד השדרה הנעולים על הלב. שיטה זו מציעה מסגרת מסונכרנת זמנית לחקר מנגנוני עמוד השדרה העומדים בבסיס שינויים תפקודיים קרביים של בית החזה הנגרמים על ידי דיקור סיני.
המחקר שלי מפענח את השפעות נוירומודולציה בעמוד השדרה של ויסות לב וכלי דם באמצעות פרוטוקול MEA מיוצב בעמוד השדרה החזי, המאפשר אלפיות שנייה לעבד ולנתח חלקיק כמו דינמיקת SDHN.
אתגרי הניסוי הנוכחיים כוללים השגת ייצוב אמין של עמוד השדרה החזי כדי למנוע איומים נוירולוגיים. אופטימיזציה של פרוטוקולי ההתחלה ליציבות עצבית וכן הבטחת סנכרון א.ק.ג ברמת אלפית שנייה.
[יון ליו] הפרוטוקול שלנו סיפק גישה כללית לניטור בו-זמני של פעילות עצבית ותפקודי לב, ועל ידי שילוב של הקלטות של אלקטרוקרדיוגרמות ומיקרו-אלקטרודות, מחק התגברות על רזולוציה זמנית נמוכה, מאשר הדמיית סידן.
התוצאות שלנו מקדמות חקירה האם נוירונים בעמוד השדרה הממוקמים בלב מניעים את התקדמות MI, ואם אפנון דיקור ספציפי לנקודת דיקור מציע יתרונות טיפוליים לאוטם שריר הלב.
[קריין] כדי להתחיל, בדוק צינורית בצורת Y כדי לוודא שהיא יבשה לחלוטין. בעזרת מספריים קפיציים, בצע חתך רוחבי בקנה הנשימה של חולדה מורדמת. הכנס את הצינורית לפתח קנה הנשימה. אבטח את צינורית קנה הנשימה עם שלושה אפס תפרים שאינם נספגים כדי למנוע דליפת אוויר והוצאת צינורות בשוגג. לאחר מכן, הכניסו שלוש אלקטרודות לעור החולדה. הנח את האלקטרודה החיובית בגפה התחתונה השמאלית, את האלקטרודה הקרקעית בגפה התחתונה הימנית ואת האלקטרודה השלילית בגפה העליונה הימנית. הניחו את החולדה במצב שכיבה. לאחר חיטוי העור, בצע כריתת בית החזה כדי לחשוף את התימוס. לאחר מכן השתמש בקצה מחט ניתוח זכוכית כדי ליצור פתח קטן בקרום הלב. כעת הכנס קטטר סיליקון עם כמה חורים קטנים בקצהו הדיסטלי סנטימטר עד שני סנטימטרים לתוך קרום הלב דרך החתך. הצמד את הקטטר לרקמת דופן בית החזה באמצעות BioGlue. לאחר מכן, בצע דיקור ידני בנקודת הדיקור PC 6 באמצעות פרמטר גירוי של הרץ אחד. הכנס מחטי דיקור למחשב שש נקודות צבירה בעומק של כשלושה מילימטרים. הסר את השרירים המחוברים למהדק הראש ואת החלק הישר של שרירי הצוואר הארוך כדי לחשוף את התהליכים הקוצניים של חוליות בית החזה השנייה. לאחר מכן עקור את שרירי חצי הספינאליס והספינליס כדי לחשוף את קשת החוליות מ- T2 ל- T6. בעזרת רונג'ורים, הסר את התהליך הקוצני של חוליות T3 כדי לחשוף את חוט השדרה T3. לקיבוע חוליות בית החזה, השתמש במהדק עמוד שדרה מותאם אישית כדי לאבטח את התהליכים המפרקיים של T2 ו- T6. יש להרטיב את השרירים שמסביב במי מלח כדי לשמור על לחות. כעת חבר את מערך האלקטרודות למניפולטור המיקרו של מכשיר סטריאוטקטי. הכנס אותו אנכית לקרן הגב T3 של חוט השדרה דרך החריץ החציוני הגבי. לאחר מכן הכנס את אלקטרודת הייחוס לשריר הגב. לגירוי, טען מזרק מיקרוס המחובר לצנתר סיליקון בעל חורים מרובים עם תמיסת ברדיקינין. הזרקו ארבעה מיקרוליטר מהתמיסה וגרמו לגירוי לבבי. התבונן בשינויים בקצב הלב ובהפרשות עצביות בקרן הגב של חוט השדרה T3 תוך 30 דקות מההזרקה. הפעל את התוכנה כדי לייבא את הנתונים העצביים המוקלטים בפורמט .ns6. גרור ושחרר את קובץ ה- .ns6 לתוכנית. בחר קובץ ולחץ על שמור בשם, ולאחר מכן בחר את פורמט .nex5 הבא כדי ליצור נתוני רכבת ספייק סטנדרטיים. ייבא את קבצי ה- .nex5 שהומרו לתוכנת הסיווג. בצע את הקוד הרלוונטי לסינון וסיווג האותות. לאחר מכן מיין צורות גל ספייק על סמך מאפייני צורת הגל וניתוח רכיבי העיקרון עם פרמטרי סף המוגדרים בפלוס מינוס שלוש סטיות תקן מרעש הבסיס. נתח את נוירוני קרן הגב של עמוד השדרה הנעול על ידי הפעלת MATLAB. הגדר את הפרמטרים הניסיוניים. לחץ על הפעל כדי לבצע. נוירונים שתועדו מערוץ 19, הראו רכבות ספייק קצביות צפופות עם דפוס מתאם סימטרי וקבוצות צורות גל מקובצות היטב ב-PCA. נוירונים מערוץ 11 התפצלו לשלושה פרופילי ירי נפרדים, כל אחד עם תכונות מתאם אוטומטי ייחודיות ואשכולות צורות גל PCA. נוירונים נעולים לבביים בערוץ 17 C ו-21 A שנורים בקצב עם א.ק.ג הם גלים בקו הבסיס, אך ברדיקינין שיבש את הדפוס הזה והכניס אשכולות ספייק חדשים בין גלי P ו-Q. MAPC6 החזיר את הירי הנעול על הגל שלנו, אם כי קצב זה ירד שוב לאחר MAPC6. ברדיקינין הגדיל בחדות את שיעור הנוירונים הנרגשים בעוד ש-MAPC6 הפחית את התגובה הזו. לעומת זאת, פרופורציות הנוירונים המעכבים ירדו עם ברדיקינין אך התאוששו לאחר MAPC6. Chan21a ירה בסנכרון עם גל ה-ECG P בקו הבסיס, התקבץ בין גלי P ו-Q לאחר ברדיקינין וננעל מחדש לגל P בעקבות MAPC6.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מתאר פרוטוקול חדש להקלטה חוץ-תאית רב-ערוצית של העמוד השדרה במקביל להערכת תפקוד לבבי, במטרה לנתח נוירונים בקרן הגב של חוט השדרה המסונכרנים לפעילות הלב. מסגרת מסונכרנת זו חיונית לחקר מנגנונים שדרתיים המושפעים משינויים תפקודיים של איברים פנימיים בחזה הקשורים לדיקור סיני.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- פיזיולוגיה של הלב
- מחקר דיקור סיני
רקע
- הקשר בין חוט השדרה לבין הבקרה הלבבית הוא מורכב ואינו מובן במלואו.
- דיקור סיני עשוי לווסת מנגנונים ספנליים אלו המשפיעים על תגובות קרדיווסקולריות.
- שיטות נוכחיות סובלות לרוב ממחסור ברזולוציה זמנית בניטור בו-זמני של פעילויות עצביות ולבביות.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה לניטור בזמן אמת של פעילות השריר והלב על מנת להבין טוב יותר את האינטראקציות ביניהם.
- הערכה האם נקודות דיקור ספציפיות יכולות לספק יתרונות טיפוליים למצבים קרדיווסקולריים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- במחקר נעשה שימוש במערכת הקלטה חוץ-תאית רב-ערוצית של עמוד השדרה לצד ניטור אלקטרוקרדיוגרם.
- חולדות ניסוי עברו סדרה של פרוצדורות כירורגיות לייצוב אזורי עמוד השדרה בחזה.
- הוזרק ברדיקינין לצורך גירוי נוציצפטי לבבי, בעוד שסנכרון ההקלטות נשמר בדקדוק.
תוצאות עיקריות
- נוירונים בקרן הגב הדורסלית של חוט השדרה הראו דפוסי קידוד של פולסים (spikes) מגוונים שהיו במתאם עם גלי ECG.
- ברדיקינין שינה באופן משמעותי את דפוסי הפריקה הנוירונלית, מה שמעיד על כך שנוירונים ספונטניים בחוט השדרה הקשורים ללב מגיבים באופן דינמי לגירויים נוציצפטיביים.
- הממצאים מצביעים על מנגנון פוטנציאלי שדרכו עשוי דיקור סיני להשפיע על תוצאות קרדיווסקולריות באמצעות ויסות של פעילות נוירונלית בחוט השדרה.
מסקנות
- פרוטוקול זה מאפשר ניטור סימולטני של תפקוד עצבי ולבי, ובכך פותח נתיבים למחקר של הפרעות קרדיו-וסקולריות.
- המחקר מדגיש את הפוטנציאל של דיקור כסטרטגיה טיפולית עבור אוטם שריר הלב (myocardial infarction) באמצעות השפעותיו על פעילות נוירונים בעמוד השדרה.
- בדיקות נוספות עשויות להבהיר את המנגנונים הבסיסיים ואת ההשלכות הטיפוליות עבור מצבים הקשורים ללב.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
ניטור סימולטני של תגובות נוירונליות מסונכרנות ללב בקרן הגב הדורסלית של החזה מאפשר הפחתת סיכונים מכניסטית של אסטרטגיות נוירומודולציה להתוויות קרדיווסקולריות. פרוטוקול זה מגביר את הביטחון החזוי בתיקוף המטרה על ידי שילוב של נתונים עצביים ולביים ברזולוציית זמן גבוהה, ובכך תומך ברצף תרגומי משלב הגילוי ועד למחקר פרה-קליני. גישה זו ממוקמת אסטרטגית כדי להנחות החלטות פורטפוליו בנוגע להתערבויות נוירומודולטוריות לתפקוד לקוי של הלב.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר חקירה של מסלולי רפלקס סומטוקרדיאלי הרלוונטיים למנגנונים של מחלות קרדיווסקולריות.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של מטרות על ידי קישור דפוסי פריקה עצבית לאירועים לבביים.
- מסייע בהפחתת סיכונים מכניסטיים עבור היפותזות טיפוליות המבוססות על נוירומודולציה.
סריקה ופיתוח בדיקות
- מקיים מערכת מתוקף להקלטה אלקטרופיזיולוגית מסונכרנת של מערכת העצבים והלב.
- מספק פלטים כמותיים הניתנים לשחזור לצורך הערכת התערבויות נוירומודולטוריות.
- מאפשר סטנדרטיזציה של הבדיקה עבור סריקת תרכובות או מכשירים בשלבים הבאים, המכוונים למעגלים ספינליים-לבביים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה מודלים פרה-קליניים עם סמנים ביולוגיים קרדיאליים ועצביים הרלוונטיים למחלה.
- תומך ברצף מהגילוי המכניסטי ועד לתיקוף פרה-קליני של אסטרטגיות לניורומודולציה.
- מספק מידע לקידום מותאם-סיכון של מועמדים המכוונים לאינטגרציה של עמוד השדרה והלב.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
פרוטוקול זה מגשר בין שלבי הגילוי המוקדמים לבין תיקוף פרה-קליני, בכך שהוא מאפשר ניתוח מסונכרן של תגובות עצביות ומספריות לגירוי סומטי in vivo.
- ביולוגיה של גילוי: מספקת פלטפורמה לבדיקת השערות לגבי מנגנונים רגולטוריים של מערכת העצבים הספינלית והלב.
- סריקה: מספקת תוצאי קריאה עצביים ולביים כמותיים וניתנים לשחזור להערכת מועמדים.
- אנליטיקה: תומכת בהשוואה סטטיסטית של התפלגויות פריקה עצבית וסנכרון אירועי לב.
- מחקר תרגומי: תואם למודלים פרה-קליניים מונחי-ביומארקרים עבור נוירומודולציה קרדיווסקולרית.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע זרימת עבודה הניתנת לשימוש חוזר למחקרים מכניסטיים חוצה-תוכניות של אינטגרציה סומטית וויסראלית.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ביעדי נוירומודולציה לוויסות לבבי.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של רכישת נתונים עצביים ולבביים ברזולוציה גבוהה לצורך הדירות.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות מושכלת של המשך או הפסקה (go/no-go) עבור נכסי פורטפוליו של נוירומודולציה.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם-סיכון של מועמדים עם קשרים מכניסטיים מתוקפים לתוצאות לבביות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות באלקטרופיזיולוגיה in vivo ובניתוחים של חוט השדרה החזיתי.
- דורש מכשור ייעודי לסנכרון בין מערך מיקרו-אלקטרודות לבין ECG.
- מחייב סטנדרטיזציה קפדת בין צוותים לפרוטוקולי רכישת נתונים וניתוחם.
- התאמה למערכות מודל אחרות עשויה לדרוש אופטימיזציה של הפרוטוקול בשל הבדלים אנטומיים ופיזיולוגיים.
- קיבוע חזיתי יציב וסנכרון עצבי-לבבי עקבי הם קריטיים לשמירה על תקינות הנתונים.
