חקר פרופילי הקידוד של גירוי סומטי על תגובות עצביות נעולות לבביות בקרן הגב של עמוד השדרה של החולדה
May 23rd, 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.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
סקירה כללית
מחקר זה מתאר פרוטוקול חדשני להקלטת חוץ-תאית רב-ערוצית בעמוד השדרה לצד הערכת תפקוד לבבי כדי לנתח נוירונים בקרן הגבית של עמוד השדרה הנעולים למחזור הלב. מסגרת מסונכרנת זו חיונית לחקר מנגנונים בעמוד השדרה המושפעים משינוי תפקודי בטני הקשורים לדיקור.
רכיבי מחקר עיקריים
תחום המדע
- נוירולוגיה
- פיזיולוגיה לבבית
- מחקר דיקור
רקע
- הקשר בין חוט השדרה לוויסות הלב מורכב ואינו מובן במלואו.
- דיקור עשוי לשנות מנגנונים בעמוד השדרה המשפיעים על תגובות קרדיווסקולריות.
- שיטות עכשוויות לרוב חסרות רזולוציה זמנית במעקב סימולטני אחר פעילות עצבית ופעילות לבבית.
מטרת המחקר
- לפתח שיטה למעקב בזמן אמת אחר פעילות בעמוד השדרה ובלב כדי להבין טוב יותר את האינטראקציות ביניהן.
- להעריך האם נקודות דיקור ספציפיות יכולות לספק יתרונות טיפוליים למצבים קרדיווסקולריים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- המחקר השתמש במערכת הקלטה חוץ-תאית רב-ערוצית בעמוד השדרה לצד ניטור אלקטרוקרדיוגרפי.
- חולדות ניסוי עוברות סדרת פרוצדורות כירורגיות לייצוב אזורי עמוד השדרה החזיים.
- הזרקת ברדיקינין הוכנסה לגירוי נוציספטי לבבי, תוך שמירה קפדנית על סינכרון ההקלטות.
תוצאות עיקריות
- נוירונים בקרן הגבית של עמוד השדרה הפגינו דפוסי קידוד ספייקים מגוונים שהתואמו לגלי ECG.
- ברדיקינין שינתה באופן משמעותי את דפוסי ירי הנוירונים, מה שמרמז שנוירונים בעמוד השדרה הקשורים ללב מגיבים באופן דינמי לגירויים נוציספטיביים.
- התוצאות מצביעות על מנגנון אפשרי שבאמצעותו דיקור עשוי להשפיע על תוצאות קרדיווסקולריות באמצעות וויסות פעילות הנוירונים בעמוד השדרה.
מסקנות
- פרוטוקול זה מאפשר ניטור סימולטני של תפקוד עצבי ותפקוד לבבי, ופותח שבילים למחקר בהפרעות קרדיווסקולריות.
- המחקר מדגיש את הפוטנציאל של דיקור כאסטרטגיה טיפולית להתקף לב באמצעות השפעותיו על פעילות הנוירונים בעמוד השדרה.
- חקירות נוספות עשויות להבהיר מנגנונים בסיסיים והשלכות טיפוליות עבור מצבים הקשורים ללב.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
Simultaneous monitoring of cardiac-locked neuronal responses in the thoracic spinal dorsal horn enables mechanistic de-risking of neuromodulation strategies for cardiovascular indications. This protocol advances predictive confidence in target validation by integrating high-temporal-resolution neural and cardiac data, supporting translational continuity from discovery to preclinical research. The approach is strategically positioned to inform portfolio decisions on neuromodulatory interventions for cardiac dysfunction.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of somatocardiac reflex pathways relevant to cardiovascular disease mechanisms.
- Supports functional target validation by linking neuronal firing patterns to cardiac events.
- Facilitates mechanistic de-risking for neuromodulation-based therapeutic hypotheses.
Screening & Assay Development
- Establishes a validated system for synchronized neural and cardiac electrophysiological recording.
- Provides quantitative, reproducible outputs for evaluating neuromodulatory interventions.
- Enables assay standardization for downstream compound or device screening targeting spinal-cardiac circuits.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with disease-relevant cardiac and neural biomarkers.
- Supports continuity from mechanistic discovery to preclinical validation of neuromodulation strategies.
- Informs risk-adjusted advancement of candidates targeting spinal-cardiac integration.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol bridges early discovery and preclinical validation by enabling synchronized analysis of neural and cardiac responses to somatic stimulation in vivo.
- Discovery Biology: Provides a platform for hypothesis testing of spinal-cardiac regulatory mechanisms.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative neural and cardiac readouts for candidate evaluation.
- Analytics: Supports statistical comparison of neuronal firing distributions and cardiac event synchronization.
- Translational Research: Aligns with biomarker-driven preclinical models for cardiovascular neuromodulation.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable workflow for cross-program mechanistic studies of somatic and visceral integration.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in neuromodulation targets for cardiac regulation.
- Operational Value: Standardizes high-resolution neural and cardiac data acquisition for reproducibility.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions for neuromodulatory portfolio assets.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of candidates with validated mechanistic links to cardiac outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in in vivo electrophysiology and thoracic spinal surgery.
- Demands specialized instrumentation for microelectrode array and ECG synchronization.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of data acquisition and analysis protocols.
- Adaptation to other model systems may require protocol optimization for anatomical and physiological differences.
- Stable thoracic fixation and consistent neural-cardiac synchronization are critical for data integrity.
