Microscopia olografica a due fotoni per studiare l'attività neurale e la connettività in un modello murino

Rilevanza Industriale del Progetto

Questo metodo consente un'analisi precisa della funzione dei circuiti neurali in modelli svegli, supportando la validazione degli obiettivi nella scoperta di farmaci nel campo delle neuroscienze. Combinando la stimolazione optogenetica olografica con l'imaging del calcio a due fotoni, fornisce letture quantitative dell'attivazione neuronale e della connettività. Questo approccio aumenta la fiducia predittiva nella riduzione del rischio degli obiettivi nelle fasi iniziali dello sviluppo di terapie per il sistema nervoso centrale.

Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma

Scoperta Precoce e Validazione del Target

• Valore scientifico: Indaga le relazioni causali tra specifiche popolazioni neuronali e l'attività della rete per validare ipotesi terapeutiche.
• Valore operativo: Permette la dissezione funzionale di circuiti neurali con risoluzione cellulare in stati fisiologicamente rilevanti di veglia.
• Valore strategico: Favorisce la riduzione del rischio sui bersagli confermando il loro coinvolgimento e gli effetti a valle in reti neurali pertinenti alla malattia.

Sviluppo di screening e saggi

• Valore scientifico: Genera letture quantitative basate sulla fluorescenza dei modelli di attivazione neuronale per lo sviluppo di saggi.
• Valore operativo: Fornisce parametri riproducibili di stimolazione e acquisizione immagini per formati saggio standardizzati.
• Valore strategico: Consente lo screening di modulatori che alterano la connettività neuronale o l'eccitabilità in microcircuiti controllati.

Ricerca Translazionale e Preclinica

• Valore scientifico: Collega i risultati ottenuti in vitro alla funzione dei circuiti integri in strati corticali rilevanti per la patologia.
• Valore operativo: Utilizza preparazioni con finestra cranica cronica compatibili con studi longitudinali in modelli di malattia.
• Valore strategico: Fornisce informazioni per studi sui meccanismi d'azione, mappando come i composti influenzano specifici percorsi neuronali.

Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro

Il metodo si inserisce nei flussi di lavoro della fase iniziale di scoperta, in cui la comprensione meccanicistica dell'interazione con il bersaglio nei circuiti neurali guida la selezione e l'ottimizzazione dei composti promettenti.

• Biologia della scoperta: Verifica se la modulazione di un neurone bersaglio altera l'attività in popolazioni sinapticamente connesse, chiarificando gli effetti a livello di circuito.
• Screening: Fornisce transitori del calcio evocati da stimolazione come lettura quantificabile e dose-dipendente per lo screening di composti.
• Analisi: Misura le variazioni di fluorescenza nei neuroni bersaglio e in quelli connessi per calcolare indici di connettività e soglie di risposta.
• Ricerca traslazionale: Collega il targeting cellulare a esiti a livello di rete in topi svegli, migliorando la rilevanza per la patofisiologia umana.
• Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile per esplorare diversi bersagli in diverse regioni cerebrali e modelli di malattia.

Impatto Operativo ed Aziendale

• Valore scientifico: Riduce l'ambiguità meccanicistica collegando la manipolazione di singoli neuroni alle risposte della rete.
• Valore operativo: Combina stimolazione e imaging in un unico sistema integrato, riducendo la complessità del flusso di lavoro.
• Valore strategico: Migliora le decisioni di tipo go/no-go fornendo evidenze dirette di una modulazione del circuito mediata dal target.
• Impatto sul portafoglio: Permette di prioritizzare target con effetti validati sulla connettività neuronale rilevante per la malattia.

Considerazioni sull'implementazione

• Richiede competenze specifiche in microscopia a due fotoni, optogenetica e modulazione del fascio mediante olografia.
• Necessita di un sistema laser a due fotoni, modulatore spaziale della luce e un percorso di rilevamento della fluorescenza compatibile.
• Richiede standardizzazione della trasfezione virale, dei livelli di espressione e dell'attività di base tra gli animali.
• È necessario tenere conto della dispersione e dell'attenuazione quando si mirano neuroni a diverse profondità corticali.
• È limitato dalla necessità di espressione transgenica sia di attuatori che di indicatori, condizione che potrebbe non essere realizzabile in tutti i modelli.

Domande frequenti sulla biofarmaceutica