Studio dei profili codificanti della stimolazione somatica sulle risposte neuronali bloccate cardiache nel corno dorsale spinale del ratto
May 23rd, 2025
Descriviamo un protocollo per la registrazione extracellulare multicanale spinale insieme alla registrazione della funzione cardiaca e all'analisi dei neuroni del corno dorsale spinale bloccati nel cuore. Questo metodo offre un quadro temporalmente sincronizzato per lo studio dei meccanismi spinali alla base dei cambiamenti funzionali viscerali toracici indotti dall'agopuntura.
La mia ricerca decodifica gli effetti della neuromodulazione spinale dell'agopuntura della regolazione cardiovascolare tramite il protocollo ECG MEA stabilizzato spinale toracico, consentendo millisecondi per elaborare e analizzare una particella come la dinamica SDHN.
Le attuali sfide sperimentali riguardano il raggiungimento di una stabilizzazione spinale toracica affidabile per prevenire le minacce neurologiche. Ottimizzazione dei protocolli di avvio per la stabilità neurologica e garanzia di sincronizzazione ECG MEA a livello di millisecondi.
[Yun Liu] Il nostro protocollo ha fornito un approccio generale per il monitoraggio simultaneo dell'attività neurale e delle funzioni cardiache e, combinando le registrazioni di elettrocardiogrammi e microelettrodi, ha superato la bassa risoluzione temporale rispetto all'imaging del calcio.
I nostri risultati promuovono l'indagine sul fatto che i neuroni spinali localizzati nel cuore guidino la progressione dell'infarto miocardico e se la modulazione dell'agopuntura specifica per l'agopuntura offra benefici terapeutici per l'infarto del miocardio.
[Narratore] Per iniziare, esamina una cannula a forma di Y per confermare che sia completamente asciutta. Usando le forbici a molla, praticare un'incisione trasversale nella trachea di un ratto anestetizzato. Inserire la cannula nell'apertura tracheale. Fissare la cannula tracheale con tre punti di sutura zero non assorbibili per evitare perdite d'aria ed estubazioni accidentali. Quindi, inserisci tre elettrodi nella pelle del ratto. Posizionare l'elettrodo positivo nell'arto inferiore sinistro, l'elettrodo di terra nell'arto inferiore destro e l'elettrodo negativo nell'arto superiore destro. Metti il topo in posizione supina. Dopo aver disinfettato la pelle, eseguire una toracotomia per esporre il timo. Quindi utilizzare la punta di un ago da dissezione in vetro per creare una piccola apertura nel pericardio. Ora inserisci un catetere in silicone con diversi piccoli fori all'estremità distale di uno o due centimetri nel pericardio attraverso l'incisione. Fissare il catetere al tessuto della parete toracica con BioGlue. Quindi, eseguire l'agopuntura manuale al punto di agopuntura PC sei utilizzando un parametro di stimolazione di un hertz. Inserire gli aghi per agopuntura nel PC sei punti di precisione a una profondità di circa tre millimetri. Rimuovere i muscoli che si attaccano al morsetto per la testa e la parte diritta dei muscoli lunghi del collo per esporre i processi spinosi della seconda vertebra toracica. Quindi spostare i muscoli semispinali e spinali per esporre l'arco vertebrale da T2 a T6. Usando i rongeur, rimuovere il processo spinoso delle vertebre T3 per esporre il midollo spinale T3. Per la fissazione delle vertebre toraciche, utilizzare un morsetto spinale personalizzato per fissare i processi articolari di T2 e T6. Inumidire i muscoli circostanti con soluzione salina per mantenere l'idratazione. Ora collega l'array di elettrodi al micro manipolatore di uno strumento stereotassico. Inserirlo verticalmente nel corno dorsale T3 del midollo spinale attraverso il solco mediano dorsale. Quindi inserire l'elettrodo di riferimento nel muscolo della schiena. Per la stimolazione, caricare una siringa micros collegata a un catetere in silicone con fori multipli con soluzione di bradichinina. Iniettare quattro microlitri di soluzione e indurre la stimolazione nocicettiva cardiaca. Osservare le variazioni della frequenza cardiaca e della scarica neuronale nel corno dorsale del midollo spinale T3 entro 30 minuti dall'iniezione. Avvia il software per importare i dati neurali registrati in formato .ns6. Trascina e rilascia il file .ns6 nel programma. Seleziona il file e fai clic su Salva con nome, quindi scegli il formato .nex5 successivo per generare dati standardizzati del treno spike. Importa i file .nex5 convertiti nel software di classificazione. Eseguire il codice pertinente per filtrare e classificare i segnali. Quindi ordina le forme d'onda dei picchi in base alle caratteristiche della forma d'onda e all'analisi dei componenti principali con parametri di soglia impostati a più o meno tre deviazioni standard dal rumore di base. Analizza i neuroni delle corna dorsali spinali bloccate cardiache avviando MATLAB. Definire i parametri sperimentali. Fare clic su Esegui per eseguire. I neuroni registrati dal canale 19 hanno mostrato treni di picchi ritmici densi con un modello di correlazione simmetrico e gruppi di forme d'onda strettamente raggruppati su PCA. I neuroni del canale 11 si dividono in tre distinti profili di attivazione, ciascuno con caratteristiche uniche di autocorrelazione e cluster di forme d'onda PCA. I neuroni cardiaci bloccati sui canali 17 C e 21 A attivati ritmicamente con l'ECG sono onde al basale, ma la bradichinina ha interrotto questo modello e ha introdotto nuovi gruppi di picchi tra le onde P e Q. MAPC6 ha ripristinato il nostro fuoco bloccato sull'onda, anche se questa ritmicità è diminuita di nuovo dopo MAPC6. La bradichinina ha aumentato notevolmente la percentuale di neuroni eccitati mentre MAPC6 ha ridotto questa risposta. Al contrario, le proporzioni dei neuroni inibitori sono diminuite con la bradichinina, ma si sono riprese dopo MAPC6. Chan21a si è attivato in sincronia con l'onda P dell'ECG al basale, si è raggruppato tra le onde P e Q dopo la bradichinina e si è riagganciato all'onda P dopo MAPC6.
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Panoramica
Questo studio descrive un nuovo protocollo per la registrazione extracellulare spinale multicanale affiancato alla valutazione della funzione cardiaca per analizzare i neuroni del corno dorsale spinale bloccati dal cuore. Questo framework sincronizzato è cruciale per esplorare i meccanismi spinali influenzati dai cambiamenti funzionali viscerali toracici associati all'agopuntura.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienza
- Fisiologia cardiaca
- Ricerca sull'agopuntura
Sfondo
- La relazione tra il midollo spinale e la regolazione cardiaca è complessa e non completamente compresa.
- L'agopuntura può modulare questi meccanismi spinali che influenzano le risposte cardiovascolari.
- I metodi attuali spesso mancano di risoluzione temporale nel monitoraggio simultaneo delle attività neurali e cardiache.
Obiettivo dello Studio
- Sviluppare un metodo per il monitoraggio in tempo reale delle attività spinali e cardiache per comprendere meglio le loro interazioni.
- Valutare se punti specifici di agopuntura possano fornire benefici terapeutici per condizioni cardiovascolari.
Metodi Utilizzati
- Lo studio ha impiegato un sistema di registrazione extracellulare spinale multicanale affiancato al monitoraggio dell'elettrocardiogramma.
- I ratti sperimentali sono stati sottoposti a una serie di procedure chirurgiche per stabilizzare le regioni spinali toraciche.
- È stata introdotta un'iniezione di bradichinina per la stimolazione nocicettiva cardiaca, mentre la sincronizzazione delle registrazioni è stata meticolosamente mantenuta.
Principali Risultati
- I neuroni nel corno dorsale spinale hanno dimostrato vari modelli di codifica degli spike che si correlavano con le onde ECG.
- La bradichinina ha alterato significativamente i modelli di scarica neuronale, suggerendo che i neuroni spinali correlati al cuore rispondono dinamicamente agli stimoli nocicettivi.
- I risultati indicano un potenziale meccanismo attraverso il quale l'agopuntura può influenzare i risultati cardiovascolari attraverso la modulazione dell'attività neuronale spinale.
Conclusioni
- Questo protocollo facilita il monitoraggio simultaneo delle funzioni neurali e cardiache, aprendo strade per la ricerca sui disturbi cardiovascolari.
- Lo studio sottolinea il potenziale dell'agopuntura come strategia terapeutica per l'infarto miocardico attraverso i suoi effetti sull'attività dei neuroni spinali.
- Ulteriori indagini potrebbero chiarire i meccanismi sottostanti e le implicazioni terapeutiche per le condizioni cardiache.
Domande Frequenti
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.
