一般的なセットの全皮質のシェットランドシープドッグ配列の慢性注入
2019年2月1日
コモンマーモ継続的に、一時的な後頭極、前頭極からの皮質のほぼ全体の外側面をカバーするため全体皮質シェットランドシープドッグ アレイを開発しました。このプロトコルでは、マーモセット脳の硬膜外腔の配列の慢性注入手順を説明します。
このプロトコルは、非ヒト霊長類の皮質に電気コルチコグラフィアレイを移植することを示す。霊長類シフト神経科学における大規模な情報処理に光を当てる。この手法の主な利点は、高い空間時間分解能で大規模な皮質活動を監視する機会を提供することです。
頭皮の正中線を通して4センチメートルの皮膚切開を行うことで始めます。キュレットを使用して、頭蓋骨から側頭筋を切り離し、外科的領域全体が露出するまで使用します。そして、頭蓋骨の表面から任意の組織をクリアします。
必要に応じて、圧力止血または骨ワックスで出血を完全に停止します。肌の端と筋肉を湿らせたガーゼで包みます。そして、配列の正面の端を正面のポールの端に置きます。
鉛筆を使用して、頭蓋骨の計画的な開頭術、スリット、穴の領域をマークします。そして、解剖顕微鏡を外科領域の上に置きます。マーク1に沿って開頭術をドリルします。
掘削中は、外科医のための明確なビューを維持するために最先端で空気を吹き、骨片がまだ中央のduraに取り付けられるので、マーク2の周りに骨を切断します。ゆっくりと慎重に、片方の端からピースを持ち上げます。そして、へらで硬膜を剥がします。
骨片から骨先を取り除き、骨が手順の最後に頭蓋骨に戻るまで湿らせたガーゼで包まれた骨を保ちます。マーク3と4でドリルして、それぞれ軌道、前頭、後頭部に電極を挿入できるようにします。マーク5のドリルスリットは、アレイが正しく挿入されているかどうかを確認できるようにします。
デュラが公開されます。生理気圧で領域を洗い、必要に応じて圧力止血とゼラチンスポンジで出血を停止します。必要に応じて開いた開いた開頭蓋切開術の端を清掃し、参照電極が配置されるマーク6スリットを作ります。
硬膜を保護するために頭蓋骨の下にへらを挿入し、1ミリメートルのネジを使用して、コネクタの各茎の周りの4つのポイントでネジ穴を掘削します。そして、頭蓋骨にコネクタを固定するためにアンカーとしてピークネジをインストールします。次に、フラットヘッド鉗子を使用してアレイを保持し、心電図アレイを硬膜外腔に挿入する。
硬膜外空間に参照電極を配置します。次に、歯科用アクリルを参照に適用します。地面電極を頭蓋表面に置きます。
次に、歯科用アクリルを接地電極に塗布します。骨片を元の位置に戻し、ネジに歯科用アクリルを塗布して、コネクタとヘッドポストを頭蓋骨に固定します。次に、6 Oナイロン縫合糸を使用して、額と端部の後部の皮膚を閉じます。
そして、コネクタの側面に皮膚を固定するために、皮膚の閉鎖を使用してください。ここでは、目覚めのマーモセット内の複数の聴覚領域からの聴覚誘発電位の例を示す。20種類の周波数を有するランダム化された純粋なトーンへの暴露の間に、異なる波形が低い、より高い聴覚領域から観察されることができ、心電図アレイの空間分解能が異なる皮質領域で異なる情報処理を捕捉できることを示す。
オプションは、長期的な慢性写真刺激と皮質応答の同時モニタリングを可能にする電気注入のためにマーモセット脳内でウイルス的に導入することができる。
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概要
本研究では、コモンマーモセットにおける全皮質電極アレイ（electrocorticographic array）の植込みプロトコルを提示します。この慢性植込みにより、さまざまな領域にわたる皮質活動の連続的なモニタリングが可能となり、霊長類神経科学における大規模な情報処理に関する知見が得られます。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 電気生理学
- ニューロテクノロジー
背景
- 本研究では、非ヒト霊長類モデルとしてコモンマーモセットを使用しています。
- 皮質電図アレイは、皮質の外側面をほぼ全面的にカバーしています。
- この手法により、高い空間分解能および時間分解能での皮質モニタリングが可能です。
- 脳のさまざまな領域への植込みにより、聴覚処理の機能評価が可能になります。
研究目的
- 皮質電図アレイの慢性的植込みプロトコルを開発すること。
- マーモセットにおける皮質活動の連続的なモニタリングを容易にすること。
- 異なる皮質領域における情報処理に関する知見を得ること。
使用方法
- 使用される主なプラットフォームは、皮質電図アレイインプラントです。
- 生物学的モデルには、聴覚領域に焦点を当てたコモンマーモセットを用います。
- 手順には、皮膚切開、開頭術、および電極の慎重な配置が含まれます。
- 処置全体を通じて、生理食塩水による洗浄と圧迫止血が行われます。
- この手法により、皮質反応の長期的なモニタリングおよび光刺激が可能になります。
主な結果
- 音の提示中に、複数の聴覚領域から異なる波形が記録されました。
- 皮質電位記録（ECoG）アレイにより、皮質における空間的に異なる処理を効果的に捉えることができました。
- この手法は、反応をモニタリングしながら慢性的な光刺激を可能にする潜在的な能力を持っています。
- 聴覚処理および皮質の興奮性に関する知見が得られました。
結論
- 本研究では、皮質電図アレイを慢性的（長期的に）に植え込む手法を提示します。
- この手法により、ニューロンのメカニズムと可塑性の包括的な評価が可能になります。
- これは、聴覚処理に関連する皮質活動の理解に寄与し、ニューロテクノロジーにおける応用の可能性に貢献します。
よくある質問
産業界における重要性
本プロトコルは、トランスレーショナルな非ヒト霊長類モデルにおける高解像度の全皮質電気生理学的モニタリングを可能にし、神経科学の創薬におけるターゲットバリデーションおよびメカニズム的なリスク低減を支援します。ミリメートル単位の空間解像度とサブミリ秒単位の時間解像度で大規模な皮質ダイナミクスを捉えることにより、神経回路機能に対する化合物の影響を評価するための予測的信頼性を提供します。このアプローチは、皮質のエンゲージメントとネットワークレベルのバイオマーカーを評価するための疾患関連システムを提供することで、探索段階と前臨床段階を橋渡しします。
バイオファーマR&Dにおける戦略的応用
初期発見およびターゲット検証
- 科学的価値：前頭葉、頭頂葉、および側頭葉複合体にわたる皮質ネットワーク活性を直接測定することで、治療仮説の検証を可能にする。
- 運用的価値：ヒトと同等の構成を持つ滑脳の脳においてターゲットへのエンゲージメントを検証し、生物学的リスクの低減（de-risking）を支援する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： 安定した慢性的電気生理学的読み取りを確立することで、検証済み皮質システムのダウンストリームアッセイ標準化を準備します。
- 運用の価値： 硬膜外アレイの固定と長期的な信号安定性を通じて、アッセイの再現性と拡張性を促進します。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 科学的価値：聴覚誘発電位および皮質の情報処理のモニタリングを可能にすることで、疾患に関連したシステムアライメントを提供する。
- 運用的価値：発見段階から慢性的な植込みに至るまでのトランスレーショナルな連続性を確保し、神経可塑性および薬物反応の縦断的評価をサポートする。
パイプラインおよびワークフローの統合
本手法は、初期生物学における仮説検証、スクリーニングにおけるアッセイの準備、およびターゲット結合のための定量的神経生理学的解析を可能にすることで、創薬の連続的なプロセスに統合されます。
- 探索生物学： 全皮質電位マッピングを通じて、パスウェイの解明と生物学的リスクの低減を支援します。
- スクリーニング： 慢性的な植え込みと皮質領域全体にわたる安定したベースライン記録により、アッセイの準備を整えます。
- 分析： 誘発電位の振幅や潜時などの定量的従属変数測定値を生成し、条件間の比較を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ： ヒトに近い皮質組織をモデル化し、慢性的刺激パラダイムを可能にすることで、前臨床段階の継続性を確保します。
- エンタープライズでの再利用： アレイを繰り返しセッションに使用可能なプラットフォームとして位置づけ、被験者間のばらつきを抑え、スループットを向上させます。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 高い時空間解像度の皮質モニタリングによる、ターゲットバリデーションにおける予測信頼性の向上。
- 運用上の価値： 硬膜外固定と一貫した手術手順による、標準化と再現性の確保。
- 戦略的価値： 皮質における薬物効果のメカニズム上の曖昧さを排除することによる、go/no-go判断の改善。
- ポートフォリオへの影響： 客観的な神経活動バイオマーカーを用いた、リスク調整後の優先順位付け。
実施上の考慮事項
- 脳神経外科、電気生理学、および霊長類ハンドリングの専門知識が必要です。
- 顕微手術器具、ドリル、縫合糸、および歯科用アクリルなどの生体適合性接着剤に依存します。
- 電極の配置、リファレンス、および接地プロトコルのチーム間標準化が必要です。
- 異なる皮質ターゲットや刺激パラダイムへの適応に関する検討が含まれます。
- 外科的侵襲性と、慢性的な使用における術後の組織反応管理による制限があります。
