ラット脊髄背角における心臓ロックニューロン応答に対する体細胞刺激のコードプロファイルの研究
May 23rd, 2025
心機能の記録と心臓にロックされた脊髄後角ニューロンの分析と並行して、脊椎マルチチャネル細胞外記録のプロトコルについて説明します。この方法は、鍼治療によって誘発される胸部内臓機能変化の根底にある脊椎メカニズムを研究するための時間的に同期したフレームワークを提供します。
私の研究は、胸部脊椎安定化 MEA ECG プロトコルを介して心血管調節の鍼治療脊椎神経調節効果を解読し、SDHN ダイナミクスのような粒子をミリ秒単位で処理および分析できるようにします。
現在の実験上の課題には、神経の脅威を防ぐために信頼性の高い胸椎の安定化を達成することが含まれます。神経安定性のために開始プロトコルを最適化し、ミリ秒レベルの MEA ECG 同期を確保します。
[ユン・リウ]私たちのプロトコルは、神経活動と心機能を同時に監視し、心電図と微小電極の記録を組み合わせることで、カルシウムイメージングよりも低い時間分解能を克服して消去するための一般的なアプローチを提供しました。
私たちの結果は、心臓に配置された脊髄ニューロンが心筋梗塞の進行を促進するかどうか、およびツボ特異的な鍼治療の調節が心筋梗塞の治療効果をもたらすかどうかの調査を促進します。
[ナレーター]まず、Y 字型のカニューレを調べて、完全に乾いていることを確認します。バネはさみを使用して、麻酔をかけたラットの気管に横方向の切開を行います。カニューレを気管開口部に挿入します。気管カニューレを3本のゼロ非吸収性縫合糸で固定し、空気漏れや偶発的な抜管を防ぎます。次に、ラットの皮膚に3つの電極を挿入します。正極を左下肢に、接地電極を右下肢に、負極を右上肢に配置します。ラットを仰臥位に置きます。皮膚を消毒した後、胸腺を露出させる開胸術を行います。次に、ガラスの解剖針の先端を使用して、心膜に小さな開口部を作ります。次に、切開部から心膜に1〜2センチメートルの遠位端にいくつかの小さな穴があるシリコンカテーテルを挿入します。BioGlueでカテーテルを胸壁組織に固定します。次に、1ヘルツの刺激パラメータを使用して、PCの6つのツボで手動鍼治療を行います。鍼をPCに約3ミリメートルの深さで6つの穴に挿入します。ヘッドクランプに付着している筋肉と長い首の筋肉のまっすぐな部分を取り除き、第2胸椎の棘突起を露出させます。次に、半脊髄筋と脊髄筋を変位させて、T2からT6までの椎弓を露出させます。ロンジャーを使用して、T3椎骨の棘突起を取り除き、T3脊髄を露出させます。胸椎の固定には、カスタム脊椎クランプを使用して、T2 と T6 の関節突起を固定します。水分補給を維持するために、周囲の筋肉を生理食塩水で湿らせます。次に、電極アレイを定位装置のマイクロマニピュレーターに取り付けます。背側正中溝を通って脊髄のT3後角に垂直に挿入します。次に、参照電極を背中の筋肉に挿入します。刺激のために、ブラジキニン溶液で複数の穴を持つシリコンカテーテルに接続されたマイクロシリンジをロードします。4マイクロリットルの溶液を注入し、心臓侵害受容刺激を誘導します。注射後 30 分以内に T3 脊髄後角の心拍数と神経放電の変化を観察します。ソフトウェアを起動して、記録されたニューラルデータを.ns6形式でインポートします。.ns6 ファイルをプログラムにドラッグ アンド ドロップします。ファイルを選択して「名前を付けて保存」をクリックし、次の.nex5形式を選択して標準化されたスパイク列データを生成します。変換された.nex5ファイルを分類ソフトウェアにインポートします。シグナルをフィルタリングおよび分類するための関連コードを実行します。次に、波形特性と主成分分析に基づいてスパイク波形をソートし、しきい値パラメータをベースラインノイズからプラスまたはマイナス3標準偏差に設定します。MATLABを起動して、心臓ロックされた脊髄後角ニューロンを解析します。実験パラメータを定義します。実行をクリックして実行します。チャネル19から記録されたニューロンは、対称的な相関パターンとPCA上で密にクラスター化された波形グループを持つ密なリズミカルなスパイク列を示しました。チャネル11のニューロンは、それぞれが独自の自己相関特徴とPCA波形クラスターを持つ3つの異なる発火プロファイルに分割されました。ECGでリズミカルに発射されたチャネル17Cおよび21Aの心臓ロックニューロンはベースラインでの波ですが、ブラジキニンはこのパターンを破壊し、P波とQ波の間に新しいスパイククラスターを導入しました。MAPC6 はウェーブ ロックによる発射を回復しましたが、このリズミカルさは MAPC6 以降再び低下しました。ブラジキニンは興奮ニューロンの割合を急激に増加させ、MAPC6はこの反応を減少させました。逆に、抑制性ニューロンの割合はブラジキニンで低下しましたが、MAPC6 の後に回復しました。Chan21aは、ベースラインでECG P波と同期して発火し、ブラジキニン後のP波とQ波の間にクラスター化され、MAPC6の後にP波に再ロックされました。
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概要
この研究では、心臓にロックされた脊髄背角ニューロンを分析するために、脊髄の多チャンネルの細胞外記録と心機能評価を伴う新しいプロトコルについて説明しています。この同期化されたフレームワークは、鍼灸に関連する胸腔内臓器機能の変化によって影響を受ける脊髄メカニズムを探索するために重要です。
研究の主要な構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 心臓生理学
- 鍼灸研究
背景
- 脊髄と心臓調節の関係は複雑で、完全には理解されていません。
- 鍼灸は心血管反応に影響を与えるこれらの脊髄メカニズムを調整する可能性があります。
- 現在の方法では、神経と心臓の活動を同時にモニタリングする際の時間分解能が不足していることがよくあります。
研究の目的
- 神経と心臓の活動の相互作用をよりよく理解するための脊髄と心臓の活動のリアルタイムモニタリングの方法を開発すること。
- 特定の鍼灸点が心血管疾患に対して治療効果を提供するかどうかを評価すること。
使用された方法
- 研究では、心電図モニタリングと併せて脊髄の多チャンネルの細胞外記録システムが使用されました。
- 実験用ラットは、胸腔の脊髄領域を安定させる一連の外科的処置を受けました。
- 心臓の疼痛受容刺激のためにブラジキニン注射が導入され、記録の同期化が慎重に維持されました。
主要な結果
- 脊髄の背角ニューロンは、心電図波と相関する様々なスパイクコーディングパターンを示しました。
- ブラジキニンはニューロンの発火パターンを大幅に変化させ、心臓に関連する脊髄ニューロンが疼痛受容刺激に動的に反応することを示唆しています。
- この結果は、鍼灸が脊髄ニューロン活性の調節を通じて心血管の結果に影響を与える可能性のあるメカニズムを示しています。
結論
- このプロトコルは、神経と心臓機能の同時モニタリングを容易にし、心血管障害の研究への道を開きます。
- この研究は、脊髄ニューロン活性への影響を通じて、鍼灸が心筋梗塞の治療戦略として潜在的な可能性を強調しています。
- さらなる調査により、心臓に関連する状態の基礎となるメカニズムと治療効果が明らかになる可能性があります。
よくある質問
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.
