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
2025年5月23日
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
本研究では、心臓連動性の脊髄後角ニューロンを解析するため、心機能評価と併行して行う脊髄多チャンネル細胞外記録の新規プロトコルについて述べる。この同期化されたフレームワークは、鍼治療に伴う胸部内臓機能の変化に影響される脊髄メカニズムを探索する上で極めて重要である。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 心臓生理学
- 鍼治療研究
背景
- 脊髄と心機能調節との関係は複雑であり、完全には解明されていません。
- 鍼治療は、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節する可能性があります。
- 現在の手法では、神経活動と心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多いです。
研究目的
- 脊髄および心臓の活動をリアルタイムでモニタリングする手法を開発し、それらの相互作用への理解を深める。
- 特定の鍼治療点が心血管疾患に対して治療的利益をもたらすかどうかを評価する。
使用された方法
- 本研究では、心電図モニタリングと併せて、脊髄多チャンネル細胞外記録システムを用いた。
- 実験用ラットに一連の手術を施し、胸髄領域を固定した。
- 心臓の侵害受容刺激のためにブラジキニンを注入し、記録の同期を厳密に維持した。
主な結果
- 脊髄後角のニューロンは、ECG波と相関する多様なスパイクコーディングパターンを示した。
- ブラジキニンはニューロンの発火パターンを著しく変化させ、心臓に関連する脊髄ニューロンが侵害受容刺激に対して動的に反応することが示唆された。
- これらの知見は、鍼治療が脊髄ニューロン活動の調節を通じて心血管系の転帰に影響を及ぼす可能性のあるメカニズムを示している。
結論
- 本プロトコルは、神経機能と心機能を同時にモニタリングすることを可能にし、心血管疾患の研究に新たな道を切り開くものである。
- 本研究は、脊髄ニューロンの活動への影響を通じて、心筋梗塞に対する治療戦略としての鍼治療の可能性を強調している。
- 今後のさらなる研究により、心疾患に関連する潜在的なメカニズムや治療上の意義が解明される可能性がある。
よくある質問
産業界における重要性
胸髄後角における心拍同期 neuronal 応答の同時モニタリングにより、心血管疾患を適応とした神経変調戦略のメカニズム的なリスク低減が可能になります。本プロトコルは、高時間分解能の神経データと心臓データを統合することで、標的バリデーションにおける予測精度を高め、発見から前臨床研究に至るトランスレーショナルな連続性を支援します。このアプローチは、心機能不全に対する神経変調介入のポートフォリオ決定に情報を供することを戦略的な目的としています。
バイオファーマR&Dにおける戦略的応用
初期探索およびターゲット検証
- 心血管疾患のメカニズムに関連する体心反射経路の解析を可能にします。
- 神経発火パターンを心イベントに結びつけることで、機能的なターゲットバリデーションをサポートします。
- ニューロモデュレーションに基づいた治療仮説のメカニズム的なリスク低減を促進します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 同期化した神経および心臓の電気生理学的記録のための、バリデートされたシステムを構築します。
- 神経調節介入を評価するための、定量的で再現性のあるアウトプットを提供します。
- 脊髄・心臓回路を標的とした、後続の化合物またはデバイススクリーニングのためのアッセイ標準化を可能にします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 前臨床モデルを、疾患に関連する心臓および神経系のバイオマーカーと整合させます。
- メカニズムの解明から神経変調戦略の前臨床検証までの連続性をサポートします。
- 脊髄-心臓統合を標的とする候補物質の、リスク調整に基づいた進展に情報を提供します。
パイプラインおよびワークフローの統合
本プロトコールは、生体内での体性刺激に対する神経応答と心臓応答の同期解析を可能にすることで、初期探索から前臨床検証への橋渡しを行います。
- 発見生物学：脊髄・心臓の調節メカニズムに関する仮説検証のためのプラットフォームを提供します。
- スクリーニング：候補物質の評価に向けた、再現性と定量性のある神経および心臓のリードアウトを提供します。
- 分析：ニューロンの発火分布および心イベントの同期に関する統計的比較をサポートします。
- トランスレーショナルリサーチ：心血管系のニューロモジュレーションに向けた、バイオマーカー駆動型の前臨床モデルと整合します。
- エンタープライズでの再利用：体性および内臓統合のプログラム横断的なメカニズム研究に向けた、再利用可能なワークフローを提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：心臓調節におけるニューロモデュレーション標的に対する予測の信頼性を向上させる。
- 運用上の価値：再現性を確保するため、高解像度の神経および心臓データの取得を標準化する。
- 戦略的価値：ニューロモデュレーションのポートフォリオ資産における、情報に基づいたGo/No-go決定を可能にする。
- ポートフォリオへの影響：心臓への転帰との機序的な関連性が検証された候補物質の、リスク調整後の優先順位付けを支援する。
実施上の考慮事項
- in vivo 電生理学および胸部脊髄手術の専門知識が必要です。
- マイクロ電極アレイとECGの同期のための特殊な計装設備が必要です。
- データ収集および解析プロトコルの厳格なチーム間標準化が必要です。
- 他のモデルシステムに適応させる場合、解剖学的および生理学的な違いに応じてプロトコルの最適化が必要になる場合があります。
- データの整合性を維持するためには、安定した胸部の固定と一貫した神経-心臓同期が不可欠です。
