Electrophoretic Delivery of GABA into the Epileptic Focus of an Anesthetized Mouse
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowetenschap
0 weergaven • 4:17 min • June 17th, 2025
Take an anesthetized mouse prepared for brain implant placement.
The mouse has a skull-fixed ground screw in contact with the cerebellum for reference signal recording.
Insert the probe connected to the headstage and ground screw into the hippocampus to record neuronal activity.
Identify synchronized bursts of neuronal activity, confirming probe placement in the hippocampal pyramidal layer.
Next, insert a GABA-filled microfluidic ion pump into the hippocampus, with a source electrode in its channel. The skull-fixed ground screw acts as the target electrode.
Finally, insert a micropipette into the hippocampus, and inject a potassium channel blocker to induce neuronal hyperexcitability, triggering seizures.
Immediately apply voltage to the pump to generate an electric field, driving GABA ions across the ion exchange membrane to the epileptic focus.
GABA induces chloride influx, reducing neuronal excitability and preventing seizures, confirming the efficacy of electrophoretic delivery.
For multi-channel silicon probe insertion, place the probe on the stereotaxic arm attached to a magnetic holder. And place the arm next to the stereotaxic frame. Set the stereotaxic arms in a slight 20-degree anterior posterior angle to leave ample space for the positioning of the other two implants. And connect the probe to the head stage and the ground screw.
Use the micron precise stereotaxic arm to slowly lower the silicon probe into the hippocampus. And initiate the recording software to record the electric neuronal signals, while moving the multi-channel silicon probe from the top of the cortex until the targeted dorso ventral position is reached.
Then simultaneously record the local field potential signal from the layers of the cortex and the hippocampus during the penetration on the computer screen, and use the ripple activity in the pyramidal layer of the hippocampal formation in the recorded local field potential as a marker of the target zone.
For filling of the microfluidic ion pump, connect the tubes to the inlet of the pump, and fill the probe with 0.05 molar GABA solution. Remove the tubes and close the inlet with paraffin film wrapping, and ensure that the microfluidic ion pump is attached securely to the holder. Take care when mounting the holder to the micro manipulator arm before connecting electrical leads to the source measurement unit.
With the stereotaxic arm at a 20 degree mediolateral angle, lower the pump slowly with axial movements as close to the probe as possible, without letting the pump bend until the pump reaches the dorsal ventral coordinate, negative 1,200 micrometers from the cortical surface. In preparation for the seizure induction, remove the metal needle hub of a 10-microliter syringe and fix a borosilicate micropipette onto the syringe tip. Place the hub over the micropipette tip and position the syringe at a 20-degree lateromedial angle.
Use an automated micro injection pump to load 500 to 1,000 nanoliters of 50 millimolar full aminopyridine in artificial cerebrospinal fluid into the syringe and lower the glass micropipette to the dorso ventral coordinate position. Inject 250 nanoliters of the solution into the brain and initiate the recording in the software. Then watch the screen and wait for the first interictal spike to appear, before applying 1 volt between the source and the target for 100 seconds on and 1 second off for 30 cycles to deliver the GABA solution.
Overzicht
Dit artikel beschrijft in detail een methode voor het registreren van neuronale activiteit in de hippocampus van geanestheseerde muizen. Daarnaast wordt het gebruik van een microfluïdische ionpomp voor de toediening van GABA beschreven om de neuronale exciteerbaarheid te moduleren en insulten te voorkomen.
Belangrijkste Onderdelen van de Studie
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Elektrofysiologie
- Neurofarmacologie
Achtergrond
- Het registreren van neuronale activiteit is essentieel voor het begrijpen van de hersenfuncties.
- GABA is een belangrijke neurotransmitter die de neuronale exciteerbaarheid remt.
- Microfluïdische apparaten kunnen geneesmiddelen nauwkeurig afleveren in specifieke hersenregio's.
- In diermodellen kunnen insulten worden opgewekt om epilepsie te bestuderen.
Doel van de studie
- Om een techniek aan te tonen voor het registreren van neuronale activiteit in de hippocampus.
- Om de effectiviteit van GABA-toediening bij het voorkomen van insulten te evalueren.
- Om de effecten van een kaliumkanaalblokker op de neuronale exciteerbaarheid te onderzoeken.
Gebruikte methoden
- Inbrengen van een siliciumsonde in de hippocampus voor neuronale registratie.
- Gebruik van een microfluïdische ionpomp voor het toedienen van GABA aan de hersenen.
- Toepassing van een kaliumkanaalblokker om epileptische aanvallen op te wekken.
- Registratie van lokale veldpotentialen tijdens het experiment.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle registratie van gesynchroniseerde bursts van neuronale activiteit.
- Toediening van GABA verminderde de neuronale exciteerbaarheid effectief en voorkwam insulten.
- Inductie van insulten bevestigde de impact van de kaliumkanaalblokker.
- Lokale veldpotentialen gaven inzicht in de doelzone tijdens de registraties.
Conclusies
- De methode maakt een precieze manipulatie van de neuronale activiteit in vivo mogelijk.
- Elektroforetische toediening van GABA is effectief bij het beheersen van insulten.
- Deze benadering kan worden gebruikt voor verdere studies naar epilepsie en neuronale exciteerbaarheid.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor executives
Deze methode maakt een precieze spatiotemporele toediening van inhiberende neurotransmitters naar epileptische foci mogelijk, wat doelwitvalidatie in epilepsiemodellen ondersteunt door GABAerge mechanismen direct te testen. Het biedt een kwantitatieve meting van de onderdrukking van aanvallen, wat mechanistische risicoreductie van GABA-modulerende verbindingen in preklinische discovery faciliteert. De aanpak slaat een brug tussen elektrofysiologische fenotypering en farmacologische interventie, waardoor het voorspellend vertrouwen in target engagement en padmodulatie wordt vergroot.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Onderzoekt de GABAerge hypothese door GABA toe te dienen aan de epileptische focus en de preventie van aanvallen te meten.
- Operationele waarde: Maakt causale toetsing van neurotransmitterfuncties in vivo mogelijk, waardoor de afhankelijkheid van enkel correlatieve elektrofysiologie wordt verminderd.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert dosisgevoelige elektrofysiologische resultaten (bijv. burst-suppressie) voor het screenen van verbindingen.
- Operationele waarde: Standardiseert metrieken voor de inductie en inhibitie van insulten over verschillende experimenten heen via gecontroleerde iontoforetische toediening.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Modelleert de interactie tussen geneesmiddel en target in ziekte-relevante hippocampale circuits, wat de afstemming van translationele biomarkers ondersteunt.
- Operationele waarde: Biedt een platform voor het evalueren van GABAerge therapeutica in epileptische netwerken voorafgaand aan gedragsfenotypering.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen het ontdekkingscontinuüm van targetvalidatie tot leadidentificatie, waarbij de elektrofysiologische bevestiging van het mechanisme voorafgaat aan de optimalisatie van de verbinding.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing door de toediening van GABA te koppelen aan neuronale silencing en de onderbreking van epileptische aanvallen.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk via reproduceerbare inductie van aanvallen en kwantificeerbare GABA-gemedieerde onderdrukking.
- Analytics: Levert kwantitatieve afhankelijke variabelen (bijv. interictale spikefrequentie, burstduur) voor het vergelijken van condities.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt hippocampale elektrofysiologie met preklinische continuïteit via modulatie van ziekterelevante circuits.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar platform voor het evalueren van ionkanaalmodulatoren en neurotransmittertherapieën in epilepsiemodellen.
Operationele impact & impact op de onderneming
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen in GABAerge targets door functioneel herstel van hyperexcitabiliteit aan te tonen.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid door gestandaardiseerde plaatsing van probes, iontoforetische toediening en protocollen voor het induceren van insulten.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door mechanistisch bewijs van target engagement te leveren vóór de optimalisatie van verbindingen.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van GABA-modulerende leads mogelijk op basis van elektrofysiologische effectiviteit in vivo.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in stereotactische chirurgie, elektrofysiologie en het hanteren van microfluïdische apparatuur.
- Afhankelijk van precisie-instrumentarium, waaronder stereotactische frames, micro-injectoren en source measurement units.
- Vereist cross-team standaardisatie tussen groepen voor neurowetenschappen, farmacologie en assay-ontwikkeling.
- Omvat overwegingen voor adaptatie aan verschillende hersendoelen, epileptische modellen en neurotransmitteroplossingen.
- Beperkt door de noodzaak van geanestheseerde preparaten, wat longitudinale studies of gedragsmatige correlatiestudies kan beperken.
Veelgestelde vragen over Biopharma
Direct-current stimulatie en multi-elektrode Array Registratie van Inbeslagneming-achtige activiteit in de muizen Brain Slice Voorbereiding
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Geheel-cel stromingen geïnduceerd door Puff toepassing van GABA in de hersenen segmenten
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Generatie en On-Demand inleiding van Acute Ictale activiteit in knaagdier en menselijk weefsel
Gerelateerde video's
0 Bekeken
High-density EEG-registraties van de vrij bewegende muizen met behulp van Polyimide op basis van micro-elektrode
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Impact of Direct Current Stimulation on Evoked Epileptic Seizures in Mouse Brain Slices
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Establishing a Pentylenetetrazole-Induced Epileptic Seizure Model in Mice
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Gelijktijdig Elektrofysiologische opname en Micro-injecties van remmende middelen in de knaagdierhersenen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Non-straatverbod EEG radiotelemetrie: Epidurale en Deep intracerebrale Stereotaxische EEG Elektrodeplaatsing
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Manipulatie van Epileptiforme Electrocorticograms (ECoGs) en Sleep bij ratten en muizen door Acupunctuur
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Pilocarpine Model van temporale kwab epilepsie en EEG toezicht Radiotelemetry systeem met muizen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 22 augustus 2026