Studie van de coderende profielen van somatische stimulatie op cardiaal-vergrendelde neuronale responsen in de ruggengraatwervelkolom van de rat
May 23rd, 2025
We beschrijven een protocol voor spinale meerkanaals extracellulaire registratie naast het registreren en analyseren van de hartfunctie van de spinale dorsale hoornneuronen. Deze methode biedt een tijdelijk gesynchroniseerd kader voor het bestuderen van spinale mechanismen die ten grondslag liggen aan thoracale viscerale functionele veranderingen veroorzaakt door acupunctuur.
Mijn onderzoek decodeert acupunctuur, spinale neuromodulatie-effecten van cardiovasculaire regulatie via thoracale spinale gestabiliseerde MEA ECG-protocol, waardoor milliseconden de tijd hebben om een deeltje zoals de SDHN-dynamiek te verwerken en te analyseren.
De huidige experimentele uitdagingen zijn het bereiken van betrouwbare thoracale spinale stabilisatie om neurologische bedreigingen te voorkomen. Het optimaliseren van de startprotocollen voor neurostabiliteit en het waarborgen van MEA-ECG-synchronisatie op millisecondeniveau.
[Yun Liu] Ons protocol bood een algemene benadering voor het gelijktijdig monitoren van neurale activiteit en hartfuncties, en door de opnames van elektrocardiogrammen en micro-elektroden te combineren, het overwinnen van een lage temporele resolutie dan calciumbeeldvorming.
Onze resultaten bevorderen het onderzoek naar de vraag of cardiale gelokaliseerde spinale neuronen de progressie van MI stimuleren en of acupuntspecifieke acupunctuurmodulatie therapeutische voordelen biedt voor een hartinfarct.
[Verteller] Onderzoek om te beginnen een Y-vormige canule om te bevestigen dat deze volledig droog is. Maak met een veerschaar een dwarse incisie in de luchtpijp van een verdoofde rat. Steek de canule in de tracheale opening. Zet de tracheale canule vast met drie niet-resorbeerbare hechtingen zonder dat de lucht lekt en per ongeluk extubatie veroorzaakt. Plaats vervolgens drie elektroden in de huid van de rat. Plaats de positieve elektrode in de linker onderste ledemaat, de massa-elektrode in de rechter onderste ledemaat en de negatieve elektrode in de rechter bovenste ledemaat. Plaats de rat in rugligging. Voer na het desinfecteren van de huid een thoracotomie uit om de thymus bloot te leggen. Gebruik vervolgens de punt van een glazen snijnaald om een kleine opening in het hartzakje te maken. Steek nu een siliconenkatheter met verschillende kleine gaatjes aan het distale uiteinde van één tot twee centimeter in het hartzakje via de incisie. Bevestig de katheter aan het weefsel van de borstwand met BioGlue. Voer vervolgens handmatige acupunctuur uit op het PC zes acupunt met behulp van een stimulatieparameter van één hertz. Steek acupunctuurnaalden in de pc met zes accupunten op een diepte van ongeveer drie millimeter. Verwijder de spieren die aan de hoofdklem en het rechte deel van de lange nekspieren vastzitten om de doornuitsteeksels van de tweede borstwervels bloot te leggen. Verplaats vervolgens de semispinalis- en spinalisspieren om de wervelboog van T2 naar T6 bloot te leggen. Verwijder met behulp van rongeurs de processus spinosus van de T3-wervels om het T3-ruggenmerg bloot te leggen. Gebruik voor het fixeren van de borstwervels een op maat gemaakte spinale klem om de gewrichtsprocessen van T2 en T6 vast te zetten. Bevochtig de omliggende spieren met zoutoplossing om de hydratatie te behouden. Sluit nu de elektrode-array aan op de micromanipulator van een stereotactisch instrument. Steek het verticaal in de T3 dorsale hoorn van het ruggenmerg door de dorsale mediane sulcus. Steek vervolgens de referentie-elektrode in de rugspier. Laad ter stimulatie een microspuit die is aangesloten op een siliconenkatheter met meerdere gaatjes met bradykinineoplossing. Injecteer vier microliter van de oplossing en induceer cardiale nociceptieve stimulatie. Observeer veranderingen in de hartslag en neuronale afscheiding in de dorsale hoorn van het T3-ruggenmerg binnen 30 minuten na injectie. Start de software om de opgenomen neurale gegevens in .ns6-formaat te importeren. Sleep het .ns6-bestand naar het programma. Selecteer het bestand en klik op opslaan als en kies vervolgens het volgende .nex5-formaat om gestandaardiseerde spike-treingegevens te genereren. Importeer de geconverteerde .nex5-bestanden in de classificatiesoftware. Voer de relevante code uit voor het filteren en categoriseren van de signalen. Sorteer vervolgens piekgolfvormen op basis van golfvormkenmerken en hoofdcomponentenanalyse met drempelparameters die zijn ingesteld op plus of min drie standaarddeviaties ten opzichte van basislijnruis. Analyseer de cardiale vergrendelde spinale dorsale hoornneuronen door MATLAB te starten. Definieer de experimentele parameters. Klik op uitvoeren om uit te voeren. Neuronen die vanaf kanaal 19 werden geregistreerd, vertoonden dichte ritmische piektreinen met een symmetrisch correlatiepatroon en dicht geclusterde golfvormgroepen op PCA. Neuronen van kanaal 11 splitsen zich op in drie verschillende vuurprofielen, elk met unieke autocorrelatiekenmerken en PCA-golfvormclusters. Cardiale vergrendelde neuronen op kanaal 17 C en 21 A die ritmisch met ECG worden afgevuurd, zijn golven bij baseline, maar bradykinine verstoorde dit patroon en introduceerde nieuwe spike-clusters tussen de P- en Q-golven. MAPC6 herstelde ons golfvergrendeld vuren, hoewel deze ritmiek na MAPC6 weer afnam. Bradykinine verhoogde het aandeel van geëxciteerde neuronen sterk, terwijl MAPC6 deze respons verminderde. Omgekeerd daalden de proporties van remmende neuronen met bradykinine, maar herstelden ze zich na MAPC6. Chan21a vuurde synchroon met de ECG P-golf bij baseline, geclusterd tussen P- en Q-golven na bradykinine en opnieuw vergrendeld naar de P-golf na MAPC6.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Deze studie beschrijft een nieuw protocol voor spinale multikanaals extracellulaire registratie naast beoordeling van de hartfunctie om door het hart gesynchroniseerde neuronen in de dorsale hoorn van het ruggenmerg te analyseren. Dit gesynchroniseerde kader is cruciaal voor het onderzoeken van spinale mechanismen beïnvloed door thoracale viscerale functionele veranderingen geassocieerd met acupunctuur.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Hartfysiologie
- Acupunctuuronderzoek
Achtergrond
- De relatie tussen het ruggenmerg en de hartregulatie is complex en nog niet volledig begrepen.
- Acupunctuur kan deze spinale mechanismen die de cardiovasculaire reacties beïnvloeden moduleren.
- Huidige methoden missen vaak temporele resolutie bij het tegelijkertijd monitoren van neurale en hartactiviteiten.
Doel van de studie
- Om een methode te ontwikkelen voor real-time monitoring van spinale en hartactiviteiten om hun interacties beter te begrijpen.
- Om te evalueren of specifieke acupunctuurpunten therapeutische voordelen kunnen bieden voor cardiovasculaire aandoeningen.
Gebruikte methoden
- De studie maakte gebruik van een spinaal multikanaals extracellulair registratiesysteem naast elektrocardiogrambewaking.
- Experimentele ratten ondergingen een reeks chirurgische ingrepen om thoracale ruggenwervelgebieden te stabiliseren.
- Een bradykinine-injectie werd geïntroduceerd voor nociceptieve stimulatie van het hart, terwijl synchronisatie van de registraties zorgvuldig werd gehandhaafd.
Belangrijkste resultaten
- Neuronen in de dorsale hoorn van het ruggenmerg vertoonden gevarieerde spikecoderingspatronen die correleerden met ECG-golven.
- Bradykinine veranderde significant de neuronale ontlaadpatronen, wat suggereert dat door het hart gerelateerde spinale neuronen dynamisch reageren op nociceptieve stimuli.
- De bevindingen wijzen op een potentieel mechanisme waardoor acupunctuur cardiovasculaire resultaten kan beïnvloeden door modulatie van de spinale neuronale activiteit.
Conclusies
- Dit protocol maakt gelijktijdige neurale en hartfunctiemonitoring mogelijk, waardoor onderzoeksmogelijkheden naar cardiovasculaire aandoeningen worden geopend.
- De studie onderstreept het potentieel van acupunctuur als een therapeutische strategie voor myocardiale infarcten door middel van de effecten ervan op de spinale neuronactiviteit.
- Verdere onderzoeken kunnen onderliggende mechanismen en therapeutische implicaties voor hartgerelateerde aandoeningen verduidelijken.
Veelgestelde vragen
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.
