Dwufotonowa mikroskopia holograficzna do badania aktywności neuronalnej i łączności w modelu mysim

Znaczenie dla przemysłu

Niniejsza metoda umożliwia precyzyjne badanie funkcji obwodów neuronalnych u modeli w stanie czuwania, co wspiera walidację celów w procesie odkrywania leków w neurologii. Dzięki połączeniu holograficznej stymulacji optogenetycznej z dwufotonowym obrazowaniem wapnia, dostarcza ona ilościowych odczytów aktywacji i łączności neuronów. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną we wczesnej fazie ograniczania ryzyka związanego z celami terapeutycznymi w obrębie OUN.

Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym

Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu

• Wartość naukowa: Badanie związków przyczynowo-skutkowych między konkretnymi populacjami neuronów a aktywnością sieci w celu walidacji hipotez terapeutycznych.
• Wartość operacyjna: Umożliwia funkcjonalną analizę obwodów neuronalnych z rozdzielczością komórkową w fizjologicznie istotnych stanach czuwania.
• Wartość strategiczna: Wspiera redukcję ryzyka związanego z celem terapeutycznym poprzez potwierdzenie interakcji i efektów kaskadowych w sieciach neuronalnych istotnych dla danej choroby.

Przesiewanie i opracowanie testu

• Wartość naukowa: Generuje ilościowe odczyty wzorców aktywacji neuronalnej oparte na fluorescencji do rozwoju testów.
• Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalne parametry stymulacji i obrazowania dla ustandaryzowanych formatów testów.
• Wartość strategiczna: Umożliwia screening modulatorów zmieniających łączność lub pobudliwość neuronalną w kontrolowanych mikroukładach.

Badania translacyjne i przedkliniczne

• Wartość naukowa: Pozwala powiązać wyniki badań in vitro z funkcją nienaruszonych obwodów w warstwach kory istotnych dla przebiegu choroby.
• Wartość operacyjna: Wykorzystuje preparaty z przewlekłym oknem czaszkowym, które są kompatybilne z badaniami podłużnymi w modelach chorób.
• Wartość strategiczna: Dostarcza informacji do badań nad mechanizmem działania poprzez mapowanie wpływu związków na konkretne szlaki neuronalne.

Integracja rurociągu i przepływu pracy

Metoda ta wpisuje się w procesy wczesnego etapu odkrywania leków, w których mechanistyczne zrozumienie oddziaływania z celem w obwodach neuronalnych pozwala na wybór i optymalizację związku wiodącego.

• Biologia odkryć: Pozwala sprawdzić, czy modulowanie docelowego neuronu zmienia aktywność w populacjach połączonych synaptycznie, wyjaśniając efekty na poziomie obwodu.
• Przesiewanie: Dostarcza indukowane stymulacją przejściowe wzrosty poziomu wapnia jako mierzalny, zależny od dawki odczyt do przesiewania związków.
• Analityka: Pomiar zmian fluorescencji w neuronach docelowych i połączonych w celu obliczenia indeksów łączności i progów odpowiedzi.
• Badania translacyjne: Łączy celowanie komórkowe z efektami na poziomie sieci u czuwających myszy, zwiększając istotność w kontekście ludzkiej patofizjologii.
• Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę wielokrotnego użytku do badania wielu celów w różnych obszarach mózgu i modelach chorób.

Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy

• Wartość naukowa: Redukuje niejednoznaczność mechanistyczną poprzez powiązanie manipulacji pojedynczym neuronem z odpowiedziami sieciowymi.
• Wartość operacyjna: Łączy stymulację i obrazowanie w jednym zintegrowanym systemie, co zmniejsza złożoność procesu pracy.
• Wartość strategiczna: Poprawia procesy podejmowania decyzji go/no-go, dostarczając bezpośrednich dowodów na modulację obwodów zapośredniczoną przez cel.
• Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację celów o potwierdzonym działaniu na powiązania neuronalne istotne dla danej choroby.

Uwagi dotyczące wdrożenia

• Wymagana jest wiedza specjalistyczna w zakresie mikroskopii dwufotonowej, optogenetyki i holograficznego kształtowania wiązki.
• Niezbędny jest system lasera dwufotonowego, modulator światła przestrzennego (SLM) oraz kompatybilna ścieżka detekcji fluorescencji.
• Wymagana jest standaryzacja transfekcji wirusowej, poziomów ekspresji oraz aktywności bazowej u wszystkich zwierząt.
• Należy uwzględnić rozpraszanie i tłumienie sygnału podczas celowania w neurony na różnych głębokościach kory.
• Ograniczeniem jest konieczność transgenicznej ekspresji zarówno aktywatorów, jak i wskaźników, co może być niewykonalne w niektórych modelach.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji