Badanie profili kodowania stymulacji somatycznej na odpowiedzi neuronalne zablokowane w sercu w rogu grzbietowym rdzenia grzbietowego szczura
May 23rd, 2025
Opisujemy protokół wielokanałowego zapisu zewnątrzkomórkowego kręgosłupa wraz z rejestracją funkcji serca i analizą neuronów rdzenia grzbietowego zamkniętego w sercu. Metoda ta oferuje zsynchronizowane czasowo ramy do badania mechanizmów rdzeniowych leżących u podstaw trzewnych zmian funkcjonalnych klatki piersiowej wywołanych przez akupunkturę.
Moje badania dekodują efekty neuromodulacji rdzenia kręgowego w akupunkturze w regulacji układu krążenia za pomocą stabilizowanego protokołu MEA EKG w klatce piersiowej kręgosłupa, umożliwiając milisekundy przetwarzania i analizowania cząstki, takiej jak dynamika SDHN.
Obecne wyzwania eksperymentalne obejmują osiągnięcie niezawodnej stabilizacji kręgosłupa piersiowego w celu zapobiegania zagrożeniom neurologicznym. Optymalizacja protokołów inicjacyjnych pod kątem stabilności neurologicznej, a także zapewnienie synchronizacji MEA EKG na poziomie milisekund
.[Yun Liu] Nasz protokół zapewnił ogólne podejście do jednoczesnego monitorowania aktywności neuronalnej i funkcji serca, a poprzez połączenie zapisów elektrokardiogramów i mikroelektrod, usunięcie niskiej rozdzielczości czasowej niż obrazowanie wapniowe.
Nasze wyniki sprzyjają badaniom, czy neurony rdzeniowe zlokalizowane w sercu napędzają postęp zawału mięśnia sercowego i czy modulacja akupunktury specyficzna dla akupunktury oferuje korzyści terapeutyczne w przypadku zawału mięśnia sercowego.
[Narrator] Na początek zbadaj kaniulę w kształcie litery Y, aby upewnić się, że jest całkowicie sucha. Za pomocą nożyczek sprężynowych wykonaj poprzeczne nacięcie w tchawicy znieczulonego szczura. Włóż kaniulę do otworu tchawicy. Zabezpiecz kaniulę tchawicy trzema zerowymi niewchłanialnymi szwami, aby zapobiec wyciekowi powietrza i przypadkowej ekstubacji. Następnie włóż trzy elektrody do skóry szczura. Umieść elektrodę dodatnią w lewej kończynie dolnej, elektrodę masową w prawej kończynie dolnej, a elektrodę ujemną w prawej kończynie górnej. Ułóż szczura w pozycji leżącej. Po zdezynfekowaniu skóry należy wykonać torakotomię w celu odsłonięcia grasicy. Następnie użyj końcówki szklanej igły do preparowania, aby zrobić mały otwór w osierdziu. Teraz wprowadź silikonowy cewnik z kilkoma małymi otworami na jego dystalnym końcu od jednego do dwóch centymetrów do osierdzia przez nacięcie. Przymocuj cewnik do tkanki ściany klatki piersiowej za pomocą BioGlue. Następnie wykonaj akupunkturę manualną w sześciopunktowym punkcie akupunkturowym komputera przy użyciu parametru stymulacji jednego herca. Włóż igły do akupunktury do komputera sześć punktów akupunkturowych na głębokości około trzech milimetrów. Usuń mięśnie przyczepione do zacisku głowy i prostą część długich mięśni szyi, aby odsłonić wyrostki kolczyste drugiego kręgu piersiowego. Następnie przemieszcz mięśnie półkolczaste i rdzeniowe, aby odsłonić łuk kręgowy od T2 do T6. Za pomocą rongeurs usuń wyrostek kolczysty kręgów T3, aby odsłonić rdzeń kręgowy T3. Do mocowania kręgów piersiowych użyj niestandardowego zacisku rdzeniowego, aby zabezpieczyć wyrostki stawowe T2 i T6. Zwilż otaczające mięśnie solą fizjologiczną, aby utrzymać nawodnienie. Teraz przymocuj układ elektrod do mikromanipulatora instrumentu stereotaktycznego. Włóż go pionowo do rogu grzbietowego T3 rdzenia kręgowego przez grzbietową bruzdę pośrodkową. Następnie włóż elektrodę referencyjną do mięśnia pleców. W celu stymulacji załaduj mikrostrzykawkę podłączoną do silikonowego cewnika z wieloma otworami roztworem bradykininy. Wstrzyknąć cztery mikrolitry roztworu i wywołać nocyceptywną stymulację serca. Obserwuj zmiany częstości akcji serca i wyładowań neuronalnych w rogu grzbietowym rdzenia kręgowego T3 w ciągu 30 minut od wstrzyknięcia. Uruchom oprogramowanie, aby zaimportować zarejestrowane dane neuronowe w formacie .ns6. Przeciągnij i upuść plik .ns6 do programu. Wybierz plik i kliknij Zapisz jako, a następnie wybierz następny format .nex5, aby wygenerować ustandaryzowane dane ciągu spajków. Zaimportuj przekonwertowane pliki .nex5 do oprogramowania klasyfikacyjnego. Wykonaj odpowiedni kod do filtrowania i kategoryzowania sygnałów. Następnie sortuj przebiegi szczytowe na podstawie charakterystyki przebiegu i analizy głównych składowych z parametrami progowymi ustawionymi na plus minus trzy odchylenia standardowe od szumu bazowego. Przeanalizuj neurony rogu grzbietowego kręgosłupa zablokowanego przez serce, uruchamiając MATLAB. Zdefiniuj parametry eksperymentalne. Kliknij przycisk Uruchom, aby wykonać. Neurony zarejestrowane z kanału 19 wykazywały gęste rytmiczne ciągi kolców z symetrycznym wzorcem korelacji i ciasno zgrupowanymi grupami fal na PCA. Neurony z kanału 11 podzieliły się na trzy odrębne profile wyzwalania, z których każdy ma unikalne cechy automatycznej korelacji i klastry fal PCA. Neurony zablokowane w sercu na kanale 17 C i 21 A wystrzeliwane rytmicznie za pomocą EKG są falami wyjściowymi, ale bradykinina zakłóciła ten wzorzec i wprowadziła nowe skupiska kolców między falami P i Q. MAPC6 przywrócił nasze strzelanie z blokadą falową, chociaż ta rytmiczność ponownie spadła po MAPC6. Bradykinina gwałtownie zwiększyła odsetek pobudzonych neuronów, podczas gdy MAPC6 zmniejszyła tę odpowiedź. I odwrotnie, proporcje neuronów hamujących zmniejszyły się po bradykininie, ale wróciły do normy po MAPC6. Chan21a wystrzelił w synchronizacji z falą EKG P na początku badania, skupił się między falami P i Q po bradykininie i ponownie zablokował się w fali P po MAPC6.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
To badanie opisuje nowy protokół do wielokanałowego nagrywania pozakomórkowego z kręgosłupa w połączeniu z oceną czynności układu krążenia, aby przeanalizować neurony w rogowych warstwach tylnej części rdzenia kręgowego, zablokowane przez czynności serca. Ta zsynchronizowana struktura jest niezwykle ważna dla badania mechanizmów rdzeniowych, które są wpłynięte przez zmiany funkcji trzewiowych w części piersiowej, związane z akupunkturą.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Fizjologia układu krążenia
- Badania nad akupunkturą
Tło
- Związek między rdzeniem kręgowym a regulacją czynności serca jest złożony i nie jest w pełni zrozumiały.
- Akupunktura może modulować te mechanizmy rdzeniowe, wpływając na reakcje układu krążenia.
- Obecne metody często nie mają odpowiedniej rozdzielczości czasowej w monitorowaniu czynności nerwowych i serca jednocześnie.
Cel badania
- Rozwój metody do monitorowania w czasie rzeczywistym czynności rdzenia kręgowego i serca, aby lepiej zrozumieć ich interakcje.
- Ocena, czy określone punkty akupunkturowe mogą zapewnić korzyści terapeutyczne w przypadku chorób układu krążenia.
Stosowane metody
- W badaniu zastosowano system wielokanałowego pozakomórkowego nagrywania z kręgosłupa w połączeniu z monitorowaniem elektrokardiogramu.
- Eksperymentalne szczury przeszły serię procedur chirurgicznych w celu stabilizacji części piersiowej kręgosłupa.
- Wprowadzono wstrzyknięcie bradykininy w celu stymulacji nocyceptywnej serca, przy czym synchronizacja nagrań była rzetelnie utrzymywana.
Główne wyniki
- Neurony w rogowych warstwach tylnej części rdzenia kręgowego wykazywały różne wzorce kodowania impulsów, które korelowały z falami EKG.
- Bradykinina znacząco zmieniała wzorce wyładowań neuronów, sugerując, że neurony rdzeniowe związane z czynnością serca reagują dynamicznie na stymulację nocyceptywną.
- Wyniki wskazują na potencjalny mechanizm, przez który akupunktura może wpływać na wyniki działalności układu krążenia poprzez modulacje aktywności neuronów rdzeniowych.
Wnioski
- Ten protokół umożliwia jednoczesne monitorowanie czynności nerwowych i serca, otwierając drogi dla badań nad zaburzeniami układu krążenia.
- Badanie podkreśla potencjał akupunktury jako strategii terapeutycznej w zawale mięśnia sercowego poprzez jej wpływ na aktywność neuronów rdzeniowych.
- Dalsze badania mogą wyjaśnić mechanizmy leżące u podstaw i implikacje terapeutyczne dla chorób serca.
Często zadawane pytania
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.
