Modelagem de Dados de Voltammetria Cíclica de Dados Rápidos de Dados de Neurotransmissão de Dopamina Estimulados Eletricamente Usando QNsim1.0

O objetivo geral deste programa de software é estimar a cinética da neurotransmissão de dopamina eletricamente estimulada a partir dos dados experimentais de voltametria cíclica de varredura rápida. Este método pode facilitar os desenhos de estudos para ajudar a responder a questões-chave sobre a neurotransmissão da dopamina, como a neurotransmissão da dopamina estriatal evocada eletricamente é alterada pelas drogas e estados de doença. A principal vantagem deste software é que ele fornece uma plataforma amigável para modelar dados experimentais de voltametria usando uma estrutura neurobiológica quantitativa.

Neste procedimento, baixe QNsim1.0. zip e extraia-o para um diretório desejado. Em seguida, prepare os dados de resposta à dopamina estimulada para modelagem, organizando uma planilha na qual cada coluna contém uma resposta dopamina temporal convertida em concentração de dopamina micromolar e salve esse arquivo no mesmo diretório que os arquivos do programa.

Depois disso, abra o software de programação, navegue até o diretório QNsim1.0 na janela da pasta atual e abra o arquivo intitulado Initialization.m. Em seguida, clique em Executar para iniciar a tela Inicialização. Para iniciar um novo projeto, na seção Novo Projeto, digite o nome do arquivo de planilha que contém os dados de resposta à dopamina para o projeto na caixa de texto do arquivo de dados de dopamina.

Esta planilha contém três respostas de dois estudos, uma coletada no estriado dorsal e outra coletada no núcleo accumbens. Ao lado de Tempo de simulação, insira os pontos de tempo correspondentes ao início e ao fim da coleta de dados em relação ao início da estimulação. Para os dados da amostra, existem respostas com intervalo de pré-estimulação de 5 segundos e 35 segundos de coleta de dados após o início da estimulação.

Em seguida, insira o número de respostas em cada estudo ao lado da caixa de texto correspondente. Ao lado de Intervalo de amostragem, insira o intervalo de amostragem de dados experimentais em segundos, que foi a cada 0,1 segundos para nossos dados. Em seguida, ao lado de Salvar como, designe o nome do arquivo, incluindo o tipo de arquivo em que o projeto deve ser salvo.

Clique em Criar Novo Projeto para abrir a janela do simulador. Como alternativa, para continuar um projeto anterior, na seção Continuar Projeto Anterior da janela de inicialização, insira o nome do arquivo dot mat de um projeto iniciado anteriormente. Depois, clique em Carregar projeto existente para iniciar a janela do simulador.

Neste procedimento, selecione a resposta experimental da dopamina a ser simulada, inserindo o número do estudo, o número da resposta e a duração da estimulação nas caixas de texto correspondentes. Pressione a tecla Enter ou clique em Simular para iniciar o processo de simulação, que cria três gráficos contendo dados experimentais, dados simulados e dados simulados que não levam em conta a liberação de dopamina pós-estimulação. Para modelar as respostas experimentais à dopamina, ajuste os parâmetros delta DAR, delta DAR tau e dar de estado estacionário associados à liberação de dopamina para corresponder à amplitude da estimulação.

Em seguida, ajuste a inflexão VMAX, KM inicial, delta KM, KM. Em seguida, ajuste os parâmetros VMAX, KM inicial, delta KM, inflexão KM e K associados à recaptação de dopamina de modo que no Painel A os dados simulados se aproximem da forma da fase ascendente dos dados experimentais e a simulação sem traço de liberação pós-estimulação seja menor que o traço de dados experimentais para todos os pontos de tempo pós-estimulação. Essa abordagem de modelagem é um processo iterativo de ajuste dos parâmetros do modelo.

Assim, provavelmente será necessário modificar os parâmetros de liberação do DA para corresponder à forma da fase ascendente. Em seguida, ajuste os parâmetros XR, tau R e M associados à liberação de dopamina pós-estimulação de modo que os dados simulados se aproximem dos dados experimentais no gráfico Dopamina versus Tempo. Para validar a precisão dos parâmetros de simulação, é fundamental verificar se o mesmo conjunto de parâmetros de liberação e recaptação estimulados pode aproximar as respostas experimentais a diferentes durações de estimulação do mesmo local de amostragem.

Depois que um conjunto de parâmetros modelar de perto os dados experimentais, clique em Salvar parâmetros, que salvará esse conjunto de parâmetros para a resposta fornecida no arquivo de ponto do projeto. Se necessário, carregue os parâmetros salvos anteriormente para uma resposta específica clicando em Carregar parâmetros. Certifique-se de que o número do estudo e o número da resposta apropriados sejam inseridos nas caixas de texto correspondentes.

Para exportar os parâmetros salvos, na caixa de texto ao lado do botão Exportar parâmetros, digite o nome do arquivo e clique em Exportar parâmetros para exportar um arquivo de texto com todos os parâmetros das simulações. Delimite as células no Excel por espaços para visualizar esses dados em formato de tabela. O gráfico esquerdo e direito mostrados aqui mostram as simulações em dados experimentais coletados no estriado dorsal e no núcleo accumbens, respectivamente.

As duas regiões geralmente exibem diferentes formas de resposta com formas ascendentes côncavas no estriado dorsal e formas ascendentes convexas no núcleo accumbens. Embora haja variabilidade nas formas e amplitudes de resposta, mesmo dentro de uma determinada região, ambas as formas de resposta podem ser modeladas com algumas diferenças e parametrizações notáveis. Geralmente, a VMAX é menor e a inflexão KM é muito menor no núcleo accumbens, em comparação com o estriado dorsal.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de ser sistemático em sua abordagem, minimizando as estimativas dos parâmetros de liberação e recaptação de dopamina e validando os parâmetros em várias respostas experimentais do mesmo local de amostragem. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como modelar as respostas da dopamina estimulada para estimar a cinética da neurotransmissão da dopamina eletricamente estimulada no corpo estriado.