Sistema de Gravação Eletroencefalográfica de Baixo Custo Combinado com uma Bobina de Tamanho Milimétrico para Estimular Transcranialmente o Cérebro de Camundongos In Vivo
26 de maio de 2023
Um sistema de registro eletrencefalográfico de baixo custo combinado com uma bobina de tamanho milimétrico é proposto para conduzir a estimulação magnética transcraniana do cérebro de camundongos in vivo. Usando eletrodos de parafuso convencionais com um substrato multieletrodo personalizado, flexível e com arranjo de eletrodos, o registro multi-site pode ser realizado a partir do cérebro de camundongos em resposta à estimulação magnética transcraniana.
Em neurociência, a EMT e o registro de EEG são frequentemente usados para avançar nossa compreensão do cérebro. A EMT é especialmente promissora devido à sua não invasividade. A combinação da EMT com o registro do EEG permite que os pesquisadores explorem a excitabilidade, a conectividade e a dinâmica espaço-temporal em várias regiões do cérebro.
Este protocolo tem como objetivo desenvolver um sistema de medida por estimulação simultânea para experimentos de EMT-EEG com pequenos animais. Estes sistemas não foram extensivamente desenvolvidos, forçando os pesquisadores a criar um sistema de tentativa e erro de acordo com os requisitos experimentais únicos. Essa abordagem facilmente adaptável pode ser estabelecida em laboratórios de neurociência padrão, tornando-a mais acessível e prática para os pesquisadores.
Os resultados deste estudo irão avançar na pesquisa e elucidar os mecanismos por trás de distúrbios específicos em pequenos animais, que são modelos essenciais para candidatos humanos. Além disso, esses modelos melhorarão sua compreensão das condições humanas e ajudarão a orientar a criação de tratamentos e intervenções mais eficazes.
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Visão Geral
Este estudo propõe um sistema de gravação eletrencefalográfica (EEG) de baixo custo combinado com uma bobina de tamanho milimétrico para aplicar estimulação magnética transcraniana (TMS) in vivo em camundongos. O sistema tem como objetivo aprimorar a compreensão da atividade cerebral por meio de gravações multissítio em resposta ao TMS, permitindo aos pesquisadores explorar a excitabilidade e a conectividade entre regiões cerebrais.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Eletrfisiologia
- Estimulação Magnética Transcraniana (TMS)
Contexto
- TMS e EEG são usados para estudar a função cerebral de forma não invasiva.
- Medições simultâneas de TMS-EEG aprimoram a exploração da dinâmica cerebral.
- Os sistemas existentes para animais pequenos apresentam limitações e exigem soluções personalizadas.
- Este estudo desenvolve um sistema prático e adaptável para laboratórios convencionais.
Objetivo do Estudo
- Criar um sistema de medição com estimulação simultânea para TMS-EEG em animais pequenos.
- Melhorar o acesso e a praticidade para a pesquisa em neurociência.
- Esclarecer os mecanismos subjacentes a distúrbios neurológicos utilizando modelos em animais pequenos.
Métodos Utilizados
- Gravação de eletroencefalografia (EEG) com um arranjo multieletrodo flexível.
- Modelo de camundongo sob anestesia intraperitoneal para colocação de eletrodos e bobina.
- Procedimentos cirúrgicos e de configuração detalhados para o posicionamento ideal de eletrodos e dispositivo de estimulação.
- Sessões de gravação e estimulação utilizando um gerador de funções e um sistema de aquisição de dados.
Resultados Principais
- Gravações bem-sucedidas de formas de onda de EEG em resposta ao som e à TMS.
- Respostas com deflexão negativa observadas após a estimulação sonora, com variações conforme a intensidade da estimulação magnética.
- Amplitudes de pico aumentadas nas gravações de EEG correlacionadas com estimulação intensificada.
- Os dados ilustram a capacidade do sistema de medir respostas cerebrais durante a TMS.
Conclusões
- O estudo demonstra uma configuração prática para a realização simultânea de TMS-EEG em roedores.
- Essa metodologia abre caminhos para pesquisas futuras sobre mecanismos cerebrais relacionados a distúrbios.
- Espera-se uma compreensão aprimorada das condições neurológicas humanas e de tratamentos potenciais.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A gravação simultânea de EEG e estimulação magnética transcraniana (TMS) em modelos de animais pequenos permite a investigação direta da excitabilidade neural e da conectividade, apoiando a validação precoce de alvos em pipelines de neurofarmacologia. Este sistema de baixo custo e multi-sítio facilita a avaliação reprodutível e quantitativa das respostas cerebrais, reduzindo a ambiguidade mecanicista e aumentando a confiança preditiva na descoberta de fármacos para o SNC. Sua acessibilidade e escalabilidade o posicionam como uma plataforma reutilizável para fluxos de trabalho de neurofisiologia pré-clínica.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a medição direta das respostas dos circuitos neurais a perturbações controladas por EMT.
- Apoia a validação funcional de alvos do SNC por meio de leituras quantitativas de EEG.
- Facilita a redução de riscos mecanicistas por meio do mapeamento de padrões de atividade cerebral espaciotemporais.
- Aprimora a confiança preditiva para o avanço de compostos neuroativos.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Oferece uma plataforma padronizada de EEG multicanal para triagem de compostos in vivo.
- Fornece saídas eletrofisiológicas quantitativas e reprodutíveis para o desenvolvimento de ensaios.
- Permite escalabilidade e reutilização da plataforma em diversos alvos e modelos do SNC.
- Permite avaliação confiável de intervenções farmacológicas e neuromoduladoras.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha perfis de resposta neural pré-clínicos com biomarcadores relevantes para a doença.
- Mantém a continuidade desde a descoberta inicial até a validação pré-clínica em modelos de pequenos animais.
- Apoia decisões de avanço ajustadas ao risco com base em desfechos funcionais do SNC.
- Fornece dados relevantes para a triagem translacional de portfólios do SNC.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este sistema se integra ao continuum de descoberta, desde a verificação inicial de hipóteses até a identificação de compostos líderes e a validação pré-clínica para programas do SNC.
- Biologia da Descoberta: Permite a investigação orientada por hipóteses de circuitos neurais e engajamento de alvos.
- Triagem: Fornece saídas quantitativas de EEG prontas para ensaios, para avaliação de compostos e dispositivos.
- Análises: Apoia a comparação estatística de respostas evocadas por estimulação entre condições experimentais.
- Pesquisa Translacional: Conecta achados mecanicistas em roedores a desfechos do SNC relevantes para humanos.
- Reutilização Empresarial: Oferece uma plataforma flexível e de baixo custo, adaptável às diversas necessidades de P&D em neurofarmacologia.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a incerteza mecanicista na validação de alvos no sistema nervoso central.
- Valor Operacional: Padroniza fluxos de trabalho EEG-TMS em múltiplos centros para reprodutibilidade e escalabilidade.
- Valor Estratégico: Permite decisões informadas de prosseguir/não prosseguir e uma gestão eficiente do portfólio de projetos no sistema nervoso central.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco e o avanço de ativos neuroativos.
Considerações sobre a Implementação
- Exige experiência em cirurgia de pequenos animais e neurofisiologia.
- Requer acesso a instrumentação básica de eletrofisiologia e sistemas de aquisição de dados.
- Exige padronização entre equipes quanto ao posicionamento dos eletrodos e protocolos de estimulação.
- Adaptável a diversos modelos de roedores e paradigmas experimentais.
- As limitações potenciais incluem a variabilidade nas respostas dos animais e a necessidade de personalização do protocolo.
