Gravações agudas de vários eletrodos de unidade única do tronco encefálico de camundongos com cabeça fixa
11 de outubro de 2024
Este protocolo descreve um método para obter gravações in vivo de neurônio único de alta densidade do tronco cerebral de camundongos com cabeça fixa. Essa abordagem é implantada para medir o potencial de ação disparado de neurônios no cinza periaquedutal ventrolateral - uma região do tronco encefálico inativa durante o sono REM (Rapid Eye Movement) - antes e durante a anestesia geral.
Nosso laboratório investiga os efeitos de anestésicos comumente usados nos neurônios relacionados ao sono e suas vias de comunicação. Nosso objetivo é entender melhor como os anestésicos afetam as vias endógenas do sono e afetam o sono e a cognição perioperatórios. Recentemente, identificamos os substratos anatômicos para algumas das alterações do sono causadas por certos tipos de anestésicos gerais.
Fizemos isso usando camundongos geneticamente modificados nos quais há expressão endógena de c-Fos, um marcador de ativação neuronal. No entanto, usando esta nova técnica, seremos capazes de medir diretamente a excitabilidade celular em grupos de neurônios no tronco cerebral associados ao sono. Esta é uma grande vantagem sobre simplesmente quantificar a expressão de c-Fos como um marcador substituto da ativação neuronal.
Nosso próximo passo será buscar os mecanismos celulares e moleculares subjacentes às alterações do sono induzidas por certos tipos de anestésicos gerais. Isso implicará medir a excitabilidade celular em neurônios do tronco cerebral associados ao sono usando sondas neuropixel, bem como usar abordagens transcriptômicas espaciais para quantificar e mapear a expressão de genes relacionados ao sono nessas áreas.
Visão Geral
Este estudo apresenta um protocolo para obter gravações in vivo de alta densidade de neurônios individuais no tronco encefálico de camundongos com a cabeça fixada. A metodologia é utilizada para avaliar a atividade de disparo de potenciais de ação em neurônios do cinza periaquedutal ventrolateral, particularmente durante anestesia geral e seus efeitos sobre a atividade de neurônios relacionados ao sono.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Eletrfisiologia
- Pesquisa sobre Sono
Antecedentes
- Investiga o impacto de anestésicos na atividade neuronal.
- Foca em neurônios relacionados ao sono e suas vias de comunicação.
- Utiliza camundongos geneticamente modificados que expressam C-fos como marcador de ativação.
- Busca medir diretamente a excitabilidade celular em neurônios associados ao sono.
Objetivo do Estudo
- Compreender como anestésicos afetam as vias endógenas do sono.
- Explorar os mecanismos celulares e moleculares das alterações do sono induzidas pela anestesia.
- Aprimorar metodologias para medir a excitabilidade neuronal durante o sono e a anestesia.
Métodos Utilizados
- Utiliza sondas de silício de alta densidade para gravações eletrofisiológicas.
- Emprega modelos de camundongos com cabeça fixada para direcionamento preciso do tronco encefálico.
- Nenhuma análise de multiômica mencionada.
- Envolve procedimentos cirúrgicos detalhados, incluindo craniotomia e inserção da sonda.
- Registra a atividade de disparo neuronal antes e durante a administração da anestesia com Sevoflurano.
Resultados Principais
- O estudo encontrou uma diminuição significativa na atividade elétrica dos neurônios do vlPAG durante a anestesia com sevoflurano.
- A medição direta da excitabilidade celular fornece informações além da expressão de C-fos isoladamente.
- Os achados apoiam a hipótese de que anestésicos modulam a atividade neuronal relacionada ao sono.
- Os resultados mostram uma diminuição consistente da excitabilidade em todos os neurônios do vlPAG avaliados.
Conclusões
- Este método permite a investigação direta da excitabilidade neuronal durante a anestesia.
- Melhor compreensão dos mecanismos que regulam os efeitos do sono e da anestesia.
- Implicações para estudos futuros sobre comunicações neuronais em contextos anestésicos.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Registros de unidades individuais de alta densidade provenientes de regiões profundas do tronco encefálico em camundongos com cabeça fixada permitem a avaliação direta e quantitativa da excitabilidade neuronal relevante para os mecanismos do sono e da anestesia. Essa abordagem aumenta a confiança preditiva na validação de alvos para a descoberta de compostos neuroativos, especialmente nos casos em que estruturas cerebrais profundas estão envolvidas. O acesso confiável à substância cinzenta periaquedutal ventrolateral (vlPAG) apoia a continuidade translacional desde a investigação mecanicista até o desenvolvimento de modelos pré-clínicos nas linhas de pesquisa de fármacos para o sistema nervoso central.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Mede diretamente a excitabilidade neuronal em núcleos do tronco encefálico associados ao sono e à anestesia.
- Permite a redução de riscos mecanicistas ao quantificar alterações no potencial de ação em resposta a agentes anestésicos.
- Apoia a validação funcional de alvos além de marcadores substitutos como a expressão de C-fos.
- Facilita a investigação orientada por hipóteses das vias neurais subjacentes à modulação do sono.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Estabelece leituras eletrofisiológicas validadas para triagem de compostos subsequentes.
- Fornece saídas quantitativas e reprodutíveis para padronização de ensaios em pesquisas do sistema nervoso central.
- Permite a preparação de sistemas relevantes para doenças na avaliação de agentes neuroativos.
- Oferece suporte à escalabilidade e reutilização da plataforma para estudos de registro neural multirregião.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha modelos pré-clínicos à circuitaria neural relevante para a doença implicada no sono e na anestesia.
- Permite a continuidade de estudos mecanicistas em fase de descoberta até a avaliação de eficácia pré-clínica.
- Apoia decisões de avanço ajustadas ao risco ao fornecer dados neurais robustos e quantitativos.
- Facilita o desenvolvimento de biomarcadores translacionais por meio da medição direta da atividade neural.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este método integra-se ao continuum de descoberta a pré-clínico ao permitir a medição direta da atividade neural em regiões profundas do cérebro, apoiando tanto a validação de alvos quanto a pesquisa translacional no desenvolvimento de fármacos para o sistema nervoso central.
- Biologia da Descoberta: Fornece testes quantitativos de hipóteses sobre o envolvimento de vias neurais no sono e na anestesia.
- Triagem: Fornece saídas eletrofisiológicas reprodutíveis para avaliação de compostos em circuitos do tronco encefálico validados.
- Análise: Gera dados de potenciais de ação de alta resolução para comparação estatística entre condições experimentais.
- Pesquisa Translacional: Conecta descobertas mecanicistas a modelos pré-clínicos por meio do direcionamento a núcleos do tronco encefálico relevantes para doenças.
- Reutilização Empresarial: Oferece uma plataforma reutilizável para gravação neural multirregional em diversos programas de pesquisa do SNC.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista na validação de alvos no sistema nervoso central.
- Valor Operacional: Padroniza procedimentos de gravação cerebral profunda para garantir reprodutibilidade e escalabilidade.
- Valor Estratégico: Melhora as decisões de avanço ou interrupção de projetos e a eficiência do capital ao fornecer dados neurais robustos no início do processo.
- Impacto sobre o Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de programas no sistema nervoso central com base em medições diretas de atividade neural.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em cirurgia estereotáxica e técnicas de registro eletrofisiológico.
- Exige instrumentação especializada, incluindo sondas de silício e sistemas de registro de alta resolução.
- Necessita padronização rigorosa entre equipes dos protocolos cirúrgicos e analíticos.
- A adaptação entre diferentes sistemas modelo pode exigir o recalibramento das coordenadas e dos ângulos de inserção.
- Limitações potenciais incluem a complexidade cirúrgica e a variabilidade na resposta anestésica entre populações neuronais.
