El TD Drive: un implante paramétrico de código abierto para registros electrofisiológicos multiárea en ratas que se comportan y duermen
26 de abril de 2024
Aquí, presentamos un implante único imprimible en 3D para ratas, llamado TD Drive, capaz de registros simétricos de electrodos de alambre bilaterales, actualmente en hasta diez áreas cerebrales distribuidas simultáneamente.
El objetivo de nuestra investigación es comprender mejor los mecanismos neuronales que subyacen al procesamiento de la memoria, especialmente para examinar las interacciones entre regiones específicas del cerebro en tiempo real durante diferentes puntos de tiempo de aprendizaje, y también durante el sueño. En este sentido, aquí desarrollamos un novedoso implante de accionamiento que nos permite observar la actividad neuronal simultáneamente en múltiples regiones del cerebro en ratas que se mueven libremente durante los períodos de tarea y descanso. Para registrar la actividad cerebral en animales que se comportan, los investigadores suelen utilizar implantes complejos de fabricación propia con docenas de electrodos de alambre móviles individualmente.
Sin embargo, el uso y la implantación con éxito de estos dispositivos puede llevar años de formación. Nuestra unidad es fácil de construir y no necesita manos expertas, lo que hace que este tipo de investigación sea más accesible. El TD drive fue diseñado en base a tres ideas, contrastándola con otros diseños complejos.
Debería permitir el registro bilateral de múltiples áreas cerebrales, ser relativamente fácil y rápido de construir, y los investigadores deberían ser capaces de adaptar el diseño por sí mismos sin tener que tener conocimientos avanzados de diseño 3D. Nuestro objetivo es comprender, ¿cómo interactúan las diferentes regiones del cerebro entre sí cuando los roedores realizan tareas de comportamiento simples versus complejas? ¿Cómo afectan el aprendizaje y los diferentes fármacos a estas interacciones entre las regiones del cerebro durante el sueño, y cómo se relacionan estas interacciones durante el sueño con el rendimiento de la memoria?
Resumen
Este estudio presenta un implante novedoso y de fácil construcción mediante impresión 3D, denominado TD Drive, para la grabación con electrodos de alambre bilaterales en ratas libres de movimiento. El objetivo es mejorar la comprensión de los mecanismos neuronales implicados en el procesamiento de la memoria mediante la grabación desde múltiples regiones cerebrales durante diversas tareas conductuales y el sueño, facilitando así el acceso a la investigación.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Electrofisiología
- Investigación del comportamiento
Antecedentes
- Los mecanismos neuronales que subyacen al procesamiento de la memoria no se comprenden completamente.
- Los dispositivos de registro anteriores son complejos y requieren una formación extensa para su uso.
- Este estudio tiene como objetivo simplificar el proceso de registro de la actividad neuronal.
Objetivo del estudio
- Investigar las interacciones entre regiones cerebrales durante el aprendizaje y el sueño.
- Crear un sistema de registro más accesible para los investigadores.
- Estudiar los efectos del aprendizaje y las drogas sobre las interacciones neuronales.
Métodos Utilizados
- La plataforma incluye un implante impreso en 3D para grabaciones con electrodos.
- El modelo biológico consiste en ratas de movimiento libre, lo que permite la grabación durante el comportamiento.
- No se mencionaron análisis multiómicos ni metabólicos.
- Se proporcionaron instrucciones detalladas para ensamblar el implante, centrándose en la facilidad de construcción.
Resultados Principales
- El implante permite grabaciones simultáneas de múltiples áreas cerebrales.
- Facilita el examen en tiempo real de la actividad neuronal durante tareas y reposo.
- Destaca la accesibilidad mejorada de la investigación electrofisiológica.
Conclusiones
- Este estudio demuestra un avance significativo en la accesibilidad de las grabaciones neuronales.
- Las implicaciones incluyen una mejor comprensión del procesamiento de la memoria y de las interacciones neuronales.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Los registros electrofisiológicos simultáneos en múltiples áreas de ratas libres de movimiento y en estado de sueño son fundamentales para reducir los riesgos asociados a hipótesis mecanicistas en neurobiología y en la investigación de la memoria. El diseño paramétrico y de código abierto del TD Drive permite la adquisición escalable y reproducible de datos en regiones cerebrales distribuidas, apoyando el descubrimiento temprano y la validación de objetivos en el desarrollo de fármacos para el sistema nervioso central. Su accesibilidad y adaptabilidad reducen las barreras técnicas, facilitando una exploración más amplia de carteras de investigación y la estandarización entre diferentes centros.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite investigar la función de los circuitos neuronales y la conectividad entre regiones durante tareas de aprendizaje y memoria.
- Apoya la desactivación de riesgos biológicos al permitir grabaciones bilaterales en tiempo real en hasta diez áreas cerebrales.
- Facilita la validación funcional de dianas al capturar respuestas neuronales dinámicas frente a intervenciones conductuales y farmacológicas.
- Mejora la confianza predictiva en la selección de dianas del SNC mediante datos de alta resolución y múltiples sitios.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Proporciona una plataforma validada y personalizable para generar lecturas electrofisiológicas cuantitativas en modelos preclínicos.
- Normaliza la colocación de electrodos y los protocolos de registro, mejorando la reproducibilidad entre estudios y equipos.
- Permite la escalabilidad del ensayo y la reutilización de la plataforma al facilitar la adaptación rápida a nuevas regiones cerebrales o paradigmas experimentales.
- Posibilita la evaluación confiable de los efectos de compuestos sobre la actividad de la red neuronal in vivo.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Alinea mediciones preclínicas de actividad neural con paradigmas conductuales y de sueño relevantes para la enfermedad.
- Mantiene la continuidad traslacional al permitir grabaciones longitudinales en el mismo animal a través de diferentes estados conductuales.
- Reduce los riesgos en las decisiones de avance al proporcionar biomarcadores neuronales robustos y multicéntricos para programas del sistema nervioso central.
- Facilita comparaciones entre especies y entre modelos mediante hardware estandarizado y de código abierto.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
La TD Drive se integra en el continuo de descubrimiento a preclínico al permitir la interrogación de circuitos neuronales guiada por hipótesis, el cribado cuantitativo y el desarrollo de biomarcadores traslacionales en modelos de roedores.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis mecanicistas y la aclaración de vías mediante grabaciones simultáneas en múltiples regiones.
- Selección: Proporciona resultados electrofisiológicos cuantitativos y reproducibles para la evaluación de compuestos e intervenciones.
- Análisis: Ofrece datos neuronales de alta resolución en múltiples sitios para la comparación estadística de condiciones experimentales.
- Investigación Traducional: Conecta estudios conductuales, del sueño y farmacológicos con la alineación de biomarcadores neuronales.
- Reutilización Empresarial: Ofrece una plataforma paramétrica y de código abierto adaptable a diversas necesidades de investigación del SNC.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de dianas del SNC.
- Valor operativo: Agiliza el ensamblaje e implementación del implante, reduciendo la formación requerida y las barreras técnicas.
- Valor estratégico: Permite tomar decisiones más informadas de avance o interrupción del desarrollo y una selección eficiente del capital en las carteras de neurofármacos.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización y el avance ajustados al riesgo de los programas del SNC mediante la generación robusta y escalable de datos.
Consideraciones de Implementación
- Requiere conocimientos básicos en cirugía de roedores y técnicas de registro electrofisiológico.
- Necesita acceso a impresión 3D, herramientas de laboratorio estándar y sistemas de registro compatibles.
- Exige la estandarización entre equipos de los protocolos de colocación de electrodos y de adquisición de datos.
- Adaptable a diversas regiones cerebrales y diseños experimentales mediante ajustes del modelo paramétrico.
- La longevidad del implante y la estabilidad de la señal pueden variar según el comportamiento del animal y las prácticas de manejo.
