Imagerie calcique dans le colliculus supérieur de souris
21 avril 2023
Ce protocole détaille la procédure d’imagerie des réponses calciques dans le colliculus supérieur (SC) des souris éveillées, y compris l’imagerie de l’activité d’un seul neurone avec la microscopie à deux photons tout en laissant le cortex intact chez les souris de type sauvage, et l’imagerie de l’ensemble du SC avec la microscopie à grand champ chez les souris mutantes à cortex partiel.
Mes recherches portent sur le codage neuronal et les mécanismes du traitement visuel. Nous essayons de répondre à la question de savoir comment diverses informations sont codées dans le cerveau, en particulier dans le colliculus supérieur sous les neuromécanismes sous-jacents. Pour comprendre le traitement visuel, les scientifiques combinent diverses approches, notamment la morphologie neuronale, le traçage antérograde et rétrograde, le séquençage IL, la modélisation neurologique, l’apprentissage automatique, est bien compris.
Le défi consiste à retirer le crâne au-dessus de la SSA, coupant et laissé dans l’os en un seul morceau plus grand, est susceptible d’échouer parce que l’os est attaché à la dure-mère. En combinant deux photos sur une image de calcium à grand champ, nos travaux récents ont révélé l’architecture fonctionnelle de la direction du mouvement dans le SC de souris à la fois à la résolution d’une seule cellule et à l’échelle globale. Nous avons constaté que les neurones ayant une préférence similaire forment des patchs jusqu’à 500 micromètres sous le global vers le haut sur le mouvement nasal.
Avec notre protocole, nous comblons deux lacunes en matière de recherche. Tout d’abord, les chercheurs peuvent effectuer une imagerie de moulage à long terme dans un SC de souris à une résolution d’une seule cellule sans briser le cortex. Deuxièmement, les chercheurs peuvent enregistrer la neuroactivité sur l’ensemble du SC à l’aide de la microscopation à grand champ.
Notre protocole fournit une mesure permettant d’imager le CS médian postérieur à une résolution de cellule unique avec un cortex intact chez la souris. De plus, nous utilisons un bouchon biocompatible pour exposer le SC, ce qui réduit l’infection pour l’imagerie chronique. Nos résultats fournissent un moyen d’étudier le codage neuronal de l’information visuelle à travers un large champ visuel.
Combiné à l’optogénétique, on peut étudier les demi-entrées de différentes régions du cerveau modulant la neuroactivité dans le SC.
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Aperçu
Cette étude décrit un protocole d'imagerie des réponses calciques dans le colliculus supérieur (SC) de souris éveillées, utilisant la microscopie à deux photons pour capturer l'activité de neurones individuels tout en préservant le cortex chez des souris de type sauvage, et employant la microscopie en champ large pour l'ensemble du SC chez des souris mutantes présentant un cortex partiel.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Techniques d'imagerie
- Traitement visuel
Contexte
- Le colliculus supérieur joue un rôle crucial dans le traitement de l'information visuelle.
- Comprendre le codage neuronal dans le CS est essentiel pour élucider les mécanismes du traitement visuel.
- Les méthodes d'imagerie antérieures peuvent perturber l'intégrité corticale, compliquant les études d'enregistrement à long terme.
- Ce protocole vise à surmonter ces difficultés en proposant une approche peu invasive pour l'imagerie.
Objectif de l'étude
- Établir une méthode fiable pour l'imagerie calcique à long terme dans le colliculus supérieur (SC) de la souris.
- Faciliter l'enregistrement de l'activité neuronale dans tout le SC sans perturber le cortex.
- Approfondir la compréhension de la manière dont l'information visuelle est représentée au niveau neuronal dans le SC.
Méthodes utilisées
- L'étude utilise des techniques de microscopie à deux photons et à champ large.
- Des modèles murins de type sauvage et mutés sont employés, en utilisant un virus adéno-associé pour exprimer GCaMP6m dans le cadre de l'imagerie calcique.
- Les principales méthodologies incluent l'implantation d'une plaque crânienne, des approches chirurgicales pour exposer le SC, ainsi que l'utilisation d'une ventouse pour l'imagerie chronique.
- Après l'injection virale, une période de récupération de trois semaines est observée avant le début de l'imagerie.
- Des étapes chirurgicales détaillées permettent de minimiser les dommages aux tissus environnants.
Résultats principaux
- Le protocole permet un examen détaillé de l'activité neuronale associée aux préférences de direction du mouvement au sein du colliculus supérieur.
- Les résultats indiquent que les neurones présentant des préférences similaires peuvent s'agréger, ce qui influence le traitement des signaux visuels sur de vastes régions.
- Une imagerie chronique est réalisable tout en préservant l'intégrité corticale, facilitant ainsi l'étude continue des dynamiques neuronales.
- La combinaison des données d'imagerie avec l'optogénétique permet d'explorer les entrées modulatrices provenant d'autres régions du cerveau.
Conclusions
- Cette étude établit une méthode robuste pour analyser la signalisation calcique dans le colliculus supérieur (SC), contribuant ainsi de manière significative à la compréhension des mécanismes du traitement visuel.
- Les techniques d'imagerie décrites ouvrent la voie à des progrès dans les études longitudinales de l'activité neuronale chez des animaux éveillés.
- Ces méthodologies permettront d'approfondir l'exploration des mécanismes neuronaux ainsi que leurs implications dans le comportement visuel et les troubles associés.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
L'imagerie calcique à haute résolution dans le colliculus supérieur (SC) de la souris permet une interrogation directe du codage neuronal sous-jacent au traitement visuel, soutenant une détection mécanistique des risques lors de l'étape de validation de la cible. La capacité à capturer à la fois l'activité au niveau cellulaire et celle de l'ensemble de la structure chez des animaux éveillés procure une confiance prédictive pour les portefeuilles en neurosciences translationnelles et en neuropharmacie. Cette approche à double échelle renforce les décisions prises en phase de découverte précoce et oriente le développement d'essais en aval pour les cibles du système visuel.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Permet la cartographie fonctionnelle des circuits de traitement visuel aux niveaux cellulaire et réticulaire.
- Permet une détection mécanistique des risques en distinguant le codage neuronal héréditaire et de novo dans le colliculus supérieur.
- Fournit des données quantitatives sur l'activité neuronale afin d'éclairer le choix et la validation des cibles.
- Facilite l'interrogation fondée sur des hypothèses du codage des caractéristiques visuelles dans des systèmes pertinents pour la maladie.
Développement de criblages et de tests
- Établit des plateformes d'imagerie validées permettant la mesure reproductible des réponses neuronales.
- Fournit des lectures quantitatives et évolutives adaptées au criblage de composés dans des modèles de voie visuelle.
- Permet la standardisation des conditions de test afin d'assurer la comparabilité entre études et entre équipes.
- Facilite le développement de tests de criblage phénotypique robustes pour les composés neuroactifs.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les mesures de l'activité neuronale avec des biomarqueurs translationnels de la fonction visuelle.
- Assure une continuité entre le codage neuronal en phase de découverte et la validation préclinique d'interventions sur le système visuel.
- Permet une progression ajustée au risque des cibles de la voie visuelle fondée sur des données fonctionnelles in vivo.
- Prend en charge les études mécanistiques de la modulation des circuits grâce à l'intégration optogénétique.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Ce protocole d'imagerie fait le lien entre la phase initiale de découverte et la recherche préclinique en permettant la vérification d'hypothèses, la clarification des voies biologiques et des analyses quantitatives dans la SC. Il est conçu pour être intégré depuis la validation de la cible jusqu'à l'identification de composés candidats et les études translationnelles.
- Découverte en biologie : Permet la mesure directe du codage neuronal et de la fonction des voies dans le SC.
- Tests de criblage : Fournit des résultats d'imagerie reproductibles et quantitatifs pour le développement de tests et l'évaluation de composés.
- Analytique : Fournit des données riches sur l'activité neuronale, permettant la comparaison statistique des conditions expérimentales.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre l'activité neuronale in vivo et des biomarqueurs potentiels des troubles du système visuel.
- Réutilisation institutionnelle : Offre une plateforme d'imagerie réutilisable, adaptable à d'autres régions cérébrales et à d'autres questions de recherche.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive dans la validation des cibles et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche sur le traitement visuel.
- Valeur opérationnelle : Standardise les flux de travail d'imagerie pour assurer la reproductibilité et l'extensibilité entre les études.
- Valeur stratégique : Améliore la prise de décision « aller/non aller » et l'efficacité du capital en fournissant des données fonctionnelles solides dès les premières étapes du processus.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des cibles du système visuel et appuie les décisions d'avancement par des preuves quantitatives.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en imagerie in vivo, en préparation chirurgicale et en analyse de données.
- Exige un accès à des plateformes de microscopie à deux photons et à champ large, ainsi qu'à l'infrastructure associée.
- Implique une standardisation interéquipes des protocoles de manipulation des animaux, d'administration virale et d'imagerie.
- Peut être adapté à d'autres régions cérébrales moyennant des modifications du protocole, comme indiqué par la source.
- La stabilité à long terme de l'imagerie et le ciblage précis sont des considérations pratiques importantes pour les études chroniques.
F.A.Q. sur les biopharmaceutiques
Chapters in this video
0:00
Introduction
2:41
Preparation of a Suction Cup and Plugs for Calcium Imaging in Mouse
4:30
Viral Construct (AAV) Injection in Mouse Superior Colliculus for Calcium Imaging
5:48
Implantation of the Headplate in Mouse for Calcium Imaging
6:40
Implanting the Plug in the Mouse for Calcium Imaging
8:06
Two‐Photon Calcium Imaging of Mouse Superior Colliculus Neurons
9:37
Wide‐Field Calcium Imaging of Mouse Superior Colliculus Neurons
