Aplicación de la fotometría de fibra en el estudio de los trastornos neurológicos

Escenarios de aplicación de fotometría de fibra

El cerebro humano tiene alrededor de 90 mil millones de neuronas que están interconectadas entre sí a través de sinapsis para formar una red neuronal compleja, que permite una variedad de funciones complejas. El cerebro puede sintetizar y liberar cientos de neurotransmisores y las señales neuronales se transmiten entre las neuronas a través de los neurotransmisores liberados por las sinapsis.

Las neuronas en el cerebro se proyectan a múltiples regiones del cerebro a través de vías complejas, generando abundantes funciones como aprendizaje, cognición, adicción, emoción, control, motivación, recompensa, etc. El sistema de fotometría de fibra puede caracterizar la actividad de las neuronas de la población al detectar los cambios de fluorescencia. de iones de calcio y neurotransmisores. Debido a la facilidad de ejecución, los experimentos de fotometría de fibra se han aplicado ampliamente en la investigación en neurociencia.

Este artículo llevará a los lectores a través de algunos escenarios de aplicación experimental de fotometría de fibra para ayudarlos a comprender mejor su aplicación en trastornos neurológicos y compartir cómo la fotometría de fibra puede avanzar en nuevos descubrimientos.

2.1 Depresión: el mecanismo del circuito molecular del comportamiento depresivo inducido por la abstinencia de opiáceos [1]

La depresión es el tipo más común de aversión inducida por la abstinencia de drogas. Los estudios han encontrado que los receptores opioides k (KOR) están involucrados en un comportamiento similar a la depresión inducido por la abstinencia de opioides, y este comportamiento es causado por la reducción de la liberación de dopamina (DA) en el núcleo accumbens (NAc). Sin embargo, el mecanismo molecular y el circuito neuronal por el cual los KOR regulan la aversión asociada con la abstinencia de opiáceos aún no están claros.

En el modelo de ratones con depresión inducida por la abstinencia de morfina, Zan et al. usó fotometría de fibra, abrazadera de parche, genética química e inmunohistoquímica y otros métodos para revelar que la abstinencia de morfina activa los KOR al aumentar la expresión de dinorfina, el ligando KOR en la amígdala, activando así p38 MAPK y promoviendo la expresión de GLT1. El aumento de la expresión de GLT1 reduce la entrada glutamatérgica de la amígdala a la NAc, lo que conduce a un comportamiento similar a la depresión inducido por la abstinencia de morfina.

En este estudio, Zan et al. adoptó la fotometría de fibra para detectar la actividad de la proyección de neuronas BLA-NAc en ratones abstinentes de morfina, y encontró que las señales en la prueba de suspensión de la cola disminuyeron rápidamente después de la abstinencia de morfina, lo que indica que la abstinencia de morfina redujo la transmisión sináptica excitatoria de la amígdala a la NAc.

2.2 Memoria: el circuito hipotalámico regula la neurogénesis del hipocampo para promover la recuperación de la memoria y luchar contra el comportamiento similar a la ansiedad[2]

La neurogénesis del hipocampo adulto es crucial en el procesamiento de la memoria y las emociones. Las neuronas recién nacidas del hipocampo se generan, maduran e integran en los circuitos existentes en DG, y este proceso está regulado dinámicamente por la actividad del circuito neuronal. Sin embargo, la influencia de las neuronas del hipocampo del recién nacido modificadas por los circuitos neuronales en la memoria del comportamiento animal sigue sin estar clara.

Li et al. enfocado en las diferentes etapas del desarrollo del ABN modificado por el circuito SuM-DG. Recurriendo a la fotometría de fibra, la optogenética, la genética química, la pinza de parche y el rastreo de linaje, revelaron que el circuito SuM-DG modificó las neuronas adultas del hipocampo del recién nacido para promover la recuperación de la memoria y luchar contra la ansiedad.

En este estudio, Li et al. utilizó fotometría de fibra para detectar la actividad de la proyección neuronal SuM-DG y reveló que en un entorno enriquecido (EE), la actividad de las neuronas SuM en ratones aumentó significativamente. Después de la ablación de SuM, se eliminaron la respuesta neuronal inducida por EE y la mejora del comportamiento mediada por ABN, lo que indica que ABN modificado por el circuito SuM-DG puede regular el comportamiento de la memoria.

2.3 Psicosis: la señalización de mPFC-Notch1 media la psicosis inducida por METH a través de la supresión dependiente de Hes1 de la expresión del receptor GABAB1[3]

La metanfetamina (METH) es una droga estimulante de la que se abusa ampliamente. El uso de dosis altas o a largo plazo de METH puede inducir psicosis (MIP). Actualmente, se sabe poco sobre su patogenia. Aunque se ha demostrado que la vía de señalización de Notch1 desempeña un papel en la patogenia de algunos trastornos psiquiátricos, su papel en la MIP aún no está claro.

En el modelo de ratón METH, Ni et al. descubrió un mecanismo dependiente del receptor Notch1-Hess1-GABAB1 previamente no reconocido que involucra la regulación de la actividad neuronal de mPFC y los fenotipos de comportamiento en MIP usando fotometría de fibra, inmunohistoquímica, WB, PCR y métodos de comportamiento, y propuso una asociación importante entre la señalización de Notch1 y MIP- neuroplasticidad relacionada.

En este estudio, con el fin de verificar si la actividad de las neuronas mPFC en los déficits de movimiento inducidos por METH está relacionada con la señalización de Notch1, Ni et al. reguló a la baja la expresión de NICD de las neuronas mPFC a través de shRNA y usó fotometría de fibra para registrar señales de calcio de las neuronas mPFC simultáneamente. Los resultados mostraron que la señal de calcio disminuyó significativamente después de la administración aguda de METH el día 1, mientras que el día 23, la señal de calcio disminuyó significativamente y volvió a la normalidad poco tiempo después de la administración. Mientras tanto, la señal de calcio disminuyó significativamente en comparación con antes de la administración. Sin embargo, cuando se administró solución salina normal, no se observaron cambios significativos en las señales de diferentes grupos en la fase aguda y la fase de expresión, lo que indica que la regulación a la baja de NICD en mPFC puede atenuar la actividad neuronal de ratones sensibilizados.

2.4 Dolor: nuevo mecanismo de analgesia mediado por la vía VPMntng1-S1B[4]

Cuando una parte de nuestro cuerpo está lastimada, a menudo instintivamente la frotamos o la masajeamos para reducir el dolor. Este fenómeno se conoce como analgesia mediada por el tacto. Para el mecanismo de la analgesia mediada por el tacto, la corteza somatosensorial primaria (S1) procesa principalmente información vibrotáctil, pero aún se debate el papel exacto de S1 en la nocicepción. Se sabe relativamente poco sobre si S1 procesa la información de la nocicepción facial y cómo lo hace.

Lu et al. estableció un modelo conductual de analgesia mediada por el tacto. Utilizando técnicas experimentales como fotometría de fibras, quimiogenética, imágenes de calcio in vivo, inmunohistoquímica, evaluación del comportamiento, etc., observaron que, para los ratones, las señales táctiles generadas al batir podrían aliviar significativamente la nocicepción facial y bloquear la corteza del tálamo a barril. (S1B) del que depende esta transmisión de señales táctiles conduce a la desaparición de esta analgesia. Al analizar las señales de calcio de las neuronas S1B, los autores encontraron que batir alteraba el procesamiento de señales nociceptivas en las neuronas S1B y avanzaba la transición del estado neuronal inducido por estímulos nocivos hacia acciones no nocifensivas. Este estudio muestra que S1B integra señales nocivas y táctiles faciales para permitir la analgesia mediada por el tacto.

En este estudio, Lu et al. utilizaron tecnología de fotometría de fibra para detectar si la señal táctil generada por el batido depende de las neuronas que expresan Ntng1 en el núcleo medial posterior ventral (VPM) del tálamo (VPMNtng1). Se observó que las neuronas VPMNtng1 respondían con más fuerza al estímulo de soplo inocuo (soplo de aire) que al estímulo nocivo (estímulo térmico o mecánico) y esto era consistente con el papel de VPM de transmitir señales táctiles, lo que indica que la señal táctil generada por batir puede de hecho suprimir la nocicepción facial.

En todos estos estudios anteriores, los investigadores utilizaron el sistema de fotometría de fibra RWD que facilitó la implementación fluida del experimento. El sistema de fotometría de fibra RWD ha ayudado en el trabajo de investigación científica de más de 100 universidades nacionales y extranjeras, como la Universidad de Pekín, la Universidad de Zhejiang, la Universidad de Stanford, el University College London, etc., y ha contribuido a la publicación de los resultados de investigación de varios grupos de investigación. en las principales revistas académicas como Nature Neuroscience.

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Referencias:

Zan Gui-Ying, Wang Yu-Jun, Li Xue-Ping et al. El transportador de glutamato 1 regulado positivamente dependiente del receptor opioide κ amigdalar media comportamientos similares a los depresivos de la abstinencia de opioides. [J] .Cell Rep, 2021, 37: 109913.

Li Ya-Dong, Luo Yan-Jia, Chen Ze-Ka et al. La modulación hipotalámica de la neurogénesis del hipocampo adulto en ratones confiere una regulación dependiente de la actividad de la memoria y el comportamiento similar a la ansiedad. [J] .Nat Neurosci, 2022, 25: 630-645.

Ni Tong, Zhu Li, Wang Shuai et al. La señalización de Notch1 en la corteza prefrontal medial media en la psicosis inducida por metanfetamina a través de la supresión dependiente de Hes1 de la expresión del receptor GABA.[J] .Mol Psychiatry, 2022, 27: 4009-4022.

Lu Jinghao, Chen Bin, Levy Manuel et al. Firma cortical somatosensorial de la nocicepción facial y la analgesia inducida por el tacto vibrotáctil.[J] .Sci Adv, 2022, 8: eabn6530.