脳スライスにおける求心性経路の光遺伝学的活性化と揮発性麻酔薬による応答の調節

揮発性麻酔薬は、1世紀以上にわたってさまざまな臨床および学術環境で遍在的に使用されてきました。異なるクラスの麻酔薬は、独特の、しばしば重複しない分子標的^1,2,3を持っていますが、それらのほとんどすべてが無意識を生み出します。それらの行動効果は非常に予測可能ですが、麻酔薬が意識喪失を誘発するメカニズムはほとんど知られていません。麻酔薬は、皮質視床回路上の作用を介して意識のレベルと内容の両方に最終的に影響を及ぼし、皮質階層全体の情報の統合を混乱させる可能性があります4,5,6,7,8,9。より広義には、コルチコ視床回路の調節は、実験的に10または薬理学的^に11の変化した意識状態において役割を果たす可能性があり、睡眠12および意識の病態生理学的障害^13,14にも関与し得る。

麻酔中の意識の喪失と回復の根底にあるメカニズムのとらえどころのないことは、細胞、ネットワーク、およびシステムレベルでの麻酔薬の非線形の相乗作用に部分的に起因する可能性があります¹⁵。イソフルランは、例えば、選択された脳領域16、¹⁷、18内の活動を抑制し、遠隔脳領域¹⁹、20^、21、22、23間の接続性を損ない、経路特異的な様式でシナプス応答を減少させる^24、25。.分子レベルからシステムレベルまで、麻酔薬のどの効果が意識喪失をもたらすために必要または十分であるかは不明である。非侵襲的技術を用いた意識の実質的な臨床調査^19,20,26に加えて、実験家が意識的経験に従属する明確な細胞およびネットワークの相互作用を解きほぐそうとすることが重要です。

無傷の脳に見られる複雑な相互作用を単純化することにより、ex vivo脳スライスは、脳の動的システムの孤立した構成要素の研究を可能にします⁹。縮小スライス調製は、局所神経回路の比較的無傷の解剖学的構造の利点とin vitro操作の多様性を兼ね備えています。しかし、最近まで、方法論的制約により、脳スライスにおける長距離入力のシナプスおよび回路特性の研究が妨げられていました^27,28。コルチコ視床線維路の曲がりくねった経路は、電気刺激によって独立した求心性経路の活性化をほとんど不可能にしました。

脳スライス製剤に対する麻酔薬の効果を調査することは、さらなる課題を提示する。無傷の呼吸器系および循環器系がない場合、麻酔薬を入浴させ、濃度を推定効果部位の濃度に注意深く一致させる必要があります。.多くの静脈内麻酔薬にとって、組織内の平衡化速度が遅いため、従来の薬理学的調査は面倒です^29,30。ex vivo製剤中の揮発性ガス麻酔薬の効果を調査することは、より扱いやすいですが、課題もあります。これらには、吸入分圧用量を水性濃度に変換すること、および人工脳脊髄液³¹を介した組織への薬物の修正送達システムの必要性が含まれる。

ここでは、研究者が揮発性麻酔薬イソフルランの十分に文書化された物理化学的特性を利用して、ex vivo脳スライスへの薬物送達を行い、高い時空間分解能で皮質領域への経路および層特異的入力を活性化し、同時に実施する方法について説明します 層流記録と標的パッチクランプ記録 ニューロンの選択された集団から。これらの手順を組み合わせることで、研究者は、シナプスレベルからローカルネットワークレベルまで、いくつかの観察可能な電気生理学的応答特性における揮発性麻酔薬誘発性の変化を測定できます。