Solutions opto-fluidiques

Introduction

La recherche en neurosciences s'appuie de plus en plus sur des outils avancés pour manipuler et surveiller l'activité neuronale avec une grande précision. Parmi ces outils, les fibres optiques et les systèmes d'injection de fluides se sont imposés comme des composants indispensables aux études d'optogénétique, d'interventions pharmacologiques et de cartographie des circuits neuronaux. Doric Lenses Inc. propose des équipements spécialisés, tels que la canule opto-fluide (OmFC, iOFC), qui intègre ces fonctionnalités, offrant ainsi aux chercheurs des solutions polyvalentes et modulaires.

La fibre optique en neurosciences Les fibres optiques sont utilisées en neurosciences pour acheminer et/ou collecter la lumière vers des régions cérébrales spécifiques. Leur utilisation permet de manipuler ou d'enregistrer des régions cérébrales profondes avec une grande spécificité sur la population neuronale grâce à la modification génétique, et est compatible avec les expériences in vivo et en mouvement libre.

Injection de fluides en neurosciences L'injection contrôlée de fluides dans le tissu cérébral permet aux chercheurs d'administrer des agents pharmacologiques, des vecteurs viraux ou d'autres solutions présentant une spécificité spatiale et temporelle. Ceci est essentiel pour :

Neuropharmacologie:Étudier les effets des médicaments sur des circuits cérébraux spécifiques.
Livraison virale:Présentation de constructions génétiques pour les études fonctionnelles.
Études des lésions:Création de lésions localisées pour étudier la fonction cérébrale.

Figure 1. Exemple d’une configuration de canule opto-fluide intégrant une fibre optique et une distribution de fluide.

Canules opto-fluides

Doric Lenses propose des solutions combinant stimulation optique et injection de fluides dans un seul dispositif implantable. Ces solutions se répartissent en trois grandes catégories :

Canules d'injection de fluide multiples
- Conçu avec une fibre optique implantée de manière chronique combinée à un tube de guidage de fluide pour une administration répétée de fluide dans la même région du cerveau, amovible à l'aide de micro-injecteurs.
- Permet des expériences chroniques et des études longitudinales.
- Présente un alignement précis entre les voies optiques et de distribution de fluide.
- URL: https://neuro.doriclenses.com/collections/opto-fluid-cannulas/products/multiple-fluid-injections-cannulas
Canule opto-fluide avec injecteurs interchangeables
- Offre une modularité grâce à des injecteurs interchangeables (optique vs fluide) avec des dimensions d'implant plus petites.
- Permet une flexibilité dans les protocoles expérimentaux.
- Maintient un alignement et une étanchéité cohérents pour des injections fiables.
- URL: https://neuro.doriclenses.com/collections/opto-fluid-cannulas/products/opto-fluid-cannula-with-interchangeable-injectors
Canule opto-fluide avec injecteurs à injection unique
Tableau comparatif partie 1.

	Image(s)	Astuce image	Support stéréotaxique compatible	Injecteur de fluide compatible	Injecteur optique compatible
	Image(s)	Astuce image	Support stéréotaxique compatible	Injecteur de fluide compatible	Injecteur optique compatible
OsFC			SCH_OmFC_ZF	Injection unique, doit être pré-remplie	Utiliser un cordon de raccordement avec terminaison CM3
OmFC SM3			SCH_OmFC_SM3	OI_iOFC-M3	Utiliser un cordon de raccordement avec terminaison CM3
OmFC ZF1.25			SCH_OmFC_ZF	FI_OmFC_ZF	Utiliser un cordon de raccordement avec terminaison ZF1.25(F)
iOFC M3			FCA_1.25_SM3	FI_iOFC-M3	OI_iOFC-M3

Exemples de protocoles de recherche

Manipulation optogénétique des circuits de la peur
- Utilisez l'OmFC pour délivrer un virus codant pour la channelrhodopsine dans l'amygdale basolatérale.
- Deux semaines plus tard, utilisez la fibre optique pour délivrer une stimulation par lumière bleue pendant le conditionnement à la peur.
- Citation : Johansen, JP, et al. (2010). L'activation optique des cellules pyramidales de l'amygdale latérale instruit l'apprentissage associatif de la peur. PNAS, 107 (28), 12692-12697. https://doi.org/10.1073/pnas.1002418107
Microinjection de médicaments et évaluation comportementale
- Injectez du muscimol (un agoniste du GABA) dans le cortex préfrontal à l’aide d’une canule opto-fluide dorique.
- Enregistrer les changements dans les performances des tâches de mémoire de travail.
- Citation : Preston, AR, et Eichenbaum, H. (2013). Interaction de l'hippocampe et du cortex préfrontal dans la mémoire. Current Biology, 23(17), R764-R773. https://doi.org/10.1016/j.cub.2013.05.041
Administration virale et inhibition optogénétique dans les circuits corticaux
- Utiliser des injecteurs interchangeables pour délivrer l'halorhodopsine dépendante de l'AAV-Cre dans le cortex préfrontal médian des souris exprimant Cre.
- Inhiber l’activité pendant les tâches de prise de décision.
- Citation : Kim, CK, et al. (2016). Mesure rapide et simultanée de la dynamique des circuits à plusieurs endroits du cerveau des mammifères. Nature Methods, 13 (4), 325-328. https://doi.org/10.1038/nmeth.3770

Limitations et considérations techniques Bien que les canules opto-fluides offrent de puissantes capacités expérimentales, plusieurs limitations et bonnes pratiques doivent être prises en compte :

Taille des fibres optiques et lésions tissulairesLes fibres à cœur plus large ou dotées de ferrules rigides peuvent provoquer des dommages mécaniques et une gliose autour du site d'implantation, ce qui peut affecter l'activité neuronale et les résultats expérimentaux. L'utilisation de fibres plus fines et discrètes permet de minimiser ces effets, mais peut réduire l'efficacité de la transmission lumineuse.
Débits optimaux d'administration de fluides: Des débits d'injection trop rapides peuvent provoquer un reflux ou une rupture tissulaire, tandis que des débits très lents peuvent être inefficaces. Un débit de perfusion généralement recommandé se situe entre 100 et 500 nL/min, selon la viscosité de la solution et la région cérébrale ciblée (Myers, 1966 ; Veenman et al., 1992).
Considérations sur les tubes longs: Une tubulure longue et flexible peut entraîner un volume mort et un délai entre le début de l'injection et l'administration du liquide, ce qui complique les protocoles urgents. Le pré-remplissage de la tubulure et la validation du débit sont des étapes essentielles pour réduire la variabilité.
Obstruction des injecteursLes injecteurs peuvent se boucher avec le temps en raison de particules présentes dans les solutions ou de résidus secs. Pour éviter ce problème, les chercheurs doivent filtrer toutes les solutions, rincer les injecteurs après utilisation avec une solution saline stérile ou des solvants appropriés, et éviter tout stockage prolongé avec du liquide dans les tubulures.

Applications en recherche Ces outils intégrés prennent en charge divers paradigmes de recherche, notamment :

Neuroscience du comportement: Corrélation de l’activité évoquée par la lumière avec le comportement.
Dissection de circuit:Combiner l'optogénétique avec les injections de médicaments pour analyser les fonctions du réseau.
Études thérapeutiques:Évaluation des effets de l’administration ciblée de neurothérapies.
Études longitudinales:Suivi des effets chroniques d'interventions répétées avec une grande précision spatiale.

Références externes

1. Des projections paraventriculaires antérieures séparées du thalamus régulent différemment les aspects sensoriels et affectifs de la douleur.
Cell Reports, Volume 43, Numéro 11, 114946 (2024)
Région du cerveau: noyau paraventriculaire du thalamus (PVA)

1. Noemi Rook et coll. AAV1 est le vecteur viral optimal pour les expériences optogénétiques chez les pigeons (Columba livia).
Commun Biol.4, 100 (2021).
Région du cerveau: entopallium (zone visuelle primaire importante chez le pigeon)

2. Fernández-García et coll. La stimulation du striatum cortex-dorsolatéral M2 inverse les symptômes moteurs et les déficits synaptiques dans la maladie de Huntington.
eLife 9, e57017 (2020).
Région du cerveau: cortico-striatale (M2-DLS)

3. Brendan D. Hare et coll. La stimulation optogénétique des neurones Drd1 du cortex préfrontal médian produit des effets antidépresseurs rapides et durables.
Nature Communications 10, (2019).
Région du cerveau: cortex préfrontal médian (mPFC)

4. Michelle M. Sidor et coll. Stimulation optogénétique in vivo du système nerveux central des rongeurs.
J.Vis. Exp.95, e51483 (2015).
Région du cerveau: zone tegmentale ventrale

5. Gradinaru V et coll.Stratégies de ciblage et de lecture pour un contrôle neuronal optique rapide in vitro et in vivo.
J Neurosci, 27, 14231-8 (2007).

6. Addgene Optogenetics Guide

7. Ressource d'optogénétique du laboratoire Deisseroth