Derzeit besteht in der präklinischen neurowissenschaftlichen Forschung ein Bedarf an mehr translational relevanten Biomarkern, die eine bessere Vorhersage klinischer Ergebnisse ermöglichen. Elektrophysiologische Ereignisse, die mittels Elektroenzephalographie (EEG), die in der Klinik weit verbreitet sind, erweisen sich als translational relevante Biomarker, nicht nur für die klinische, sondern auch für die präklinische Forschung. Derzeit werden EEG-Anomalien häufig bei Probanden mit seltenen neurologischen Entwicklungsstörungen (wie Autismus, Fragiles-X-Syndrom, Dravet-Syndrom und Ret-Syndrom) beobachtet.  

Ein solcher EEG-Biomarker, der in der klinischen Praxis häufig gemessen wird, ist ereignisbezogene Potenziale (ERPs). ERPs sind subtile Veränderungen der elektrischen Aktivität des Gehirns, die als Reaktion auf bestimmte Reize (sensorische, kognitive oder motorische) entstehen und Ihnen ein Instrument zur Bewertung kognitiver Prozesse mit hoher zeitlicher Auflösung bieten. Obwohl es sich um einen in der klinischen Praxis häufig verwendeten Biomarker handelt (für einen Überblick über die Verwendung von ERP-EEG-Aufnahmen in vivo bei klinischen Populationen mit seltenen genetischen Erkrankungen siehe Armstrong et al., 2021) wird die ERP-EEG-Aufzeichnung derzeit in Mausmodellen nicht häufig durchgeführt.  

Bei InnoSer haben wir ein Protokoll entwickelt, um dieses Paradigma mithilfe von auditorische ERP (AERP)-EEG-Aufnahmen in vivo (Abbildung 1). Die In-vivo-Aufzeichnung von AERP-EEG ist für verschiedene seltene Erkrankungen wie das Fragile-X-Syndrom und infantile epileptische Syndrome relevant und bietet Ihnen translationale Biomarker für Ihre Forschung im Bereich seltener Erkrankungen. Ebenso kann die In-vivo-Aufzeichnung von AERP-EEG für die longitudinale Überwachung der Wirkungen und der pharmakodynamischen Wirksamkeit Ihres Prüfpräparats bei Wildtyp-Mäusen relevant sein (Abbildungen 2–3).  

ABBILDUNG 1. InnoSer’s eVersuchsaufbau von InnoSer für die In-vivo-EEG-Aufzeichnung von auditorischer ereignisbezogener Potenziales (AERP). TDieses Experiment wird in einer schalldämpfenden Kammer durchgeführt (1). Der Maus wird ein drahtloses EEG-Aufzeichnungssystem implantiert, das auch Körperbewegungen (XYZ-Aktivität) erfasst (2) und in einen Plexiglaszylinder gesetzt (3). Ein Lautsprecher mit einstellbarer Lautstärke und Frequenz wird aufgestellt, um spezifische akustische Reize zu erzeugen (4). Ein Aufnahmegerät wird in der Kammer platziert, um den Ton aufzuzeichnen (5), zusammen mit dem Generator für die Synchronisationsimpulse des Infrarotlichts (6) , der dabei hilft, die akustischen Reize mit den aufgezeichneten EEG-Signalen zu synchronisieren. Während einer ERP-Aufzeichnungssitzung werden mehrere Versuche mit einem 100-ms-Weißrausch-Reiz (~70 dB) durchgeführt, wobei zwischen den Versuchen ein Intervall von 4–6 Sekunden liegt. Versuche mit Bewegungsartefakten (die aus der XYZ-Aktivität abgeleitet werden) werden ausgeschlossen, wodurch eine saubere durchschnittliche AERP-Kurve für die Elektrode des auditorischen Kortex erzeugt wird.  

FIABBILDUNG 2. Bei WT Mäusen (C57BL/6-Mäuse)führte eine Einzeldosis des GABA-B-Agonisten Baclofen (5 mg/kg, i.p.) erhöht N1-Latenz. (A) Gesamtdurchschnitt der Wellenformen mit charakteristischen AERP-EEG-Ausschlägen , die die Unterschiede zwischen mit Placebo und mit Baclofen behandelten Mäusen hinsichtlich der Amplitude des aufgezeichneten auditorischen Komplexes (mV) während des AERP-EEG-Protokolls zeigen. P1 = positiver Peak 1; N1 = negativer Peak 1. (B) Im Vergleich zu den mit dem Vehikel behandelten Mäusen Bmit Aclofen behandelten Mäusen wiesen tendenzielleine signifikante Zunahme der Amplitude (mV) von der P1 cKomponente der AERP (P= 0,06; t-Test für unabhängige Stichproben) ideutet auf eine empfindlichere Reaktion des auditorischen Kortex auf den akustischen Reiz. (C) Im Vergleich zu den mit dem Vehikel behandelten Mäusen zeigten die mit Baclofen behandelten Mäuse einen signifikanten Anstieg (**P=0,008; Mann-Whitney U-Test) bei der N1-Latenz (ms) der AERP , was auf eine verzögerte Reaktion des auditorischen Kortex auf den akustischen Reiz (EEG-Anomalie). Es wurde bereits zuvor gezeigt, dass Baclofen solche EEG- Anomalien als Reaktion auf akustische Reize im Fmr1-KO Mausmodell (Sinclair et al., 2017). 

FIGURE 3. In WT mice (C57BL/6 mice), a single dose of the anti-seizure medication Fenfluramine (40 mg/kg, i.p.) increases N1 latency. (A) Grand average waveforms with characteristic AERP-EEG deflections showing the differences between vehicle-treated and Fenfluramine-treated mice in recorded auditory complex amplitude (mV) during the AERP-EEG protocol. P1= positive peak 1; N1= negative peak 1. (B) Compared to vehicle-treated, fenfluramine-treated mice show significant increase in the amplitude (mV) of the P1 component of AERP (****P<0.0001; paired Mann-Whitney U test), indicating a more sensitive response of the auditory cortex to the auditory stimulus. (C) Compared to vehicle-treated mice, Fenfluramine-treated mice showed significant increase (****P<0.0001; paired Mann-Whitney U test) in N1 latency (msec) of AERP indicating a delayed response of the auditory cortex to the auditory stimulus (EEG abnormality). Similar results of Fenfluramine were previously shown in humans (Oades et al. 1990). Fenfluramine is currently accepted as an anti-epileptic treatment for the early infantile epileptic encephalopathy Dravet Syndrome.   

Durch die Zusammenarbeit mit InnoSer kann Ihre Forschung von der Einbindung EEG-bezogener Messdaten in verschiedene Forschungsansätze profitieren. So haben wir bereits longitudinale EEG-Messungen , um epilepsieähnliche Aktivität bei den Stxbp1-±-Mäusen, die für die Erforschung seltener infantiler epileptischer Enzephalopathien relevant sind. Diese können Sie einsehen, indem Sie hier klicken.  

Die Arzneimittelentwicklung kann ein iterativer und langwieriger Prozess sein. InnoSer steht Ihnen dabei als engagierter Partner zur Seite und bietet Ihnen kurze Durchlaufzeiten sowie aufeinanderfolgende Experimente, um Sie bei der Optimierung Ihrer Leitverbindungen zu unterstützen. Möchten Sie mehr über die Kompetenzen von InnoSer im Bereich der Arzneimittelentwicklung erfahren?  Informieren Sie sich über unsere CRO-Dienstleistungen in den Bereichen Forschung und Entwicklung.