Met behulp van Enzyme-gebaseerde biosensoren te meten Tonic en Fasische glutamaat in de ziekte van Alzheimer muismodellen

Meten neurotransmitter veranderingen in de hersenen is een belangrijk instrument voor het bestuderen neurologen ziekten van het centrale zenuwstelsel (CZS) die vaak wordt gekenmerkt door ontregeling neurotransmitter. Hoewel microdialyse in combinatie met hoge druk vloeistofchromatografie (HPLC / EG) de meest gebruikte methode om veranderingen in extracellulaire neurotransmitter niveaus ^{1, 2,} meten is ^{3, 4,} de ruimtelijke en temporele resolutie van microdialyse probes niet ideaal voor neurotransmitters zoals glutamaat, die nauw worden geregeld in de extracellulaire ruimte ^{5, 6.} Als gevolg van de recente ontwikkelingen in de genetica en imaging, zijn er extra methoden die kunnen worden gebruikt om glutamaat in kaart in vivo. Met behulp van genetisch gecodeerde glutamaat fluorescente reporters (iGluSnFR) eend twee-foton beeldvorming, kunnen onderzoekers glutamaatafgifte visualiseren neuronen en astrocyten zowel in vitro als in vivo ^{7, 8, 9.} Met name maakt dit het opnemen van een groter gezichtsveld en niet de intrinsieke verbindingen van de hersenen verstoren. Terwijl deze nieuwe optische technieken maken visualisatie van glutamaat kinetiek en meting van sensorische reacties van de consument en neuronale activiteit, missen ze het vermogen om de hoeveelheid glutamaat in de extracellulaire ruimte in discrete hersengebieden kwantificeren.

Een alternatieve methode is het enzym-gebonden micro-elektrode array (MEA) die selectief kan meten extracellulaire neurotransmitter niveaus, zoals glutamaat, door middel van een zelf-verwezen opname systeem. De MEA techniek is gebruikt om veranderingen in de extracellulaire glutamaat na een traumatisch hersenletsel te bestuderenletsel ^{10, 11, 12,} verouderen ^{13, 14,} stress ^{15, 16,} epilepsie ^{17, 18,} de ziekte van Alzheimer ^{19, 20,} en de injectie van een viraal nabootser ²¹ en vertegenwoordigt een verbetering van de ruimtelijke en temporele beperkingen die inherent zijn microdialyse. Dat microdialyse het vermogen te meten bij de synaps ^{22, 23} beperkt, MEA een hoge ruimtelijke resolutie waarmee selectieve maatregelen van extracellulair glutamaat spill buurt synapsen ^{24, 25.} Ten tweede, de lage tijdsresolutie van microdialyse (1-20 min) beperkt de mogelijkheid om de onderzoekensnelle dynamiek van de afgifte van glutamaat en vrije ruimte die zich in de milliseconde naar de tweede reeks ^26. Vanwege verschillen in de afgifte van glutamaat of klaring niet zichtbaar kunnen zijn maatregelen tonic, rusten glutamaat, kan het noodzakelijk zijn dat glutamaatafgifte en klaring direct worden gemeten. MEA toelaten dat dergelijke maatregelen vanwege hun hoge tijdsresolutie (2 Hz) en lage detectielimiet (<1 uM). Ten derde, MMO zorgen voor onderzoek van subregionale variaties in neurotransmitters binnen een bepaald hersengebied, zoals de rat of muis hippocampus. Bijvoorbeeld met behulp MEA kunnen we afzonderlijk richten de dentate gyrus (DG), cornu ammonis 3 (CA3) en cornu ammonis 1 (CA1) van de hippocampus, die via een trisynaptic schakeling ²⁷ verbonden, subregionale verschillen in extracellulair glutamaat te onderzoeken. Vanwege de omvang van microdialyse probes (1-4 mm lang) en de schade veroorzaakt door implantatie ^{28 <}/ ^{sup>, 29,} subregionale verschillen zijn moeilijk aan te pakken. Bovendien is de optische systemen staan alleen stimulatie door middel van externe stimuli, zoals een whisker stimulatie of lichte trilling, die subregionale stimulatie ⁷ niet toelaat. Een laatste voordeel van MEA's ten opzichte van andere methoden is de mogelijkheid om deze subregio's in vivo te bestuderen zonder verstoring van hun extrinsieke en intrinsieke verbindingen.

Hier beschrijven we hoe een registratiesysteem (bijvoorbeeld FAST16mkIII) bij MEA, bestaande uit een keramiek gebaseerde multisite microelektrode, differentieel kunnen worden aangebracht op de opname plaatsen om voor storende stoffen te detecteren en uit het analytsignaal. We tonen ook aan deze arrays kunnen worden gebruikt voor amperometrie op basis van studies van in vivo glutamaat voorschrift in de DG, CA3 en CA1 hippocampus deelgebieden van verdoofde RTG (TauP301L) 4510 muizen, een veelgebruikte mOuse model van de ziekte van Alzheimer. Daarnaast bieden wij een bevestiging van de gevoeligheid van het MEA systeem om de snelle dynamiek van glutamaatafgifte en goedkeuring door behandeling van de muizen met riluzol een in vitro geneesmiddel glutamaatafgifte verminderen en glutamaat opname ^{30, 31, 32, 33,} en demonstreren van deze respectieve veranderingen in vivo in de TauP301L muismodel.