Om volledig te begrijpen hoe neuronen communiceren in de hersenen, is het noodzakelijk om een werkwijze voor de afgifte van neurotransmitters in vivo te meten. Er zijn verschillende gevestigde technieken voor het meten neurotransmitters in vivo. Een algemeen gebruikte techniek is microdialyse, waarin een canule in de hersenen is geplaatst en een kleine hoeveelheid cerebrospinale vloeistof wordt verzameld en geanalyseerd met behulp van hoge-prestatie vloeistofchromatografie en elektrochemische detectie ^1. Microdialyse een ruimtelijke resolutie in de orde van enkele diameter van de sonde, bijvoorbeeld ~ 0,5 mm voor een 200 urn diameter microprobe. De tijdsresolutie van deze techniek is echter traag vanwege sampling intervallen die duren meestal ~ 5 min of meer ^1. Bovendien zijn analyses niet in real-time. Een andere techniek is snel scannen cyclische voltammetrie (FSCV), die een koolstofvezel sonde die in de hersenen wordt ingevoegd gebruikt. FSCV heeft uitstekende temporale resolutie (subsecond), hoge gevoeligheid (nanomolair), en ruimtelijke resolutie met een diameter van de sonde van 5 tot 30 pm. Echter, FSCV beperkt tot zenders die een karakteristiek oxidatie en reductie profiel met spanning te produceren op een koolstofatoom potentiometrische probe ^2.

Een derde techniek om neurotransmitters te meten is rechtstreeks via genetisch-gecodeerde neurotransmitter (NT) biosensoren ^3. Bij deze methode wordt een fusie-eiwit gevormd dat een ligand bindend domein een zender gekoppeld met een fluorescentie-energieoverdracht (FRET) gebaseerde paar fluoroforen ⁴ of ⁵ gepermuteerde GFP bevat. In tegenstelling tot de vorige twee werkwijzen worden deze biosensoren genetisch gecodeerde en tot expressie gebracht op het oppervlak van een gastheercel, zoals een neuron, door de productie van transgene dieren of acuut bij gebruik van virale middelen om cellen te infecteren. Tot op heden zijn genetisch gecodeerd biosensoren is alleen ontwikkeld voor detecting glutamaat en GABA ^3-5. Beperkingen met deze technieken de lage gevoeligheid, in het nM bereik, en het onvermogen om de detectie uit te breiden naar het grote aantal zenders, bijvoorbeeld klassieke neurotransmitters, neuropeptiden en neuromodulators, welk signaal door middel van G-proteïne gekoppelde receptoren (GPCR's) zijn. In feite, zijn er bijna 800 GPCRs in het menselijk genoom.

Om deze tekortkomingen aan te pakken, hebben we een innovatief hulpmiddel om optisch maatregel vrijkomen van neurotransmitter die door middel van een GPCR signaleert ontwikkeld. CNiFERs (cell-based neurotransmitter fluorescente reporters gemanipuleerde) zijn klonale HEK293 cellen ontworpen om een specifieke GPCR dat, wanneer gestimuleerd, veroorzaakt een toename van intracellulaire [Ca2 ^+] die wordt gedetecteerd door een genetisch gecodeerde FRET gebaseerde Ca2 ⁺ sensor drukken, TN-XXL. Aldus CNiFERs transformeren neurotransmitter receptor binding in een verandering in fluorescentie, een directe en real-time optische read-out van de lokale neurotransmitter activiteit. Door gebruikmaking van de natuurlijke receptor voor een bepaalde neurotransmitter, CNiFERs behouden chemische specificiteit, affiniteit en temporele dynamiek van het endogeen tot expressie receptoren. Tot op heden zijn er drie soorten CNiFERs, één voor het detecteren van acetylcholine met de M1 receptor, één voor het detecteren van dopamine aangemaakt met de D2-receptor en één voor het detecteren van norepinefrine met de receptor α1a ^6,7. De CNiFER technologie is gemakkelijk uitbreidbaar is, waardoor het vatbaar voor elk type GPCR. In dit artikel Jupiter beschrijven we en illustreren de werkwijze voor het ontwerpen, realiseren en testen in vivo CNiFERs voor elke toepassing.