בזמן אמת Iontophoresis עם Tetramethylammonium כדי לכמת את נפח השבר ואת הצרות של המוח תאיים שטח

החלל תאיים (ECS) היא רשת של ערוצי מחוברים החיצוני לכל תאי המוח ומכיל הן נוזל interstitial ו מטריקס תאיים ( איור 1 א ואיור 1b ). התפלגות של חומרים רבים הנדרשים לתפקוד תאי המוח, כולל חומרים מזינים, הורמונים, נוירוטרנסמיטורים, מתרחשת על ידי דיפוזיה באמצעות ECS. שינויים בפרמטרים הפיזיים של החלל הזה, כולל נפח, גיאומטריה, מטריקס תאיים, יכול להשפיע באופן דרסטי על דיפוזיה באמצעות ECS ו ריכוזי יונים מקומיים רחצה תאי המוח, אשר יש השפעה עמוקה על תפקוד המוח במוח ^{1 , 2} .

בזמן אמת iontophoresis (RTI) משמש כדי לקבוע שני מאפיינים מבניים של אזור המוח: נפח נפח ו צרות ^{3 , 4 ,}"Xref"> 5. נפח חלק ( α ) הוא היחס של נפח רקמות שנכבשו על ידי ECS ( V _ECS ) ביחס נפח הרקמה הכולל ( _רקמת V ) בנפח יסוד מייצג;

Tortuosity ( λ ) היא הפרעה היחסית שחומר נתקל כאשר מתפשט דרך אזור במוח לעומת בינוני ללא חסימות;

שם ^* D (ס"מ ² s ^-1) הוא מקדם הדיפוזיה יעילה של חומר במוח ו- D (ס"מ ² s ^-1) הוא מקדם הדיפוזיה חופשי של חומר במדיום חופשי, כגון לדלל agarose ג'ל.

כיום, חומר בדיקה הנפוץ ביותר עבור Rשיטת TI היא tetramethylammonium קטיון קטן (TMA). TMA יש משקל מולקולרי של 74 גרם / מול, לחלוטין disociates בפתרון, ויש לו חיוב אחד חיובי. מחקרים RTI עם יון זה הוכיחו כי α 0.2 ו λ 1.6 ^{1 , 2} . משמעות הדבר היא כי ECS הוא בערך 20% מכלל נפח המוח, וכי דיפוזיה של מולקולה קטנה אינרטית מתרחשת בערך פי 2.5 לאט יותר ב- ECS מאשר במדיום ללא חסימות ³ . עם זאת, הן α ו λ להשתנות עם גיל המוח, האזור, המדינה ובתנאים פתולוגיים ¹ . שינויים של הפרמטרים הללו נקשרו להתפתחות המוח, הזדקנות, שינה, אפילפסיה, ותהליכים בסיסיים רבים אחרים ומחלות של המוח ^{1, 6} . בעוד טכניקות אחרות למדוד α ו λ , RTI יכול למדוד הן באזורים מקומיים של רקמה חיה בזמן אמת. מסיבה זו, RTI הפך לכלי הכרחי לבדיקת שינויים ב- α ו- λ במהלך אתגרים חריפים ובלתי הפיכים.

התיאוריה תומכת RTI אושרה במקור על ידי ניקולסון ו פיליפס, ואת הטכניקה שימשה בהרחבה מאז אותו ^{4 , 7} . ניסויים המעסיקים RTI להתחיל עם שחרורו של הדופק של TMA מן microelectrode מקור על ידי יונתורזה לתוך ג'ל agarose לדלל. לאחר נפלט, היונים בחופשיות להתפזר מן המקור נקודה, בחירה מתוך מספר אינסופי של נתיבים אקראיים ( איור 1 ד ). הריכוז המשתנה של יון נמדדת לאורך זמן באמצעות microelectrode יון סלקטיבית (ISM) מיקומו בגסות100 מיקרומטר משם ( איור 1 ג ). השינויים בריכוז TMA הם graphed ו מצויד עקומה המאפשר חישוב של D והן את מספר התחבורה של microelectrode יון (פרמטרים הנדונים בפרוטוקול). עם ערכים אלה, הנוהל חוזר על עצמו באזור במוח של עניין כדי לקבל D ^* ולחשב הן α ו λ . שליטה של ​​microelectrode יון, איסוף נתונים, גרפים והתאמה של עקומת ריכוז TMA, וחישוב הפרמטרים הניסוייים נעשים בדרך כלל על ידי תוכניות וונדה וולטר, אשר תוכננו במיוחד למטרה זו (התוכנה המדריכים שלהם הם זמין באופן חופשי על ידי המחברים על פי בקשה).

סעיף הפרוטוקול של סקירה זו מתאר את ההליכים הבסיסיים הדרושים לתכנון וביצוע RTI בפרוסות מוח מכרסמים. הטכניקה יש גם נעשה שימוש ב-מוט לאמודלים אף אוזן גרון, כולל פרוסות מוח אנושיות ועל הכנות מוח vivo ^{1, 4, 6, 8, 9.} החלק נציג תוצאות מספק הן אידיאליים ולא אידיאלי תוצאות להדגיש ניואנסים בפרשנות נתונים. לבסוף, סעיף הדיון מכסה בקצרה טכניקות לפתרון בעיות, מגבלות RTI, טכניקות חלופיות המשמשות ללימוד ECS, ויישומים עתידיים של RTI.

איור 1: דיאגרמות של דיפוזיה באמצעות ECS. ( א ) תרשים של ECS: מדגים את הגודל והמיקום של ECS בחלק מוחי טיפוסי. צהוב מסמן את ECS בין תהליכי תא המוח האפור. נפח ECS הוא בערך 20% מכלל נפח הרקמה ( כלומר, נפח השבר = 0.2) בתנאים פיזיולוגיים. ( ב ) תרשים מוגדל של ECS: מדגיש פרמטרים פיזיים התורמים טרטו, כולל גיאומטריה התא במוח (אפור) ו מטריקס תאיים (תרשים כמו רשת של glycosaminoglycans רבגוניים ו proteoglycans). ( ג ) תרשים 3D של דיפוזיה ממקור נקודה: מדגים את התנועה נטו של מולקולות אינרטי ממקור iontophoretic ל- ISM. לא כולל מחסומי דיפוזיה ספיגת הסלולר, מולקולות מפוזרות החוצה לכל הכיוונים, לייצר חזית ריכוז כדורית. ה- ISM מכמת את הריכוז המקומי של המולקולות האינרטיות המשתחררות מהמקור האונטופורטי. ( ד ) הדמיית מחשב של דיפוזיה ב ECS של המוח: [רחוק משמאל] ההתקנה עבור סימולציה מונטה קרלו; כדורים ירוקים מייצגים תהליכים בתאי המוח והצלב האדום מייצג מקור נקודה. הגדרה זו מודלים של רקמות המוח תרשים diagrammed באיור 1a . תמונה 36 מולקולות ביצוע תנועות אקראיות כפי שהם מפוזרים דרך החלל החוץ תאי של המוח, שמוצג 2 ממדים. [ימין קיצוני] מסלולים אקראיים של מולקולות רבות שוחררו ממקור הנקודה. התנועה נטו של כל המולקולות ממקור הנקודה היא כלפי חוץ כפי שמתואר באיור 1 ג . המסלולים האקראיים המצטברים מתארים את החללים שבין התאים ( כלומר, ECS, ראו התייחסות ⁵ להסבר נוסף). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.