En utilisant biocapteurs à base d'enzymes pour mesurer Tonic et Phasic Glutamate dans les modèles murins d'Alzheimer

La mesure des modifications de neurotransmetteurs dans le cerveau est un outil essentiel pour l'étude des maladies neuroscientifiques du système nerveux central (SNC) qui sont souvent caractérisées par la dérégulation des neurotransmetteurs. Bien que microdialyse en combinaison avec une Chromatographie liquide haute pression (HPLC / CE) est la méthode la plus largement utilisée pour mesurer les changements dans les niveaux de neurotransmetteurs extracellulaires ^{1, 2, 3, 4,} la résolution spatiale et temporelle des sondes de microdialyse peuvent ne pas être idéal pour les neurotransmetteurs , tel que le glutamate, qui sont étroitement régulée dans l'espace extracellulaire ^{5, 6.} En raison des progrès récents de la génétique et de l' imagerie, il existe d' autres méthodes qui peuvent être utilisées pour cartographier le glutamate in vivo. Utilisation reporters fluorescents glutamate génétiquement codés (iGluSnFR) und ' imagerie à deux photons, les chercheurs sont capables de visualiser la libération de glutamate par les neurones et les astrocytes in vitro et in vivo ^{7, 8, 9.} En particulier, cela permet d'enregistrer à partir d'un champ de vision plus large et ne perturbe pas les connexions intrinsèques du cerveau. Bien que ces nouvelles techniques optiques permettent la visualisation de la cinétique du glutamate et mesure des réponses sensorielles et de l'activité neuronale évoqués, ils ne sont pas capables de quantifier la quantité de glutamate dans l'espace extracellulaire dans les régions discrètes du cerveau.

Une autre méthode est la matrice de microélectrodes (MEA) lié à une enzyme qui permet de mesurer de manière sélective les niveaux de neurotransmetteurs extracellulaire, tels que le glutamate, par l'utilisation d'un système d'enregistrement auto-référencée. La technique de MEA a été utilisée pour étudier les modifications dans le glutamate extracellulaire après cérébrales traumatiquesblessure ^{10, 11, 12,} vieillissement de ^{13, 14,} le stress ^{15, 16,} l' épilepsie ^{17, 18,} la maladie d'Alzheimer ^{19, 20,} et l' injection d'un synoptique viral ²¹ et représente une amélioration par rapport aux limites spatiales et temporelles inhérentes à la microdialyse. Alors que microdialyse limite la capacité à mesurer près de la synapse ^{22, 23,} AME ont une haute résolution spatiale qui permet des mesures sélectives de glutamate extracellulaire empiétement synapses près de ^{24, 25.} En second lieu, la faible résolution temporelle de microdialyse (1 – 20 min) limite la possibilité d'étudier ladynamique rapide de la libération et la clairance du glutamate qui se produisent dans la milliseconde à la deuxième plage ^26. En raison des différences dans la libération ou la clairance du glutamate peuvent ne pas être évident dans les mesures de tonique, de repos taux de glutamate, il peut être essentiel que mesurer directement la libération et la clairance du glutamate. AME permettent de telles mesures en raison de leur haute résolution temporelle (2 Hz) et faibles limites de détection (<1 um). En troisième lieu, les AEM permettent l'examen des variations sous-régionales dans les neurotransmetteurs dans une région particulière du cerveau, telles que l'hippocampe de rat ou de la souris. Par exemple, en utilisant AME on peut cibler séparément le gyrus denté (DG), corne d' Ammon 3 (CA3) et corne d' Ammon 1 (CA1) de l'hippocampe, qui sont reliés par l' intermédiaire d' un circuit trisynaptic ^27, pour examiner les différences sous – régionaux de glutamate extracellulaire. En raison de la taille des sondes de microdialyse (1 – longueur de 4 mm) et les dommages causés par l' implantation ^{28 <}/ ^{sup>, 29,} les différences sous – régionales sont difficiles à traiter. En outre, les systèmes optiques ne permettent la stimulation par des stimuli externes, comme une stimulation ou quartiles le scintillement de lumière, ce qui ne permet pas la stimulation sous – régionale ^7. Un dernier avantage des AME par rapport aux autres méthodes est la possibilité d'étudier ces sous – régions in vivo sans perturber leurs relations extrinsèques et intrinsèques.

Ici, nous décrivons comment un système d'enregistrement (par exemple, FAST16mkIII) en combinaison avec les AEM, consistant en une microélectrode multisite à base de céramique, peut être revêtue de façon différentielle sur les sites d'enregistrement pour permettre à des agents interférant être détectés et supprimés à partir du signal d'analyte. Nous démontrons également ces tableaux peuvent être utilisés pour des études à base ampérométrie-de régulation du glutamate in vivo au sein de la DG, CA3 et sous – régions hippocampiques CA1 de ELO anesthésié (TauP301L) 4510 souris, un couramment utilisé mmodèle Ouse de la maladie d'Alzheimer. De plus, nous confirmons que la sensibilité du système de MEA à la dynamique rapide de la libération du glutamate et la clairance en traitant les souris avec riluzole, un médicament montré in vitro pour diminuer la libération du glutamate et d' augmenter l' absorption du glutamate ^{30, 31, 32, 33,} et de démontrer ces changements respectifs in vivo dans le modèle de souris TauP301L.