Enzym-basierte Biosensoren Mit Tonic und Phasic Glutamate in der Alzheimer-Maus-Modellen zu messen

Mess Neurotransmitter Veränderungen im Gehirn ist ein wichtiges Instrument für Neurowissenschaftler Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS), die oft gekennzeichnet durch Neurotransmitter Dysregulation studieren. Obwohl die Mikrodialyse in Verbindung mit Hochdruck – Flüssigkeitschromatographie (HPLC / EC) die am weitesten verbreitete Methode zur Messung der Veränderungen in der extrazellulären Neurotransmitter Stufen ^{1, 2 war, 3, 4,} kann die räumliche und zeitliche Auflösung von Mikrodialysesonden nicht ideal für Neurotransmitter , wie Glutamat, die ⁶ in dem extrazellulären Raum ^5, streng reguliert werden. Aufgrund der jüngsten Fortschritte in der Genetik und Bildgebung, gibt es weitere Verfahren , die verwendet werden können , Glutamat in vivo abzubilden. Verwendung von genetisch kodierten Glutamat fluoreszierende Reporter (iGluSnFR) eind Zwei-Photonen – Bildgebung, die Forscher in der Lage , Glutamat – Freisetzung sowohl von Neuronen und Astrocyten in vitro zu visualisieren und in vivo ^{7, 8, 9.} Bemerkenswert ist, ermöglicht dies aus einem größeren Sichtfeld der Aufnahme und nicht die inneren Verbindungen des Gehirns stören. Während diese neuen optischen Techniken zur Visualisierung von Glutamat Kinetik und Messung von sensorisch evozierte Reaktionen und neuronale Aktivität ermöglichen, fehlt ihnen die Fähigkeit, die Menge an Glutamat in den extrazellulären Raum in diskreten Gehirnregionen zu quantifizieren.

Ein alternatives Verfahren ist die Enzym-gebundenen Mikroelektroden-Anordnung (MEA), die selektiv extrazellulärem Neurotransmitter Ebene, wie Glutamat, durch die Verwendung eines selbst referenzierten Aufzeichnungsschemas messen kann. Die MEA-Technik wird verwendet, um Veränderungen in der extrazellulären Glutamat nach traumatischem Gehirn zu studieren^{10 Verletzungen, 11, 12,} Alterung ^{13, 14,} Stress ^{15, 16,} Epilepsie ^{17, 18,} Alzheimer-Krankheit ^{19, 20,} und die Injektion eines viralen mimic ²¹ und stellen eine Verbesserung gegenüber den räumlichen und zeitlichen Beschränkungen , die in Mikrodialyse. Während Mikrodialyse die Fähigkeit , in der Nähe der Synapse zu messen einschränkt ^{22, 23,} MEAs hat eine hohe räumliche Auflösung , die in der Nähe zum selektiven Maßnahmen der extrazellulären Glutamat – Spill – over ermöglicht ^{24 Synapsen, 25.} Zweitens ist die geringe zeitliche Auflösung der Mikrodialyse (1 – 20 min) begrenzt die Fähigkeit, die untersuchenschnelle Dynamik der Glutamatfreisetzung und Clearance in Millisekunde ²⁶ bis Sekunden – Bereich auftritt. Da Unterschiede in der Freisetzung oder Clearance von Glutamat nicht in Maßnahmen von Tonika, Ruheglutamatwert offensichtlich sein können, kann es wichtig sein, dass die Freisetzung von Glutamat und Clearance direkt gemessen werden. MEAs ermöglichen diese Maßnahmen aufgrund ihrer hohen zeitlichen Auflösung (2 Hz) und niedrigen Nachweisgrenzen (<1 uM). Drittens erlauben MEAs zur Untersuchung der subregionalen Variationen in Neurotransmittern innerhalb einer bestimmten Hirnregion, wie die Ratte oder Maus Hippocampus. Beispielsweise unter Verwendung von MEAs wir Gyrus dentatus separat ausrichten können (DG), Ammonshorn 3 (CA3) und Ammonshorn 1 (CA1) des Hippocampus, die über eine trisynaptic Schaltung ²⁷ verbunden sind, um subregionalen Unterschiede in extrazellulären Glutamat zu untersuchen. Aufgrund der Größe der Mikrodialysesonden (1 – 4 mm Länge) und der durch Implantation verursachten Schadens ^{28 <}/ ^{sup>, 29,} sind subregionalen Unterschiede schwer zu adressieren. Außerdem werden nur die optischen Systeme Stimulation durch externe Reize, wie beispielsweise eine whisker Stimulation oder Lichtflimmern, ermöglichen die nicht subregionalen Stimulation ⁷ zulässt. Ein letzter Vorteil der MEAs gegenüber anderen Methoden ist die Fähigkeit , diese Subregionen in vivo zu studieren , ohne ihre äußeren und inneren Anschlüsse zu stören.

Hier beschreiben wir , wie ein Aufzeichnungssystem (beispielsweise FAST16mkIII) in Kombination mit MEAs, bestehend aus einer auf Keramik basierende Multi – Site – Mikroelektrode, kann differentiell auf den Aufzeichnungs Seiten beschichtet wird , um störende Mittel zu ermöglichen , erfaßt und von dem Analyten – Signal entfernt werden. Wir zeigen auch Diese Arrays können für Amperometrie-basierten Untersuchungen der in vivo Glutamat Vorschrift im DG, CA3 und CA1 Hippocampus – Subregionen von betäubtem RTG (TauP301L) 4510 – Mäuse, ein häufig verwendeter m verwendet werden ,ouse Modell der Alzheimer-Krankheit. Darüber hinaus stellen wir die Bestätigung der Empfindlichkeit des MEA – Systems auf der schnelle Dynamik der Glutamatfreisetzung und Freigabe durch die Mäuse , die mit Riluzol Behandlung, ein Medikament in vitro gezeigt Glutamatfreisetzung zu verringern und Glutamataufnahme ^{30, 31, 32, 33} zu erhöhen, und zeigt diese jeweiligen Veränderungen in vivo im Maus – Modell TauP301L.