Utilizzando biosensori a base di enzimi misurare Tonic e Phasic glutammato in modelli murini di Alzheimer

Misurare alterazioni neurotrasmettitore nel cervello è uno strumento essenziale per neuroscienziati studiano le malattie del sistema nervoso centrale (SNC) che sono spesso caratterizzati da disregolazione neurotrasmettitore. Sebbene microdialisi in combinazione con la cromatografia liquida ad alta pressione (HPLC / CE) è il metodo più diffuso per misurare le variazioni nei livelli di neurotrasmettitori extracellulari ^{1, 2, 3, 4,} la risoluzione spaziale e temporale delle sonde da microdialisi può non essere ideale per neurotrasmettitori , come glutammato, che sono strettamente regolata nello spazio extracellulare ^{5, 6.} A causa dei recenti progressi nel campo della genetica e di imaging, ci sono altri metodi che possono essere utilizzati per mappare glutammato in vivo. Utilizzando reporter glutammato fluorescenti geneticamente codificati (iGluSnFR) und immagini a due fotoni, i ricercatori sono in grado di visualizzare rilascio di glutammato da neuroni e astrociti in vitro ed in vivo ^{7, 8, 9.} In particolare, questo permette di registrare da un campo visivo più ampio e non interrompe le connessioni intrinseche del cervello. Mentre queste nuove tecniche ottiche consentono la visualizzazione della cinetica glutammato e misurazione delle risposte evocate sensoriali e attività neuronale, non hanno la capacità di quantificare la quantità di glutammato nello spazio extracellulare in regioni cerebrali discrete.

Un metodo alternativo è la matrice microelettrodi enzimatico (MEA) che può selettivamente misurare i livelli di neurotrasmettitori extracellulari, quali glutammato, attraverso l'uso di un sistema di registrazione di auto-riferimento. La tecnica MEA è stato utilizzato per studiare le alterazioni di glutammato extracellulare seguenti cerebrali traumatichelesioni ^{10, 11, 12,} invecchiamento ^{13, 14,} stress ^{15, 16,} epilessia ^{17, 18,} morbo di Alzheimer ^{19, 20,} e l'iniezione di un virale mimico ²¹ e rappresenta un miglioramento rispetto dei limiti spaziali e temporali inerenti microdialisi. Considerando microdialisi limita la capacità di misurare vicino alla sinapsi ^{22, 23,} MEA hanno una risoluzione spaziale elevata che consente misure selettive di straripamento extracellulare glutammato vicino sinapsi ^{24, 25.} In secondo luogo, la bassa risoluzione temporale di microdialisi (1 – 20 min) limita la capacità di indagare ladinamica veloce di rilascio di glutammato e la clearance si verificano nel millisecondo secondo intervallo ^26. Perché le differenze nel rilascio o la clearance di glutammato non possono essere evidenti nelle misure di tonico, riposo livelli di glutammato, può essere necessario che il rilascio di glutammato e la clearance essere misurati direttamente. MEA tengono conto di tali misure a causa della loro elevata risoluzione temporale (2 Hz) e limiti di rilevabilità (<1 um). Terzo, MEA consentire l'analisi di variazioni subregionali neurotrasmettitori all'interno di una particolare regione del cervello, come l'ippocampo di ratto o topo. Ad esempio, utilizzando MEA possiamo separatamente bersaglio il giro dentato (DG), comu Ammonis 3 (CA3) e comu Ammonis 1 (CA1) dell'ippocampo, che sono collegati tramite un circuito trisynaptic ^27, di esaminare le differenze subregionali glutammato extracellulare. A causa delle dimensioni di sonde microdialisi (1 – lunghezza 4 mm) e il danno causato per impiantazione ^{28 <}/ ^{sup>, 29,} le differenze subregionali sono difficili da affrontare. Inoltre, i sistemi ottici consentono solo la stimolazione tramite stimoli esterni, come ad esempio una stimolazione baffo o sfarfallio luce, che non consente la stimolazione subregionale ^7. Un vantaggio finale di MEA rispetto ad altri metodi è la possibilità di studiare queste subregioni in vivo senza interrompere le loro connessioni estrinseche e intrinseche.

Qui, viene descritto come un sistema di registrazione (per esempio, FAST16mkIII) in combinazione con MEA, costituito da un microelettrodo multisito a base di ceramica, può essere differenzialmente rivestito sui siti di registrazione per consentire agli agenti interferenti essere rilevato e rimosso dal segnale analita. Dimostriamo anche queste matrici possono essere utilizzati per studi Amperometry-di regolazione in vivo glutammato all'interno della DG, CA3 e CA1 ippocampali subregioni di anestetizzato RTG (tauP301L) 4510 topi, un m comunemente usatoil modello Ouse della malattia di Alzheimer. Inoltre, forniamo conferma della sensibilità del sistema MEA alla dinamica veloci di rilascio di glutammato e di passaggio trattando i topi con riluzolo, un farmaco mostrato in vitro per diminuire il rilascio di glutammato e aumentare glutammato captazione ^{30, 31, 32, 33,} e dimostrando queste rispettive variazioni in vivo nel modello murino tauP301L.