Использование ферментных биосенсоров на основе измерить Тоник и фазовый глутамат в мышиных моделях болезни Альцгеймера

Измерение нейромедиаторов изменений в головном мозге является важным инструментом для нейробиологов, изучающих заболевания центральной нервной системы (ЦНС), которые часто характеризуется нейромедиатор дизрегуляция. Хотя микродиализ в сочетании с жидкостной хроматографией высоким давлени (ВЭЖЙ / EC) был наиболее широко используемым методом для измерения изменений внеклеточного уровня нейротрансмиттеров ^{1, 2, 3, 4,} пространственное и временное разрешение микродиализных зондов может не быть идеальным для нейротрансмиттеров , такие как глутамат, которые жестко регулируется во внеклеточном пространстве ^{5, 6.} Из-за последних достижений в области генетики и визуализации, существуют дополнительные методы , которые могут быть использованы для сопоставления глутамата в естественных условиях. Используя генетически кодируемые флуоресцентные репортер глутамата (iGluSnFR)д двухфотонного визуализации, исследователи способны визуализировать высвобождение глутамата нейронов и астроцитов в пробирке и в естественных условиях ^{7, 8, 9.} В частности, это позволяет для записи с большим полем зрения и не нарушать внутренние соединения мозга. Несмотря на то, что эти новые оптические методы позволяют для визуализации кинетики глутамата и измерения сенсорных вызванных реакций и активности нейронов, они не имеют возможности определить количество глутамата в межклеточном пространстве в отдельных областях мозга.

Альтернативный метод представляет собой связанный с ферментом микроэлектрода массива (MEA), который может селективно измерять уровни внеклеточной нейротрансмиттеров, таких как глутамат, за счет использования самостоятельной привязкой схемы записи. Методика MEA была использована для изучения изменений в внеклеточном глутамате следующих травматическим мозгатравмы ^{10, 11, 12,} старение ^{13, 14,} стресс ^{15, 16,} эпилепсия ^{17, 18,} болезнь Альцгеймера ^{19, 20,} а также инъекций вирусной мимической ²¹ и представляет собой улучшение по сравнению пространственных и временных ограничений , присущих микродиализ. В то время как микродиализ ограничивает возможность измерения вблизи синапса ^{22, 23,} МЭС имеет высокое пространственное разрешение , которая позволяет селективные меры внеклеточного глутамата перелива вблизи синапсам ^{24, 25.} Во-вторых, низкое временное разрешение микродиализом (1 – 20 мин) ограничивает возможность исследоватьбыстрая динамика высвобождения глутамата и зазор , происходящая в миллисекундах до второго диапазона ^26. Из-за различий в освобождении или клиренс глутамата не может быть очевидным в мерах тоника, покоящихся уровни глутамата, может иметь важное значение, что высвобождение глутамата и зазор быть непосредственно измерены. МЭС допускает такие меры в связи с их высоким временным разрешением (2 Гц) и низкими пределами обнаружения (<1 мкМ). В-третий, МЭС позволяет на рассмотрение субрегиональных вариаций в нейротрансмиттер в пределах конкретного региона мозга, такие как крысы или мыши гиппокамп. Например, с помощью МЭС мы можем отдельно целевой зубчатой извилине (DG), Cornu ammonis 3 (СА3) и CORNU ammonis 1 (CA1) гиппокампа, которые соединены с помощью trisynaptic схемы ^27, чтобы изучить субрегиональные различия в внеклеточного глутамата. Из – за размера микродиализные зондов (1 – длина 4 мм) и ущерб , причиненный имплантации ^{28 <}/ ^{SUP>, 29,} субрегиональные различия трудно решить. Кроме того, оптические системы только позволяют стимуляции с помощью внешних стимулов, таких как стимуляция усов или легкого мерцания, который не допускает субрегиональной стимуляцию ^7. Окончательное преимущество МЭС по сравнению с другими методами является возможность изучения этих подобластей в естественных условиях , не нарушая их внешних и внутренних связей.

Здесь мы опишем , как система записи (например, FAST16mkIII) в сочетании с МЭС, состоящая из керамического на основе мультисайтового микроэлектрода, может быть по- разному покрытие на участках записи , чтобы позволить вмешательство агентов , которые будет обнаружена и удалено из сигнала анализируемого вещества. Мы также демонстрируем эти массивы могут быть использованы для Амперометрии на основе исследований в естественных условиях регулирования глутамата в пределах DG, СА3 и СА1 гиппокампа подобластей наркоза RTG (TauP301L) 4510 мышей, обычно используемый мУзы модель болезни Альцгеймера. Кроме того, мы обеспечиваем подтверждение чувствительности системы MEA к быстрой динамики высвобождения глутамата и очистки путем обработки мышей с рилузолом, препарат показано в пробирке , чтобы уменьшить высвобождение глутамата и увеличить поглощение глютамата ^{30, 31, 32, 33,} и демонстрация этих соответствующих изменений в естественных условиях в модели мыши TauP301L.