El uso de biosensores basados ​​en enzimas para medir tónica y fásica glutamato en modelos de ratones con Alzheimer

La medición de las alteraciones de neurotransmisores en el cerebro es una herramienta esencial para los neurocientíficos que estudian las enfermedades del sistema nervioso central (SNC) que a menudo se caracteriza por la desregulación del neurotransmisor. Aunque microdiálisis en combinación con cromatografía líquida de alta presión (HPLC / CE) ha sido el método más ampliamente utilizado para medir cambios en los niveles de neurotransmisores extracelulares ^{1, 2, 3, 4,} la resolución espacial y temporal de las sondas de microdiálisis puede no ser ideal para los neurotransmisores , tales como glutamato, que están estrechamente regulada en el espacio extracelular ^{5, 6.} Debido a los recientes avances en la genética y la formación de imágenes, hay métodos adicionales que se pueden utilizar para mapear glutamato in vivo. Uso de reporteros fluorescentes glutamato codificados genéticamente (iGluSnFR) unad de dos fotones de formación de imágenes, los investigadores son capaces de visualizar la liberación de glutamato por las neuronas y astrocitos tanto in vitro como in vivo ^{7, 8, 9.} En particular, esto permite la grabación de un campo de visión más amplio y no interrumpe las conexiones intrínsecas del cerebro. Aunque estas nuevas técnicas ópticas permiten la visualización de la cinética de glutamato y la medición de respuestas evocadas sensoriales y la actividad neuronal, que carecen de la capacidad de cuantificar la cantidad de glutamato en el espacio extracelular en regiones discretas del cerebro.

Un método alternativo es la matriz de microelectrodos ligado a enzimas (MEA) que puede medir selectivamente niveles de neurotransmisores extracelulares, tales como el glutamato, a través del uso de un esquema de registro por sí mismo se hace referencia. La técnica MEA se ha utilizado para estudiar las alteraciones en el glutamato extracelular siguientes cerebral traumáticalesión ^{10, 11, 12,} el envejecimiento ^{13, 14,} la tensión ^{15, 16,} epilepsia ^{17, 18,} enfermedad de Alzheimer ^{19, 20,} y la inyección de un viral imitador ²¹ y representa una mejora sobre las limitaciones espaciales y temporales inherentes a microdiálisis. Mientras que microdiálisis restringe la capacidad de medir cerca de la sinapsis ^{22, 23,} AAM tienen una alta resolución espacial que permite medidas selectivas de desbordamiento de glutamato extracelular cerca de sinapsis ^{24, 25.} En segundo lugar, la resolución temporal baja de microdiálisis (1 – 20 min) limita la capacidad para investigar ladinámica rápida de la liberación de glutamato y el aclaramiento que se producen en la milésima de segundo a segundo rango ^26. Debido a las diferencias en la liberación o el aclaramiento de glutamato pueden no ser evidentes en las medidas de tónico, descansando los niveles de glutamato, puede ser esencial que la liberación de glutamato y el aclaramiento medirse directamente. MEAs permiten para tales medidas debido a su alta resolución temporal (2 Hz) y bajos límites de detección (<1 m). En tercer lugar, los AMA permiten examen de las modificaciones subregionales de neurotransmisores dentro de una región particular del cerebro, tales como el hipocampo de rata o de ratón. Por ejemplo, usando MEAs podemos dirigir por separado el giro dentado (DG), Cornu ammonis 3 (CA3) y Cornu ammonis 1 (CA1) del hipocampo, que están conectados a través de un circuito de trisynaptic ^27, para examinar las diferencias subregionales en glutamato extracelular. Debido al tamaño de las sondas de microdiálisis (1 – 4 mm de longitud) y los daños causados por la implantación ^{28 <}/ ^{sup>, 29,} las diferencias subregionales son difíciles de tratar. Además, los sistemas ópticos sólo permiten la estimulación a través de estímulos externos, tales como una estimulación de la barba o parpadeo de la luz, que no permite la estimulación subregional ^7. Un beneficio final de los AMA sobre otros métodos es la capacidad para estudiar estas subregiones in vivo sin interrumpir sus conexiones extrínsecos e intrínsecos.

A continuación, describimos cómo un sistema de grabación (por ejemplo, FAST16mkIII) en combinación con AAM, que consta de un microelectrodo de múltiples sitios a base de cerámica, se puede recubrir de forma diferencial en los sitios de registro para permitir a los agentes de interferencia para ser detectado y eliminado de la señal de analito. También demostramos estas matrices se pueden utilizar para los estudios basados en Amperometry de regulación de glutamato in vivo dentro de la DG, CA3, CA1 del hipocampo y subregiones de anestesiado RTG (TauP301L) 4510 ratones, un m comúnmente utilizadoouse modelo de la enfermedad de Alzheimer. Además, proporcionamos confirmación de la sensibilidad del sistema de MEA a la dinámica rápida de la liberación de glutamato y el aclaramiento mediante el tratamiento de los ratones con riluzol, un fármaco se muestra in vitro para disminuir la liberación de glutamato y aumentar la captación de glutamato ^{30, 31, 32, 33,} y la demostración de estos respectivos cambios en vivo en el modelo de ratón TauP301L.