Bu yöntem, akut beyin dilimleri kullanılarak endojen monoamin salınımının tespiti için basit bir teknik sunar. Kurulum, monoamin salınımı için bir doku tutucu içeren 48 kuyulu bir plaka kullanır. Serbest bırakılan monoamin, elektrokimyasal algılama ile birlikte HPLC tarafından analiz edilir. Ek olarak, bu teknik ilaç keşfi için bir tarama yöntemi sağlar.
Monoamin nörotransmitterler çok sayıda nörolojik ve psikiyatrik rahatsızlıkla ilişkilidir. Bu tür koşulların hayvan modelleri monoamin nörotransmitter salınımında ve alım dinamiklerinde değişiklikler göstermiştir. Monoamin fonksiyonunu incelemek için elektrofizyoloji, Hızlı Tarama Döngüsel Voltammetri (FSCV), görüntüleme, in vivo mikrodiyaliz, optogenetik veya radyoaktivite kullanımı gibi teknik olarak karmaşık yöntemler gereklidir. Burada sunulan yöntem, monoamin salınımını incelemek için doku tutucular içeren 48 kuyulu bir plaka kullanarak akut beyin dilimlerinde monoamin salınımını tespit etmek için optimize edilmiş iki adımlı bir yaklaşımdır ve monoamin salınım ölçümü için elektrokimyasal algılama (HPLC-ECD) ile birlikte yüksek performanslı sıvı kromatografisidir. Kısaca, prefrontal korteks, hipokampus ve dorsal striatum dahil olmak üzere ilgi çekici bölgeleri içeren sıçan beyin bölümleri bir doku dilimleyici veya vibratom kullanılarak elde edildi. Bu ilgi alanları tüm beyinden parçalandı ve oksijenli bir fizyolojik tamponda kuluçkaya yatırıldı. Deneysel zaman seyri boyunca uygulanabilirlik 3-(4,5-dimetilthiazol-2-yl)-2,5-difenyltetrazolium bromür (MTT) tahlili ile incelendi. Akut olarak parçalanmış beyin bölgeleri, ışınlayıcı (amfetamin) veya ekzosytotik veziküler salınımın (KCl) aktivasyonu yoluyla monoamin salınımını indüklediği bilinen çeşitli ilaç koşullarında inkübe edildi. Kuluçkadan sonra, süpernatanttaki serbest bırakılan ürünler bir HPLC-ECD sistemi aracılığıyla toplandı ve analiz edildi. Burada akut beyin dilimlerinden HPLC ile bazal monoamin salınımı saptanır. Bu veriler, AMPH ve KCl’nin monoamin salınımı yaptığını gösteren önceki in vivo ve in vitro sonuçları destekler. Bu yöntem özellikle monoamin taşıyıcıya bağımlı salınım ile ilişkili mekanizmaları incelemek için yararlıdır ve monoamin salınımı etkileyen bileşikleri hızlı ve düşük maliyetli bir şekilde tarama fırsatı sağlar.
Nörolojik ve psikiyatrik hastalıkların bolluğu, monoamin nörotransmitterinin (dopamin [DA], serotonin [5-HT], norepinefrin [NE]) homeostazının düzensizliği veya yetersiz bakımı ile ilişkilidir1,2,3. Bu durumlar depresyon1,2, şizofreni2, anksiyete2, bağımlılık4, menopoz5,6,7, ağrı8 ve Parkinson hastalığı3’ü içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir. Örneğin, menopozun birkaç sıçan modeli, hipokampus, prefrontal korteks ve striatum içindeki monoaminlerin düzensizliğinin veya azaltılmasının, menopoz yaşayan kadınlarda görülen hem depresyon hem de bilişsel düşüşle ilişkili olabileceğini göstermiştir. Bu modellerdeki monoaminlerin düzensizliği HPLC-ECD kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir, ancak çalışmalar ölçülen nörotransmitter içeriği ile nörotransmitter salınımı arasında ayrım yapmamıştır5,6,7. Monoaminler klasik olarak Ca2+‘a bağımlı veziküler salınım9 yoluyla hücre dışı alana salınır ve ilgili plazma membran geri alım sistemi (dopamin taşıyıcı, DAT; serotonin taşıyıcı, SERT; norepinefrin taşıyıcı, NET)10,11 aracılığıyla geri dönüştürülür. Buna karşılık, veriler bu taşıyıcıların monoamin salgılayabildiğini veya efflux yapabildiğini göstermektedir, çünkü amfetamin (AMPH) ve 3,4-Metilennedioxymethamphetamine (MDMA) gibi kötüye kullanım ilaçlarının, taşıyıcı sistemleri aracılığıyla sırasıyla DA ve 5-HT’yi serbest bıraktıkları bilinmektedir12,13,14,15,16,17 . Bu nedenle, monoamin salınım dinamiklerinin uygun bir mekanistik anlayışı, spesifik ve hedefli farmakoterapilerin geliştirilmesi için çok önemlidir.
Hızlı Tarama Döngüsel Voltammetri (FSCV)18, in vivo mikrodiyaliz13, görüntüleme19, radyolabeled monoaminler20 ile preincubasyon, optogenetik ve daha yakın zamanda genetik olarak kodlanmış floresan sensörler ve fotometri21,22 gibi monoamin salınımını incelemek için çok çeşitli teknikler örülmektedir. . FSCV ve in vivo mikrodiyaliz monoamin salınımını incelemek için kullanılan başlıca tekniklerdir. FSCV, öncelikle akut beyin dilimlerinde ve in vivo23’te DA’nın uyarılmış eksosit salınımını incelemek için kullanılır. FSCV salınımı uyarmak veya uyandırmak için elektrotlar kullandığından, nörotransmitter salınımının birincil kaynağı Ca2+bağımlı veziküler salınımdır18,24,25,26,27,28,29,30,31 . In vivo mikrodiyaliz, HPLC ile birleştiğinde, ilgi çekici bir beyin bölgesine yerleştirilen bir prob kullanarak hücre dışı nörotransmitter seviyelerindeki değişiklikleri ölçmektedir13,32. FSCV’ye benzer şekilde, in vivo mikrodiyaliz için önemli bir sınırlama nörotransmitter salınımının kaynağını belirlemede zorluktur: Ca2+ bağımlı veziküler salınım veya taşıyıcı bağımlı. Dikkat çekici, her iki yöntem de monoamin salınımının doğrudan ölçülecek uzamasına izin verir. Optogenetiğin son zamanlarda ilerlemesiyle, araştırmalar 5-HT ve DA salınımının enfes hücre tipi özgüllükle kısa bir zaman aralığı içinde tespitini göstermektedir21,22. Bununla birlikte, bu stratejiler karmaşık ve maliyetli teknikler ve ekipmanlar gerektirir ve özellikle reseptörlere monoamin bağlanması yoluyla dolaylı olarak monoamin salınımı ölçmektedir. Ayrıca, radyolabelli monoaminler monoamin dinamiklerini incelemek için de kullanılır. Radyolabelli monoaminler, her bir monoamin taşıyıcısını aşırı ifade eden heterolog hücreler gibi çeşitli model sistemlere önceden yüklenebilir20,33,34,35,36,37,38,39,40, primer nöronlar20, sinaptozomlar33,39,41, 42 ve akut beyin dilimleri43,44. Bununla birlikte, radyoaktivite deneyciye potansiyel zarar verir ve trityum etiketli analitler endojen monoamin dinamiklerini sadık bir şekilde yeniden özetlemeyebilir45,46. HPLC-ECD gibi off-line algılama yöntemleri ile birlikte süperfüzyon sistemleri, birden fazla doku kaynağından monoaminlerin tespit edilmesine izin verdi. Burada, bu protokol, endojen bazal ve uyarılmış monoamin salınımini doğrudan ölçmek için akut beyin dilimlerini kullanarak optimize edilmiş ve düşük maliyetli, basit ve hassas bir yöntem sağlar.
Akut beyin dilimleri, öncelikle in vivo anatomik mikroçevreyi korudukları ve bozulmamış sinapsları korudukları için mekanistik hipotezlerin test edilmesine izin verir47,48,49,50,51,52. Birkaç çalışmada, akut beyin dilimleri veya doğranmış beyin dokusu, Ca2+ aracılı salınımı uyarmak için KCl kullanan bir süperfüzyon tekniği ile birlikte kullanılmıştır53,54,55,56. Superfüzyon sistemleri, monoaminler de dahil olmak üzere nörotransmitter salınım mekanizmalarını alanın anlamasını ilerletmek için kritik öneme sahiptir. Bununla birlikte, bu sistemler nispeten pahalıdır ve doku analizi için mevcut oda sayısı 4-12 arasında değişmektedir. Buna karşılık, burada sunulan yöntem ucuzdur, 48 doku örneğinin ölçümüne izin verir ve 96 doku örneğine kadar kullanmak üzere rafine edilebilir. 48 kuyu plakasındaki her kuyu, serbest bırakılan ürünü dokudan ayırmak için filtre kullanan doku tutucular içerir ve serbest bırakılan monoaminler daha sonra HPLC-ECD tarafından toplanır ve analiz edilir. Daha da önemlisi, bu yöntem monoamin salınımını modüle eden farmakolojik ajanlarla tedaviden sonra prefrontal korteks, hipokampus ve dorsal striatum gibi farklı beyin bölgelerinden 5-HT, DA ve NE salınımının eşzamanlı olarak ölçülmesine izin verir. Böylece, deneyci, test edilen numune sayısını artıran ve böylece kullanılan hayvan sayısını azaltan ucuz bir çoklu kuyu sistemi kullanarak birden fazla soruyu yanıtlayabilir.
Monoamin salınım ölçümleri yıllardır heterolog hücreler, nöronal kültürler, beyin sinaptozomları, ex vivo akut beyin dilimleri ve tüm hayvanlar gibi bir dizi sistemde yapılmaktadır13,20,41,42,58,64,65,66,67,68</su…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, J.A.P.’ye Fondecyt Başlatma Fonu N 11191049 ve G.E.T.’ye NIH hibeSI DA038598 tarafından desteklendi.
48 Well plate | NA | NA | Assay |
Acetonitrile | Fischer Scientific | A998-1 | Mobile Phase |
Calcium Chloride Ahydrous | Sigma Aldrich | C1016 | Modified Artifical Cerebrospinal Fluid OR Efflux Buffer |
Clarity Software | Anetc | ||
Citric Acid | Sigma Aldrich | Mobile Phase | |
D-(+)-Glucose | Sigma | 1002608421 | Dissection Buffer |
DMF | Sigma Aldrich | D4551 | MTT Assay |
EDTA-Na2 | Sigma Aldrich | Mobile Phase | |
GraphPad Software | Graphpad Software, Inc | Statistical Analysis | |
Glycerol | Sigma Aldrich | G5516 | Lysis buffer |
HEPES | Sigma Aldrich | H3375 | Lysis buffer |
HPLC, Decade Amperometric | Anetc | HPLC, LC-EC system | |
HPLC | Amuza | HPLC HTEC-510. | |
L-Asrobic Acid | Sigma Aldrich | A5960 | Dissection Buffer |
Magnesium Sulfate | Sigma | 7487-88-9 | KH Buffer |
Microcentrifuge Filter Units UltraFree | Millipore | C7554 | Assay – 6 to fit in 48 well plate |
MTT | Thermo Fisher | M6494 | MTT Assay |
Nanosep | VWR | 29300-606 | Assay; protein assay |
Octanesulfonic acid | Sigma Aldrich | V800010 | Mobile Phase |
Pargyline Clorohydrate | Sigma Aldrich | P8013 | Modified Artifical Cerebrospinal Fluid OR Efflux Buffer |
Phosphoric Acid | Sigma Aldrich | Mobile Phase | |
Potassium Chloride | Sigma | 12636 | KH Buffer |
Potassium Phosphate Monobasic | Sigma | 1001655559 | KH Buffer |
Precisonary VF-21-0Z | Precissonary | Compresstome | |
Protease Inhibitor Cocktail | Sigma Aldrich | P2714 | Lysis buffer. |
Sodium Bicarbonate | Sigma | S5761 | Dissection Buffer |
Sodium Bicarbonate | Sigma Aldrich | S5761 | Dissection Buffer |
Sodium Chloride | Sigma | S3014 | KH Buffer |
Sodium Dodecyl Sulfate | Sigma Aldrich | L3771 | Lysis buffer |
Triton X-100 | Sigma Aldrich | T8787 | MTT Assay / Lysis buffer |