Utilizando biossensores baseados em Enzyme medir Tonic e Phasic glutamato na doença de Alzheimer rato Models
Summary
Aqui, descrevemos a configuração, navegação software e análise de dados para um método espacial e temporalmente precisa de medir a tônica e fásica mudanças glutamato extracelulares in vivo utilizando matrizes de microeletrodos ligado a enzima (MEA).
Abstract
interrupção neurotransmissor é muitas vezes um componente-chave de doenças do sistema nervoso central (CNS), desempenhando um papel na patologia subjacente a doença de Alzheimer, doença de Parkinson, depressão e ansiedade. Tradicionalmente, microdiálise foi o mais comum (louvado) técnica para examinar as alterações de neurotransmissores que ocorrem nestes distúrbios. Mas porque microdiálise tem a capacidade de medir as alterações lentas 1-20 minutos através de grandes áreas de tecido, ele tem a desvantagem de invasividade, potencialmente destruir as ligações intrínsecas dentro do cérebro e uma capacidade de amostragem lenta. Uma técnica relativamente nova, a matriz de microeléctrodos (MEA), tem numerosas vantagens para a medição de alterações de neurotransmissores específicos dentro de regiões cerebrais discretas à medida que ocorrem, para fazer uma abordagem espacialmente e temporalmente preciso. Além disso, utilizando AAM é minimamente invasivo, permitindo a medição de alterações de neurotransmissores in vivo. Em nosso laboratório, nós have sido especificamente interessados em mudanças no neurotransmissor, glutamato, relacionada com a patologia da doença de Alzheimer. Como tal, o método descrito aqui foi usado para avaliar as perturbações do hipocampo potenciais em glutamato em um modelo de rato transgénico da doença de Alzheimer. Resumidamente, o método utilizado envolve o revestimento de um microeléctrodo de multi-local com uma enzima muito selectiva para o neurotransmissor de interesse e utilizando locais de auto-referenciar para subtrair o ruído de fundo e os interferentes. Depois de plaqueamento e de calibração, o MEA pode ser construído com uma micropipeta e reduzido para a região do cérebro de interesse utilizando um dispositivo estereotáxico. Aqui, o método descrito envolve a anestesiar RTG (TauP301L) 4510 e ratinhos utilizando um dispositivo estereotáxico para alvejar com precisão sub-regiões (DG, CA1, e CA3) do hipocampo.
Introduction
Medindo alterações de neurotransmissores no cérebro é uma ferramenta essencial para neurocientistas o estudo de doenças do sistema nervoso central (SNC) que são muitas vezes caracterizados por desregulao de neurotransmissores. Embora microdiálise em combinação com cromatografia líquida de alta pressão (HPLC / CE) tem sido o método mais amplamente utilizado para medir alterações nos níveis de neurotransmissores extracelulares 1, 2, 3, 4, a resolução espacial e temporal de sondas de microdiálise pode não ser ideal para neurotransmissores , tais como o glutamato, que são estreitamente regulada no espaço extracelular 5, 6. Devido aos recentes avanços na genética e na imagem, existem métodos adicionais que podem ser utilizadas para mapear glutamato in vivo. Usando repórteres glutamato fluorescentes geneticamente codificados (iGluSnFR) umd de dois fotões imagiologia, os investigadores são capazes de visualizar a libertação de glutamato por neurónios e astrócitos, tanto in vitro e in vivo, 7, 8, 9. Notavelmente, este permite a gravação de um maior campo de visão e não perturbar as ligações intrínsecas do cérebro. Enquanto estas novas técnicas ópticas permitem a visualização da cinética de glutamato e medição de respostas evocadas sensoriais e actividade neuronal, eles não têm a capacidade para quantificar a quantidade de glutamato no espaço extracelular em regiões cerebrais discretas.
Um método alternativo é a matriz de microeléctrodos ligado a enzima (MEA), que pode medir selectivamente níveis de neurotransmissores extracelulares, tais como o glutamato, através da utilização de um esquema de gravao por auto-referenciados. A técnica MEA tem sido usado para estudar alterações na glutamato extracelular seguintes cerebral traumáticalesão 10, 11, 12, envelhecimento 13, 14, estresse 15, 16, epilepsia 17, 18, doença de Alzheimer 19, 20, e a injecção de um mímico viral 21 e representa um aperfeiçoamento em relação às limitações espaciais e temporais inerentes microdiálise. Considerando microdiálise restringe a capacidade de medir perto da sinapse 22, 23, AAM têm uma alta resolução espacial que permite a medidas selectivas de transbordamento glutamato extracelular perto sinapses 24, 25. Em segundo lugar, a resolução temporal baixa de microdiálise (1-20 min) limita a capacidade para investigar odinâmica rápida de liberação de glutamato e desembaraço que ocorrem no milésimo de segundo para a segunda faixa de 26. Como as diferenças na libertação ou alívio de glutamato pode não ser evidente em medidas de tónico, descansando os níveis de glutamato, pode ser essencial que a libertação de glutamato e depuração ser directamente medido. AAM permitir tais medidas, devido à sua alta resolução temporal (2 Hz) e baixos limites de detecção (<1 um). Em terceiro lugar, AAM permitir a análise de alterações em sub neurotransmissores dentro de uma região particular do cérebro, tais como o hipocampo de rato ou de ratinho. Por exemplo, usando MEAs que pode ter como alvo, separadamente, o giro dentado (DG), cornu Ammonis 3 (CA3) e cornu Ammonis 1 (CA1), do hipocampo, as quais estão ligadas através de um circuito trisynaptic 27, para examinar as diferenças sub em glutamato extracelular. Por causa do tamanho das sondas de microdiálise (1 – 4 mm) de comprimento e o dano causado pela implantação 28 </ sup>, 29, as diferenças sub-regionais são difíceis de abordar. Além disso, os sistemas ópticos de só permitir a estimulação através de estímulos externos, tais como uma estimulação suiça ou cintilação luz, que não permite a estimulação sub-7. Um benefício final de AAM em relação a outros métodos, é a capacidade para estudar estas sub-regiões in vivo, sem perturbar as ligações extrínsecos e intrínsecos.
Aqui, descrevemos a forma como um sistema de gravação (por exemplo, FAST16mkIII) em combinação com AAM, que consiste de um microeléctrodo de vários locais de cerâmica à base, pode ser diferencialmente revestido sobre os locais de gravação para permitir a agentes interferentes a ser detectado e removido o sinal de analito. Nós também demonstrar estas matrizes podem ser utilizadas para estudos baseados em amperometria de glutamato in vivo regulação dentro da DG, CA3, e sub-regiões do hipocampo CA1 de RTG anestesiado (TauP301L) 4510 ratinhos, um m utilizadamodelo ouse da doença de Alzheimer. Além disso, nós fornecemos confirmação da sensibilidade do sistema de MEA com a dinâmica rápidas de libertação de glutamato e depuração por tratamento dos ratinhos com o riluzol, uma droga demonstrado in vitro para diminuir a libertação de glutamato e aumentar a captação de glutamato 30, 31, 32, 33, e demonstrando essas respectivas alterações in vivo no modelo do rato TauP301L.
Protocol
Representative Results
Discussion
A técnica MEA permite a medição da cinética rápida de libertação de neurotransmissores e a absorção in vitro e in vivo. Assim, a tecnologia produz uma vasta variedade de saída de dados, incluindo os níveis de neurotransmissores tónicas, a libertação de neurotransmissores evocados, e depuração neurotransmissor. No entanto, porque o uso de AAM é um procedimento relativamente complexo, existem numerosos factores que podem necessitar de ser optimizado para utilização com sucesso. Por exe…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais (MNR; U54GM104942), NIA (MNR; R15AG045812), Associação de Alzheimer (MNR; NIRG-12-242187), WVU Faculdade Research Senado Grant (MNR), e WVU PSCOR Grant (RNM).
Materials
| FAST-16mkIII-8 channel | Quanteon | 16mkIII | |
| Microelectrode arrays | CenMet | W4 or 8-TRK | |
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A-3059 | 10 g (expires after 1 month) |
| Glutaraldehyde | Sigma-Aldrich | G-6257 | 100 mL (expires after 6 months) |
| Glutamate Oxidase | US Biological or Sigma Aldrich | G4001-01 or 100646 | 50 UI (expires after 6 months) |
| Hamilton Syringes | Hamilton | #701 | 2 syringes |
| Methanol | BDH | UN1230 | 4 L |
| m-Phenylenediamine dihydrochloride (mPD) | ACROS Organics | 1330560250 | 25 g |
| Reference Electrodes (RE-5B) | BAS | MF-2079 | 3 electrodes |
| Magnetic stir plate | Cole-parmer | EW-04804-01 | Can purchase from different supplier |
| Glutamate | Sigma-Aldrich | G-1626 | 100 g |
| Ascorbic Acid | TCI | 50-81-7 | 500 g |
| Dopamine Hydrochloride | Alfa Aesar | 62-31-7 | 5 g |
| Perchloric acid | VWR | UN2920 | 500 mL |
| Postassium chloride | VWR | 7447-40-7 | 1 kg |
| Sodium chloride | VWR | 7647-40-7 | 1 kg |
| Calcium Chloride | MP | 153502 | 100 g |
| Sodium Hydroxide | BDH | 1310732 | 500 g |
| Glass pressure ejection pipettes | CenMet | ||
| Sticky wax | Kerrlab | 625 | Can purchase from different supplier |
| Microsyringe | World Precision Instruments | MF28G-5 | |
| Modeling clay | WalMart | Can purchase from different supplier | |
| Picospritzer III | Parker | ||
| Silver wire | AM systems | 782000 | |
| Hydrochloric acid | BDH | 7647010 | 2.5 L |
| Platinum wire | AM Systems | 778000 | |
| Solder gun | Lowes or Home Depot | Can purchase from different supplier | |
| Multimeter | WalMart | Can purchase from different supplier | |
| PhysioSuite | Kent Scientific | Can purchase from different supplier | |
| SomnoSuite | Kent Scientific | Can purchase from different supplier | |
| Stereotaxic device | Stoelting | Can purchase from different supplier | |
| Digital Lab Standard | Stoelting | Can purchase from different supplier | |
| Meiji EMZ microscope | Meiji | EMZ-5 | |
| Drill | Dremel | Micro | |
| Metricide | Metrex | 102800 | |
| Scalpel | VWR | Can purchase from different supplier | |
| Surgery scissors | VWR | Can purchase from different supplier | |
| Sterile cotton swabs | Puritan | 25806 | Can purchase from different supplier |
| Eye ointment | Puralube Vet Ointment | Obtain from the vet | |
| Iodine swabs | VWR | S48050 | Can purchase from different supplier |
| Alcohol swabs | Local drug store | Can purchase from different supplier | |
| Sterile surgery drape | Dynarex | 4410 | Can purchase from different supplier |
| Sterile saline | Teknova | S5815 | Can make own soltuion using filters |
| Hydrogen Peroxide (3%) | Local drug store | Can purchase from different supplier | |
| Heating Pad | WalMart | Can purchase from different supplier |
Riferimenti
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