Bu iletişim kuralı ile nörotransmitter Glutamat wholemount sıçan retina vitro kimyasal neurostimulation bir tür inceleme için bir roman yöntemi açıklar. Kimyasal neurostimulation konvansiyonel elektrik neurostimulation retina nöronların tarafından photoreceptor dejeneratif hastalıklara neden geri dönüşü olmayan körlük tedavisinde umut verici bir alternatiftir.
Photoreceptor dejeneratif hastalıklar photoreceptor hücrelerinin ilerici kaybı yoluyla onarılamaz körlüğü retinada neden. Retina protezleri yapay olarak anlaşılır görsel algı hastalarda alabilme umuduyla hayatta kalan retina sinir hücreleri uyararak vizyon geri yüklemek için aramak photoreceptor dejeneratif hastalıklar için gelişmekte olan bir tedavi vardır. Geçerli retina protezleri görme zorluğu hastalara elektriksel olarak retina teşvik ama yüksek keskinlik, doğal vizyon hastalara yeniden önemli fiziksel engelleri yüz için bir dizi elektrot kullanarak geri yükleme başarısı göstermiştir. Kimyasal neurostimulation yerli nörotransmitter kullanarak biomimetic seçimli-e doğru elektrik stimülasyon ve elektrik neurostimulation kullanarak retina protezler ile ilişkili temel sınırlamaları bypass. Özellikle, kimyasal neurostimulation daha doğal vizyon ile karşılaştırılabilir veya daha iyisi visual acuities hastalara nörotransmiterler, retina tarafından kullanılan iletişim aynı doğal maddeleri çok az miktarda enjekte edilerek geri potansiyeline sahiptir Geçerli elektrik protezleri çok ince çözünürlükte kimyasal synapses. Ancak, nispeten keşfedilmemiş stimülasyon paradigma olarak retina vitrokimyasal uyarılması elde etmek için oluşturulmuş hiçbir protokol var. Bu çalışmanın amacı kimyasal retina retina kimyasal neuromodulation, potansiyel veya benzer eğitim almak isteyen araştırmacılar için uyarılması gerçekleştirmek için detaylı bir çerçeve sağlamaktır sinir doku içinde vitro. Bu çalışmada deneysel kurulum ve retina ganglion hücre (RGC) spike yanıt benzer görsel ışık yanıtlarında vahşi tipi almak için metodoloji açıklayan ve hacimleri enjekte edilerek photoreceptor dejenere wholemount sıçan retina kontrol nörotransmitter Glutamat cam MİKROPİPETLER ve özel birden çok bağlantı noktalı mikrosıvısal aygıt kullanarak subretinal boşluğa. Bu metodoloji ve iletişim kuralı diğer nörotransmitter veya hatta diğer nöral dokular kullanarak neuromodulation için adapte olmak için genel.
Retinitis pigmentosa ve yaşa bağlı makula dejenerasyonu gibi photoreceptor dejeneratif hastalıkların devralınabilir görme kaybı nedenleri lider vardır ve şu anda tedavi edilemez1,2. Her ne kadar bu hastalıkların belirli Genetik mutasyonlar çeşitli ortaya, photoreceptor dejeneratif hastalıklar sonunda körlüğü neden retina photoreceptor hücrelerde ilerici kaybı bir grup olarak karakterizedir. Photoreceptors Tetikleyicileri retina remodeling ama iki kutuplu hücreler ve RGCs, dahil olmak üzere retina sinir hücreleri hayatta yaygın kaybı sağlam ve photoreceptor dejenerasyon3 , ileri evrelerinde bile nispeten durumda kalır ,4,5,6,7.
Mekanizmaları ve bu hastalıkların patolojiler de karakterize3,4,5,6,7 ama etkili bir tedavi zor kalır. Son üç yılda bu gen terapisi8, kök hücre tedavisi9dahil olmak üzere photoreceptor dejeneratif hastalıklar ile etkilenen için vizyon geri yükleme yüklemek için tedavi tedaviler çeşitli araştırmacılar dünya çapında araştırdık, Retina nakli10ve hayatta kalan retina nöronların yapay stimülasyon11,12 . Bunlar geleneksel olarak bir dizi elektrot elektrikle amacı ile belirli desen iki kutuplu hücreler veya RGCs uyarmak için kullanılan yapay neurostimulation aygıtları olan retina Protezler, en klinik olarak kullanılabilir. yapay görsel algıları hastalar11‘ oluşturma. Şimdiki nesil elektrik Protezler, Argus II13 ve alfa-IMS14 aygıtlar gibi klinik onay ulaşmış ve ön çalışmalar belirtilmiştir var onlar yaşam kalitesini hastalar için geri yükleyerek geliştirmek olabilir bir Vizyon epiretinal (retina önü) ve subretinal (retina arkasında) kullanarak ölçü aygıtları15,16implante. Araştırma grupları dünya çapında başarılar bu ilk nesil cihazlar17,18,19,20 ötesinde retina protezleri ilerleyen üzerinde çalışıyoruz ama karşı karşıya kalmışlardır bir elektrik protezler hastalara yüksek keskinliği vizyon yasal körlüğü seviyesinin altında geri yükleme ve yetenekli tasarımı zorluklar. Son yıllarda yapılan çalışmalarda elektrik tabanlı protezleri zorlu tahakkuk enjeksiyon sınırı nedeniyle daha yüksek Uzaysal çözünürlük şimdiki nesil tarafından etkin daha ulaşmak, hangi güvenli bir şekilde uyarmak için büyük elektrotlar kullanımını gerektiren göstermiştir Retina nöronlar Uzaysal çözünürlük, Yani görme keskinliği11,21pahasına. Ayrıca, elektrik stimülasyonu daha da büyük ölçüde çünkü bu bir doğal olarak doğal olmayan stimülasyon paradigma21sınırlı, çünkü genellikle tüm yakındaki hücreleri uyarır ve bu nedenle hastaların, doğal olmayan ve kafa karıştırıcı algılamaları ortaya çıkarır. Yine de, elektrik stimülasyonu erken başarıları bu yapay neurostimulation photoreceptor dejeneratif hastalıklar için etkili bir tedavi olabilir göstermiştir. Bu daha da etkili bir tedavi nörotransmitter kimyasal madde, kimyasal sinapslar, iletişimin doğal maddeleri ile retina uyararak ulaşılabilir olduğu konusunda broşürüne birine yol açar. Bu raporda sunulan yöntemin amacı biomimetic seçimli-e doğru elektrik stimülasyon olarak retina sinir hücreleri arasındaki sinaptik iletişimin doğal sistem taklit amaçlayan kimyasal stimülasyon, terapötik fizibilite keşfetmek etmektir Retina protezi için.
Kimyasal olarak hedef retina nöronlar bir mikrosıvısal serbest Glutamat gibi yerel nörotransmitter küçük miktarlarda ile üstünde harekete geçirmek için kimyasal bir retina protez tedavi edici kimyasal uyarımı kavramının çeviri dayanır microports görsel stimülasyon yanıt olarak büyük bir dizi oluşan aygıt. Bu şekilde, kimyasal bir retina protez aslında doğal kimyasal sinyalleri retina ulaşan fotonların çeviren bir biomimetic yapay photoreceptor katman olur. Beri bu kimyasal sinyaller normal retina sinyal kullanılan aynı nörotransmitter kullanın ve hayatta kalan retina sinir hücreleri dejenere retinanın normal görme yolları, ortaya çıkan görsel tarafından kullanılan aynı Sinaptik yolları aracılığıyla teşvik kimyasal bir retina protez elde algı bir elektrik bir protez ile uyarılmış kıyasla daha doğal ve anlaşılır olabilir. Hangi aracılığıyla nörotransmitter are serbest bırakmak microports son derece küçük ve elektrotlar, aksine yüksek yoğunluklu olarak dizilmiş yapılabilir beri Ayrıca, potansiyel bir kimyasal protez daha fazla odak stimülasyon elde edebilecektir ve daha yüksek olabilir kayma çözünürlük daha elektrik bir protez. Böylece, bu potansiyel avantajları üzerinde bağlı olarak, kimyasal bir retina protez elektrik protezleri için çok umut verici bir alternatif sunuyor.
Retina, kimyasal uyarılması ancak, nispeten küçük yakın zamana kadar keşfedilmeyi. Retina elektriksel stimülasyon de işin içinde vitro22,23, in vivo23,24ve klinik çalışmalar13 yılda karakterize iken ,14, kimyasal stimülasyon üzerinde çalışmalar sadece birkaç vitro çalışmalar25,26,27,28için sınırlı olmuştur. Iezzi ve Finlayson26 ve Inayat vd. 27 tek bir elektrot ve bir multielectrode dizisi (MEA), sırasıyla, retina nöronların uyarılmış Glutamat yanıt-e doğru kaydetmek için kullanılarak retina vitro epiretinal kimyasal uyarılması gösterdi. Daha yakın zamanlarda, Rountree vd. 28 Glutamat subretinal yan ve bir MEA retina birden fazla sitede nöronal yanıtlarını kaydetmek için kullanma ve retina yolları fark uyarılması gösterdi.Bu eserleri birime kimyasal uyarımı fizibilite kurduk, daha fazla çalışmaları birçok araştırmak için gerekli olmakla birlikte, bu yaklaşım o ötesinde yönlerini ele defa25,26,27 , 28, yukarıda da açıklandığı gibi kimyasal bir retina protez bu kavramı tercüme önce tedavi edici stimülasyon parametreleri vitro ve in vivo hayvan modellerinde ince ayar. Ancak, şu anda edebiyat retinada kimyasal uyarılması yerine getirmeye için kurulan hiçbir metodoloji ve ikileştirici çalışmaları için gerekli olacaktır gibi önceki işlerde kullanılan yöntemleri böyle ayrıntılı olarak tarif edilmiştir değil. Bu nedenle, bu müfettişler ya bizim önceki çalışmalar27çoğaltılıyor baktılar için retina vitro kimyasal uyarılması yürütmek için iyi tanımlanmış bir çerçeve sağlamak için bu yöntemleri kağıt mantığı olduğunu, 28 ya da daha fazla kimyasal neurostimulation doğmakta olan bu kavramı ilerleyen.
Burada biz vahşi tipi fareler ve yakından photoreceptor dejeneratif ilerlemesini taklit eden bir photoreceptor dejenere fare modeli wholemount retina retina nöronlarda vitro kimyasal uyarılması yürütmek için bir yöntem göstermek hastalıkların insanlarda. Tedavi aralıkları çeşitli stimülasyon parametreleri değerlendirmek ve imkansız veya içinde içinde gözlemlemek zor olurdu nöral yanıt özellikleri çalışma için bu stimülasyon yöntemi vitro modelleri geliştirmek arkasındaki mantığı olduğunu vivo modelleri, özellikle ilk çalışmalar sırasında odaklı bu yaklaşımın fizibilite değerlendirme. Bu yordam, biz 1 mM Glutamat hedef yolu ile piyasada bulunan tek bağlantı noktalı cam MİKROPİPETLER ve özel bir retina nöronlar yakınındaki küçük miktarlarda sunarak hem tek siteler ve eşzamanlı multi-yer kimyasal elektrodlar, retina göstermek micromachined çok bağlantı noktalı mikrosıvısal aygıt, anılan sıraya göre. Tek-site ve Multi-yer elektrodlar kimyasal neuromodulation tedavi edici fizibilite araştıran temel hedefi başarmak iken, her benzersiz bir avantaj ile farklı bir amaca hizmet eder. Piyasada bulunan önceden çekti cam MİKROPİPETLER ile başarılı, tek-site stimülasyon doğrudan içine tek bir site, retinanın yeraltı Kimyasalları enjekte için kullanılan ve gözlemlenebilir RGC oranı spike araştırmak için hizmet vermektedir görsel olarak uyarılmış ışık yanıt benzer yanıt focally enjeksiyon yeri altında elde edildi. Öte yandan, özel fabrikasyon birden çok bağlantı noktalı mikrosıvısal baðlantýsýnýn, multi-yer stimülasyon, retina yüzey üzerinde birden çok sitelerde dağınık şekilde kimyasal enjekte için kullanılan ve ne kadar iyi Glutamat uyarılmış RCG araştırmak için hizmet vermektedir Yanıt desen desen stimülasyon çalışmalarında Glutamat enjeksiyon kalıpları karşılık gelir.
Burada sunulan yöntem neyin retina nöronlar kimyasal olarak yerli nörotransmitter kimyasallar retina içinde vitroyeraltı enjekte edilerek uyarılır bir benzersiz sinir stimülasyonu paradigma gösterir. Bu kimyasal stimülasyon tekniği seçicilik ve odak özgüllüğü yüksek hedef nöronlar dahil olmak üzere geleneksel elektriksel stimülasyon tekniği üzerinde çeşitli yararlar sunar. İletişim kuralı yukarıda ayrıntıları nörotransmitter Glutamat birim pnömatik enjeksiyonlari kullanarak hede…
The authors have nothing to disclose.
Gazetede sunulan çalışma ortaya çıkan sınırlar araştırma Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen ve yenilik (NSF-EFRI) program numarası 0938072 verin. Bu yazının içeriği sadece yazarların sorumluluğunda ve mutlaka NSF resmi görüşlerini temsil etmemektedir. Yazarlar ayrıca tasarlama ve kimyasal uyarılması için ilk deneysel kurulum ve Bay Ashwin Raghunathan tasarımı, imalatı ve kullanılan birden çok bağlantı noktalı mikrosıvısal aygıt değerlendirme çalışmaları için test çalışmaları için Dr Samsoon Inayat teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışmada.
Microelectrode array, perforated layout | Multi Channel Systems, GmbH | 60pMEA200/30iR-Ti-pr | http://www.multichannelsystems.com/products/microelectrode-arrays/60pmea20030ir-ti |
MEA amplifier | Multi Channel Systems, GmbH | MEA1060-Inv | http://www.multichannelsystems.com/products/mea1060-inv |
Bottom perfusion groundplate for pMEA | Multi Channel Systems, GmbH | MEA1060-Inv-(BC)-PGP | http://www.multichannelsystems.com/products/mea1060-inv-bc-pgp |
3-axis Motorized Micromanipulator | Sutter Instruments, Novato, CA | MP-285 | https://www.sutter.com/MICROMANIPULATION/mp285.html |
Micromanipulator Control System | Sutter Instruments, Novato, CA | MPC-200 | https://www.sutter.com/MICROMANIPULATION/mpc200.html |
Gantry style micromanipulator stand with linear slide | Sutter Instruments, Novato, CA | MT-75/LS | https://www.sutter.com/STAGES/mt75.html |
8-channel Programmable Multichannel Pressure Injector | OEM: MicroData Instrument, S. Plainfield, NJ Vendor: Harvard Apparatus UK |
PM-8000 or PM-8 | OEM: http://www.microdatamdi.com/pm8000.htm Vendor: https://www.harvardapparatus.co.uk/webapp/wcs/stores/servlet/product_11555_10001_39808_-1_HAUK_ProductDetail |
Axopatch 200A Integrating Patch Clamp Amplifier | Molecular Devices, Sunnyvale, CA | Axopatch 200A | Axopatch 200A has been replaced with a newer model Axopatch 200B: https://www.moleculardevices.com/systems/axon-conventional-patch-clamp/axopatch-200b-amplifier |
Patch clamp headstage | Molecular Devices, Sunnyvale, CA | CV 201A | http://mdc.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/16554/~/axopatch-200a%3A-selection-cv-headstage |
Vacuum waste kit | ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY | VMK | http://alascience.com/product/vacuum-waste-kit/ |
Pipette holder | Warner Instruments, Hamden, CT | QSW-A10P | https://www.warneronline.com/product_info.cfm?id=915 |
Pre-pulled 10 μm tip diameter glass micropipettes | World Precision Instruments, Sarasota, FL | TIP10TW1 | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/make-selection-pre-pulled-glass-pipettes-plain/ |
Zoom stereomicroscope | Nikon, Tokyo, Japan | SMZ-745T | https://www.nikoninstruments.com/Products/Stereomicroscopes-and-Macroscopes/Stereomicroscopes/SMZ745 |
Microscope boom stand with dual linear ball bearing arm | Old School Industries, Inc., Dacono, CO | OS1010H-16BB | http://www.osi-incorp.com/productdisplay/dual-linear-ball-bearing-arm |
Zoom Stereo Microscope with C-LEDS Hybrid LED Stand | Nikon, Tokyo, Japan | SMZ-445 | https://www.nikoninstruments.com/Products/Stereomicroscopes-and-Macroscopes/Stereomicroscopes/SMZ445 |
Inverted microscope system | Nikon, Tokyo, Japan | Eclipse Ti-E | https://www.nikoninstruments.com/Products/Inverted-Microscopes/Eclipse-Ti-E |
Ames medium | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | A1420 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a1420 |
L-Glutamic Acid (Glutamate) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | G5667 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/mm/100291 |
Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | S8761 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s8761 |
60 mm Petri dish (10 mm tall) | Fischer Scientific, Waltham, MA | FB0875713A | 60 mm clear petri dish; https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-petri-dishes-clear-lid-12/fb0875713a |
Jewelers #5 Forceps | World Precision Instruments, Sarasota, FL | 555227F | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/555227f-jewelers-5-forceps-11cm-straight-titanium/ |
Standard Scalpel Blad #24 | World Precision Instruments, Sarasota, FL | 500247 | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/500247-standard-scalpel-blade-24/ |
Scalpel Handle #4 | World Precision Instruments, Sarasota, FL | 500237 | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/500237-scalpel-handle-4-14cm/ |
Vannas Tubingen Dissection Scissors | World Precision Instruments, Sarasota, FL | 503378 | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/503378-vannas-tubingen-scissors-8cm-straight-german-steel/ |
Nylon mesh kit | Warner Instruments, Hamden, CT | NYL/MESH | https://www.warneronline.com/product_info.cfm?id=1173 |
Harp slice grid | ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY | HSG-5AD | http://alascience.com/product/standard-harp-slice-grids/ |
Ag/AgCl reference electrode pellet | Multi Channel Systems, GmbH | P1060 | http://www.multichannelsystems.com/products/p1060 |
4 Channel Valve Controlled Gravity Perfusion System | ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY | VC3-4xG | http://alascience.com/product/4-channel-valve-controlled-gravity-perfusion-system/ |
Zyla 5.5 sCMOS microscope camera | Andor Technology, Belfast, UK | Zyla 5.5 sCMOS | http://www.andor.com/scientific-cameras/neo-and-zyla-scmos-cameras/zyla-55-scmos |
Silver wire (50 μm diameter) | Fischer Scientific, Waltham, MA | AA44461G5 | https://www.fishersci.com/shop/products/silver-wire-0-05mm-0-002-in-dia-annealed-99-99-metals-basis-3/aa44461g5 |
Tygon microbore tubing (1.6 mm diameter) | Cole Parmer, Vernon Hills , IL | EW-06419-01 | https://www.coleparmer.com/i/tygon-microbore-tubing-0-020-x-0-060-od-100-ft-roll/0641901 |
Tilting Tool Holder with Steel Cannula | ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY | TILTPORT | One each of these were utilized for top perfusion and suction; http://alascience.com/product/tilting-tool-holder-with-steel-cannula/ |
Roscolux #26 Light Red Filter Sheet | Rosco Laboratories Inc., 52 Harbor View, Stamford, CT | R2611 | Manufacturer: http://us.rosco.com/en/products/catalog/roscolux Vendor: https://www.bhphotovideo.com/c/product/43957-REG/Rosco_RS2611_26_Filter_Light.html |
Smith & Wesson Galaxy Red Flashlight | Smith & Wesson, 2100 Roosevelt Avenue, Springfield, MA | 4588 | Manufacturer: https://www.smith-wesson.com/ Vendor: http://www.mypilotstore.com/mypilotstore/sep/4588 |
MC_Rack Software | Multi Channel Systems, GmbH | MC_Rack | http://www.multichannelsystems.com/software/mc-rack |
Labview Software | National Instruments, Austin, TX | LabVIEW | http://www.ni.com/labview/ |
NIS-Elements: Basic Research Software | Nikon, Tokyo, Japan | NIS-Elements BR | https://www.nikoninstruments.com/Products/Software/NIS-Elements-Basic-Research |