हम वैकल्पिक दवा जलसेक के साथ इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और प्रायोगिक जांच (यानी नैनोसेंसर, माइक्रोइलेक्ट्रोड) की सहायक डिलीवरी के लिए डिज़ाइन किया गया एक माइक्रोइंजेक्टेड सिस्टम पेश करते हैं। व्यापक रूप से उपलब्ध माइक्रोफ्लूइडिक घटकों को जांच युक्त एक कैनुला के साथ मिलकर किया जाता है। मकाक कॉर्टेक्स में मस्सिमोल जलसेक के दौरान परिणामों के साथ माइक्रोइंजेक्टेड निर्माण के लिए एक कदम-दर-कदम प्रोटोकॉल शामिल है।
यह माइक्रोइंजेक्टरोड सिस्टम दवा जलसेक, इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और डिलीवरी और प्रायोगिक जांच के वितरण और पुनर्प्राप्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है, जैसे माइक्रोइलेक्ट्रोड और नैनोसेंसर, जागमें बार-बार उपयोग के लिए अनुकूलित, जानवरों का व्यवहार। माइक्रोइंजेक्टेड सिस्टम को कई उद्देश्यों के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है: (1) एक प्रयोगात्मक जांच के प्लेसमेंट के लिए कैनुला की सरल व्यवस्था जो अन्यथा ड्यूरा मेटर को भेदने के लिए बहुत नाजुक होगी, (2) दवा का माइक्रोफ्लूइडिक अर्क, या तो स्वतंत्र रूप से या एक प्रयोगात्मक जांच (यानी, माइक्रोइलेक्ट्रोड, नैनोसेंसर) युक्त एक कैनुला के साथ मिलकर। इस प्रोटोकॉल में हम माइक्रोइंजेक्टेड के कदम से कदम निर्माण, माइक्रोफ्लूइडिक घटकों के लिए इसके युग्मन, और वीवो में प्रणाली के उपयोग के लिए प्रोटोकॉल की व्याख्या करते हैं। इस प्रणाली के माइक्रोफ्लूइडिक घटक नैनोलीटर पैमाने पर वॉल्यूम की डिलीवरी की अनुमति देते हैं, जिसमें न्यूनतम प्रवेश क्षति होती है। दवा जलसेक स्वतंत्र रूप से या एक साथ प्रयोगात्मक जांच के साथ किया जा सकता है जैसे कि एक जाग में माइक्रोइलेक्ट्रोड या नैनोसेंसर, जानवर का व्यवहार। इस प्रणाली के अनुप्रयोगों की जांच या नैनोसेंसर माप के आधार पर व्यवहार प्रदर्शन के संदर्भ में प्रांतस्था के एक विशिष्ट क्षेत्र के कार्य को समझने के लिए, कॉर्टिकल विद्युत गतिविधि और व्यवहार पर एक दवा के प्रभाव को मापने से लेकर । इस प्रणाली की कुछ क्षमताओं को प्रदर्शित करने के लिए, हम एक कामकाजी स्मृति कार्य के दौरान रीसस मकाक में ललाट नेत्र क्षेत्र (एफईएफ) के रिवर्सिबल असक्रियणाचार के लिए मस्सिमोल इन्फ्यूजन का एक उदाहरण पेश करते हैं।
इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और दवा इंजेक्शन विधियों का व्यापक रूप से न्यूरोसाइंस में न्यूरोसाइंस में उपयोग किया जाता है, विवो में, कृंतक और वानरों में न्यूरोलॉजी का अध्ययन करने के लिए। पिछले तीन दशकों में, शुरुआती इंजेक्टरोड मॉडलों में सुधार ने अधिक सटीक और कम आक्रामक तकनीक की अनुमति दी, और विशिष्ट मस्तिष्क साइटों1,2,3पर एक साथ रिकॉर्डिंग और दवा इंजेक्शन। विशेष रूप से वानरों के लिए, न्यूनतम ऊतक क्षति के साथ छोटे वॉल्यूम को ठीक से वितरित करने की क्षमता महत्वपूर्ण है यदि तकनीक का उपयोग उन्नत संज्ञानात्मक कार्यों के अध्ययन के लिए किया जाना है जिसके लिए अत्यधिक प्रशिक्षित जानवरों की आवश्यकता होती है। हाल की प्रगति में प्रत्यारोपित जांच4का उपयोग करउत्तेजना के संयोजन में पुरानी इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल और रासायनिक माप शामिल हैं, और संयुक्त रिकॉर्डिंग और माइक्रोफ्लूइडिक दवा वितरण हाल ही में कृंतक5में संचालित किया गया है । यहां वर्णित इंजेक्टरोड सिस्टम इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग, उत्तेजना और सटीक दवा वितरण की अनुमति देता है, और इसे पहले से ही कई रहनुमा प्रयोगशालाओं6,7,8में सफलतापूर्वक लागू किया जा चुका है।
न्यूरोसाइंस अनुप्रयोगों के साथ नैनोसेंसर9,10 जैसे नाजुक, विशेष सेंसरों की बढ़ती उपलब्धता, नाजुक नैनोस्केल उपकरणों या माइक्रोइलेक्ट्रोड युक्तियों को नुकसान पहुंचाए बिना ड्यूरा मेटर के माध्यम से जांच प्राप्त करने के लिए एक विश्वसनीय विधि की मांग करती है।
हमने एक माइक्रोइंजेक्टेड सिस्टम तैयार किया है जो आसानी से उपलब्ध, कम लागत वाले घटकों का उपयोग करके इन तरीकों के संयोजन की तकनीकी चुनौतियों पर काबू पा लेते हैं, और दो मुख्य कार्यों की सुविधा प्रदान करते हैं: (i) नाजुक प्रयोगात्मक जांच रखने की क्षमता, जैसे कि एक ड्यूरा मेटर और तंत्रिका ऊतक के माध्यम से माइक्रोइलेक्ट्रोड या नैनोसेंसर, किसी भी क्षति से सुरक्षित है। यह कार्यक्षमता लक्षित स्थानों पर प्रायोगिक जांच के प्लेसमेंट की अनुमति देती है, जो तंत्रिका ऊतक के माध्यम से एक गाइड के रूप में कैनुला का उपयोग करके दिया जाता है। (ii) इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी रिकॉर्डिंग और नशीली दवाओं के इंजेक्शन के साथ विद्युत उत्तेजना के संयोजन प्रयोगकरने के लिए माइक्रोइलेक्ट्रोड का उपयोग करने की क्षमता।
हमारी प्रणाली ड्यूरा में प्रवेश करने के लिए एक गाइड ट्यूब का उपयोग करती है, साथ ही एक कैनुला जो दवा वितरण के लिए दोनों कार्य करता है (माइक्रोइन्फ्यूजन के लिए सिस्टम का उपयोग करते समय) और माइक्रोइलेक्ट्रोड या नैनोसेंसर के लिए अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करता है (दोनों ड्यूरा से गुजरते समय और तंत्रिका ऊतक)। इस प्रणाली को आसानी से व्यापक रूप से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध घटकों के साथ बनाया जा सकता है, जो सस्ती और खोजने में आसान हैं। हम एक छोटे व्यास कैनुला (बाहरी व्यास ओडी = 235 माइक्रोन, आंतरिक व्यास आईडी = 108 माइक्रोन) का उपयोग करके प्रवेश क्षति को कम करते हैं।
यहां हम माइक्रोइंजेक्टेड निर्माण और माइक्रोफ्लूइडिक प्रणाली के विन्यास के लिए कदम-दर-कदम निर्देश प्रस्तुत करते हैं। हम माइक्रोइंजेक्टेड के उपयोग के लिए आवश्यक कदमों की व्याख्या करते हैं, या तो स्वतंत्र रूप से या दवा इंजेक्शन के लिए माइक्रोफ्लूइडिक प्रणाली के साथ मिलकर। इसी तरह का दृष्टिकोण किसी भी नाजुक प्रयोगात्मक जांच के साथ लागू किया जा सकता है, जैसे कि नैनोसेंसर9,10। जांच सामने या वापस कैनुला में भरी हुई हो सकता है (डिजाइन के आधार पर), और नुकसान से संरक्षित किया जाएगा जब ड्यूरा और तंत्रिका ऊतक मर्मज्ञ । हम गैर-मानव वानरों के साथ वीवो प्रयोग में से उदाहरण डेटा प्रदान करते हैं, जिसमें हमने विद्युत उत्तेजना करने के लिए टंगस्टन माइक्रोइलेक्ट्रोड का उपयोग किया, और बाद में ललाट नेत्र क्षेत्र (एफईएफ) में मस्सिमोल इंजेक्ट किया, जबकि जानवर ने मेमोरी गाइडेड सैकडे (एमजीएस) कार्य किया।
वर्तमान में एक साथ दवा वितरण और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी करने के लिए कई तरीके उपलब्ध हैं। हमारी प्रणाली का उद्देश्य रिकॉर्डिंग के लिए या तो स्वतंत्र रूप से या दवा इंजेक्शन के संयोजन में उपयोग किया जाना है, और ड्यूरा मेटर और तंत्रिका ऊतक के माध्यम से किसी भी नुकसान से संरक्षित नैनोसेंसर या माइक्रोइलेक्ट्रोड जैसे किसी भी नाजुक प्रयोगात्मक जांच को ठीक से रखने की क्षमता है। सिस्टम नग्न आंखों के साथ दवा जलसेक की मात्रा के सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है (हमारी प्रयोगशाला3में पिछले अध्ययनों में दिखाया गया 17 nL परिशुद्धता)।
दबाव इंजेक्शन के लिए अधिक विशेष प्रणालियां हैं जिनका उपयोग छोटे व्यास12के साथ है । वे प्रणालियां कई रिकॉर्डिंग साइटों के लिए अनुमति देती हैं, लेकिन सिस्टम के नियंत्रण के लिए आवश्यक सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर के जटिल सेटअप में प्रत्येक घटक के लिए उच्च लागत होती है, और प्रयोगात्मक जांच के साथ इंटरफेस करने के लिए कम लचीलापन होता है जो अभी तक बड़े पैमाने पर व्यावसायीकरण नहीं कर ते हैं। इसके अलावा, हमारे इंजेक्टरोड को एक पुरानी प्रत्यारोपण की आवश्यकता नहीं होती है और बहुत अधिक लचीलापन प्रदान करता है: रासायनिक और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल संकेतों को मापने के लिए बायोसेंसर के साथ संगत, और इन प्रतिक्रियाओं पर स्थानीयकृत दवा इन्फ्यूजन के प्रभाव को मापने की क्षमता के साथ दवाओं को भी संक्रमित करने में सक्षम।
डिजाइन प्रायोगिक जांच को ड्यूरा प्रवेश के बाद फैला हुआ होने की अनुमति देता है ताकि जांच की संरचना को नुकसान से बचा जा सके। यह सुविधा डिवाइस की बहुकार्यशीलता के लिए अनुमति देती है, नैनोमीटर-स्केल नैनोसेंसर10जैसे किसी भी प्रयोगात्मक जांच के नुकसान को खतरे में डालने के बिना ड्यूरा में प्रवेश करने के लिए। हालांकि, लंबाई की एक सीमा है जिसे फैलाया जा सकता है, जो फेरूल के मोड़ों की संख्या से प्रतिबंधित हो सकता है, जो मानक फेरूल्स के लिए ~ 1 मिमी तक सीमित है। छोटे कैनुला व्यास (228 माइक्रोन) के कारण न्यूनतम ऊतक क्षति होती है।
प्रयोग में हमने दिखाया, सिस्टम का उपयोग करके बिजली की उत्तेजना या एक्सट्रासेलुलर रिकॉर्डिंग (एकल न्यूरॉन, स्थानीय क्षेत्र क्षमता) के साथ, एफईएफ के रिवर्सेबल निष्क्रियता के लिए मस्सिमोल की नियंत्रित डिलीवरी करने के लिए किया गया था। माइक्रोइलेक्ट्रोड। FEF में इस प्रयोग के लिए निष्क्रियहोने से पहले सैकडे वेक्टर की पुष्टि करने के लिए FEF के माइक्रोस्टिमुलेशन की आवश्यकता होती है, और दवा को रिवर्सिबल एफईएफ निष्क्रियता के दौरान काम करने वाली स्मृति का अध्ययन करने के लिए संचार किया गया था। यह संभावना नहीं है कि दवा इंजेक्शन से पहले और बाद में एक ही अलग एकल न्यूरॉन से एक रिकॉर्डिंग बनाए रखी जा सकती है; हालांकि, हम जलसेक से पहले और बाद में स्थानीय क्षेत्र क्षमता रिकॉर्ड करने में सक्षम थे । यहां, हम इंजेक्शन, रिकॉर्डिंग और विद्युत उत्तेजना के संयोजन का प्रयोग दिखाते हैं।
एक बार यह स्थापित हो जाने के बाद, विधि बहुत विश्वसनीय और मजबूत है। हालांकि, छोटी ट्यूब और बंदरगाहों के भीतर छोटे अणुओं (जैसे, नमक) की वर्षा के कारण, माइक्रोफ्लूइडिक्स को अवरोधों और लीक से मुक्त रखने के लिए प्रत्येक प्रयोग के बाद पूरी तरह से फ्लशिंग की आवश्यकता होती है। पूरे सर्किट की सादगी के कारण, प्रत्येक घटक को आसान समस्या निवारण के लिए स्वतंत्र रूप से प्रतिस्थापित किया जा सकता है।
यद्यपि विधि को एफईएफ क्षेत्र में गैर-मानव रहनुमा में प्रदर्शित किया गया था, सिद्धांत को किसी भी अन्य मस्तिष्क क्षेत्र में लागू किया जा सकता है जहां कृंतक आकार या बड़े की प्रजातियों में विद्युत उत्तेजना, रिकॉर्डिंग और दवा इंजेक्शन के कुछ संयोजन वांछित हैं।
The authors have nothing to disclose.
इस काम को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (एनआईएच) से वित्तपोषण द्वारा समर्थित किया गया था, EY026924 और EY014800 (बीएन के लिए), अनुसंधान से एक अप्रतिबंधित अनुदान अंधापन को रोकने के लिए अनुदान, इंक, ंयूयॉर्क, नेत्र विज्ञान और दृश्य विज्ञान, विश्वविद्यालय के विभाग के लिए हिंदी अनुवाद यूटा के, और स्टार्ट-अप हेनरी सैमुएली स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, इरविन में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग विभाग द्वारा आरई को प्रदान की गई धन। यह विधि डॉ तिरिन मूर की प्रयोगशाला में विकसित एक ऐसी ही विधि की पिछली रिपोर्ट पर आधारित है, जो नूडूस्ट एंड मूर 2011, जर्नल ऑफ न्यूरोसाइंस मेथड्स में प्रकाशित हुई थी। लेखक पांडुलिपि पर अपनी टिप्पणी के लिए डॉ केल्सी क्लार्क का शुक्रिया अदा करते हैं ।
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Ferrule plug | LabSmith | One-Piece Plug (C360-101) for use in any -C360 port | https://products.labsmith.com/one-piece-fitting-plug/#.XNYFl9NKh24 |
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Standard Breadboard | LabSmith | 4" x 6" platform (LS600), with 0.25" hole spacing for mounting fluid circuit | https://products.labsmith.com/standard-breadboard/#.XO8xDdNKh24 |
Sterile saline (sodium chloride) 0.9%. | Baxter | 0.9% Sodium Chloride sterile | Sterile Intravenous Infusion |
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T-junction | LabSmith | Interconnect tee (C360-203) for combining flow streams, for use with 360μm OD capillary tubing | https://products.labsmith.com/interconnect-tee#.XO8z8dNKh24 |