Name: methodology for biomimetic chemical neuromodulation of rat retinas with the neurotransmitter glutamate in vitro
Uploaded: 2017-12-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 56 s
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종이에 표시 하는 작업 했다 국립 과학 재단, 신흥 국경 연구에 의해 지원 되 고 혁신 (NSF EFRI) 프로그램 번호 0938072를 부여. 이 논문의 내용은 전적으로 저자의 책임 하 고 반드시는 NSF의 공식 의견을 대표 하지는 않습니다. 저자는 또한 디자인 하 고 테스트 화학 자극에 대 한 초기 실험 설정 및 씨 Ashwin Raghunathan 설계, 제조, 및 평가에 사용 되는 멀티 포트 미세 장치 그의 작품에 대 한 그의 작품에 대 한 박사 Samsoon Inayat 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는.

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저자는 공개 없다.

여기에 제시 된 방법 어떤 점에서 망막 신경 화학적으로 망막 체 외의 표면으로 네이티브 신경 전달 물질 화학 물질을 주입 하 여 자극 하는 독특한 신경 자극 패러다임을 보여 줍니다. 이 화학 자극 기술은 기존의 전기 자극 기술, 선택도 및 대상 뉴런의 높은 초점 특이성을 포함 하 여 여러 가지 이점을 제공 합니다. 세부 정보 또는 사용자 지정 휘트스톤 멀티 미세 장치 유도 신경 전달 물?...

포토 리셉터 퇴행 성 질환, 망막 화 등 나이 관련 황 반 변성 시력 상실의 상속 가능한 원인을 선도 하 고 현재 불 치1,2. 비록 이러한 질병은 특정 유전자 변이의 다양 한에서 발생, 포토 리셉터 퇴행 성 질환 결국 실명을 일으키는 망막에 포토 리셉터 세포의 진보적인 손실 그룹으로 특징입니다. 망막에 걸쳐 개장 하지만 살아남은 망막 신경 세포, 양극 세포와 RGCs를 포함 하 여 광범위 한 대뇌 트리거의 손실 남아 그대로 포토 리셉터 변성3 의 고급 단계에도 상대적으로 기능 ,45,,67.
기계 장치 그리고 이러한 질병의 병 리 잘 특징된3,,45,,67 하지만 효과적인 치료 하기 어려운 남아 있다. 지난 3 년간 전세계 연구자 포토 리셉터 퇴행 성 질병 유전자 치료8, 줄기 세포 치료9를 포함 하 여 영향을 받는 이들에 게 비전을 복원에 대 한 치료 치료의 다양 한 조사 망막 이식10, 그리고 살아남은 망막 신경 세포의 인공 자극11,12 . 이들의 가장 임상적으로 사용할 수는 전통적으로 전기의 목표와 특정 패턴에 양극 세포 또는 RGCs 자극 전극의 배열 활용 인공 신경 장치는 망막 어 두 음 첨가 환자11인공 시각 인식 만들기 아르고스 II13 알파 IMS14 장치, 등 현재 세대 전기 prostheses 임상 승인을 달성 하 고 그들은 향상 시킬 수 있는 삶의 질 환자에 대 한 복원 하 여 예비 연구 표명를 (망막) 다시 망막 (망막의 앞면) 프런트 및 subretinal를 사용 하 여 비전의 측정 장치15,16이식. 전 세계 연구 단체는 이러한 1 세대 장치17,,1819,20 의 성공 넘어 망막 prostheses 발전에 노력 하지만 직면 전기 족 환자에 게 법적 실명 수준 높은 시력 비전을 복원의 설계는 어려움 최근 연구는를 안전 하 게 자극 큰 전극의 사용을 필요로 달성 공간 해상도 보다 높은 해상도 현재 세대에 의해 활성화 기반 전기 prostheses 충전 주입 제한 때문에 도전 이다, 공간 해상도, 즉 시력11,21비용 하는 망막 신경 또한, 전기 자극은 더 크게 하기 때문에 그것은 본질적으로 부자연 스러운 자극 패러다임21때문에 일반적으로 모든 주변 세포를 자극 하 고 따라서 환자, 부자연 스러운 및 혼란 인식 elicits 제한. 그럼에도 불구 하 고, 전기 자극의 초기 성공 그 인공 신경 포토 리셉터 퇴행 성 질환에 대 한 효과적인 치료 될 수 있다 설명 했다. 이것은 훨씬 더 효과적인 치료는 신경 전달 물질 화학 물질, 화학 시 냅 스에서 통신의 자연 대리인과 망막을 자극 하 여 달성 될 것을 가설을 하나. 이 문서에 소개 된 방법의 목적은 biomimetic 대체 전기 자극으로 망막 신경 세포 간의 시 냅 스 통신의 자연 시스템을 모방 하고자 화학 자극의 치료 가능성을 탐구 하는 대 한 망막 족.
화학적으로 활성화 대상 망막 신경 세포는 미세를 통해 출시 하는 조미료 같은 네이티브 신경 전달 물질의 소량에 의존 하는 화학 망막 족을 치료 화학 자극의 개념의 번역 시각적 자극에 대 한 응답에서 microports의 큰 배열을 구성 하는 장치. 이 방법에서는, 화학 망막 족 본질적으로 생체 모방 인공 포토 리셉터 레이어 자연스럽 게 화학 신호를 망막에 도달 하는 광자를 변환 하는 것입니다. 이러한 화학 신호 정상 망막 신호에서 동일한 신경 전달 물질을 사용 하 여 고 정상 시각 경로, 결과 표시에 사용 되는 동일한 시 냅 스 경로 통해 퇴 화 된 망막의 살아남은 망막 신경 세포를 자극 화학 망막 족을 통해 달성 하는 인식 더 자연스럽 고 이해할 수 있는 전기 족을 통해 갖는 것 비교 될 수 있습니다. 또한, 매우 작고 높은 밀도, 전극, 달리 기준점과는 신경 전달 물질 풀어 microports를 만들 수 있습니다 이후 잠재적인 화학 보 수도 더 초점 자극을 얻을 수 및 높은 공간 해상도 전기 족 보다입니다. 따라서, 이러한 잠재적인 이점을 바탕으로, 화학 망막 족 전기 무생물에 대 한 매우 유망한 대안을 제공 합니다.
그러나 화학 자극은 망막의,는 비교적 작은 탐험 되었습니다 최근까지. 망막의 전기 자극을 잘 작업 에 체 외22,23, vivo에서23,24, 그리고 임상 연구13 년간 특징 되었습니다 동안 ,14, 화학 자극에 대 한 연구는 몇 가지 생체 외에서 작품25,26,,2728에 독점적으로 제한 되었습니다. Iezzi 및 Finlayson26 및 Inayat 외. 27 는 망막에서 생체 외에서 를 사용 하 여 단일 전극과 multielectrode 배열 (MEA), 각각, 망막 신경의 조미료 갖는 응답의 화학 자극을 망막 프런트 시연. 더 최근에, Rountree 외. 28 subretinal 측면과 MEA에서 조미료를 사용 하 여 망막에 여러 사이트에서 신경 응답에 망막 통로의 차동 자극을 시연 했다.비록이 작품은 화학 자극의 타당성 설립 예비는, 더 연구는 많은 조사에 필수적인 측면 그 넘어이 접근의 해결 까지는25,,2627 , 28, 위에서 설명한 대로 화학 망막 족에이 개념을 번역 하기 전에 생체 외에서 그리고 vivo에서 동물 모델에서 치료 자극 매개 변수를 조정 하 고. 그러나, 현재 문학에서 망막의 화학 자극을 달성을 위한 아무 설립된 방법론 이며 이전 작품에 사용 되는 방법을 일차 연구는 필수적인 것으로 상세히에서 설명 하지 되었습니다. 따라서,이 방법 종이 대 한 근거 중 우리의 이전 연구27, 복제에 관심이 그 조사에 대 한 망막의 시험관에 화학 자극을 실시 하기 위한 잘 정의 된 프레임 워크를 제공 하는 것입니다. 28 또는 추가 화학 통제의이 초기 개념 발전.
여기 wholemount 망막 야생-타입 쥐와 밀접 하 게 포토 리셉터 퇴행의 진행을 모방 하는 포토 리셉터 퇴 화 한 쥐 모델에서에서 망막 신경 세포의 체 외에 화학 자극을 실시 하는 방법을 보여 줍니다. 인 간에 있는 질병. 다양 한 자극 매개 변수의 치료 범위를 평가 하 고 것이 불가능 하거나 에서 관찰 하기 어려운 신경 응답 특성을 연구 하는 생체 외에서 모델에이 자극 방법을 개발 뒤에 있는 근거 vivo 모델, 특히 초기 연구 중에 초점을 맞춘이 접근 방법의 타당성을 평가. 이 절차에서 우리는 상업적으로 사용할 수 있는 단일 포트 유리 micropipettes 및 사용자 지정을 통해 대상 망막 신경 근처 1mm 조미료의 소량을 제공 하 여 망막의 단일 사이트와 동시 다중 사이트 화학 stimulations를 보여줍니다. 휘트스톤 다중 포트 미세 장치, 각각. 단일 사이트, 다중 사이트 stimulations 화학 neuromodulation의 치료 타당성 조사의 기본 목적을 수행 하는 동안 각각 독특한 이점을 가진 뚜렷한 목적을 제공 합니다. 단일 사이트 자극, 상용 미리 가져온된 유리 micropipettes 함께 수행할 수 있습니다, 단일 사이트에서 망막의 표면에 직접 화학 물질을 주입 하 사용할 수 있으며 관찰 RGC 스파이크 속도 하는 경우를 조사 하는 역 유사한 시각적으로 갖는 빛 응답 응답 사출 사이트 focally elicited 수 있습니다. 다른 한편으로, 특수 가공된 멀티 미세 장치 필요, 다중 사이트 자극 망막의 표면에 여러 사이트에서 공간적으로 화학 물질을 주입 하는 데 사용할 수 있습니다 하 고 얼마나 잘 조미료 갖는 RCG 조사 하는 역 응답 패턴 패턴 자극 연구에 조미료 주입 패턴에 해당합니다.

<table><tbody><tr><td>Microelectrode array, perforated layout</td><td>Multi Channel Systems, GmbH</td><td>60pMEA200/30iR-Ti-pr</td><td>http://www.multichannelsystems.com/products/microelectrode-arrays/60pmea20030ir-ti</td></tr><tr><td>MEA amplifier</td><td>Multi Channel Systems, GmbH</td><td>MEA1060-Inv</td><td>http://www.multichannelsystems.com/products/mea1060-inv</td></tr><tr><td>Bottom perfusion groundplate for pMEA</td><td>Multi Channel Systems, GmbH</td><td>MEA1060-Inv-(BC)-PGP</td><td>http://www.multichannelsystems.com/products/mea1060-inv-bc-pgp</td></tr><tr><td>3-axis Motorized Micromanipulator</td><td>Sutter Instruments, Novato, CA</td><td>MP-285</td><td>https://www.sutter.com/MICROMANIPULATION/mp285.html</td></tr><tr><td>Micromanipulator Control System</td><td>Sutter Instruments, Novato, CA</td><td>MPC-200</td><td>https://www.sutter.com/MICROMANIPULATION/mpc200.html</td></tr><tr><td>Gantry style micromanipulator stand with linear slide</td><td>Sutter Instruments, Novato, CA</td><td>MT-75/LS</td><td>https://www.sutter.com/STAGES/mt75.html</td></tr><tr><td>8-channel Programmable Multichannel Pressure Injector</td><td>OEM: MicroData Instrument, S. Plainfield, NJ&lt;br/&gt; Vendor: Harvard Apparatus UK</td><td>PM-8000 or PM-8</td><td>OEM: http://www.microdatamdi.com/pm8000.htm&lt;br/&gt; Vendor: https://www.harvardapparatus.co.uk/webapp/wcs/stores/servlet/product_11555_10001_39808_-1&lt;br /&gt;_HAUK_ProductDetail</td></tr><tr><td>Axopatch 200A Integrating Patch Clamp Amplifier</td><td>Molecular Devices, Sunnyvale, CA</td><td>Axopatch 200A</td><td>Axopatch 200A has been replaced with a newer model Axopatch 200B:&lt;br/&gt; https://www.moleculardevices.com/systems/axon-conventional-patch-clamp/axopatch-200b-amplifier</td></tr><tr><td>Patch clamp headstage</td><td>Molecular Devices, Sunnyvale, CA</td><td>CV 201A</td><td>http://mdc.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/16554/~/axopatch-200a%3A-selection-cv-headstage</td></tr><tr><td>Vacuum waste kit</td><td>ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY</td><td>VMK</td><td>http://alascience.com/product/vacuum-waste-kit/</td></tr><tr><td>Pipette holder</td><td>Warner Instruments, Hamden, CT</td><td>QSW-A10P</td><td>https://www.warneronline.com/product_info.cfm?id=915</td></tr><tr><td>Pre-pulled 10 &amp;mu;m tip diameter glass micropipettes</td><td>World Precision Instruments, Sarasota, FL</td><td>TIP10TW1</td><td>https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/make-selection-pre-pulled-glass-pipettes-plain/</td></tr><tr><td>Zoom stereomicroscope</td><td>Nikon, Tokyo, Japan</td><td>SMZ-745T</td><td>https://www.nikoninstruments.com/Products/Stereomicroscopes-and-Macroscopes/Stereomicroscopes/SMZ745</td></tr><tr><td>Microscope boom stand with dual linear ball bearing arm</td><td>Old School Industries, Inc., Dacono, CO</td><td>OS1010H-16BB</td><td>http://www.osi-incorp.com/productdisplay/dual-linear-ball-bearing-arm</td></tr><tr><td>Zoom Stereo Microscope with C-LEDS Hybrid LED Stand</td><td>Nikon, Tokyo, Japan</td><td>SMZ-445</td><td>https://www.nikoninstruments.com/Products/Stereomicroscopes-and-Macroscopes/Stereomicroscopes/SMZ445</td></tr><tr><td>Inverted microscope system</td><td>Nikon, Tokyo, Japan</td><td>Eclipse Ti-E</td><td>https://www.nikoninstruments.com/Products/Inverted-Microscopes/Eclipse-Ti-E</td></tr><tr><td>Ames medium</td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO</td><td>A1420</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a1420</td></tr><tr><td>L-Glutamic Acid (Glutamate)</td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO</td><td>G5667</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/mm/100291</td></tr><tr><td>Sodium bicarbonate</td><td>Sigma-Aldrich, St. Louis, MO</td><td>S8761</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s8761</td></tr><tr><td>60 mm Petri dish (10 mm tall)</td><td>Fischer Scientific, Waltham, MA</td><td>FB0875713A</td><td>60 mm clear petri dish; https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-petri-dishes-clear-lid-12/fb0875713a</td></tr><tr><td>Jewelers #5 Forceps</td><td>World Precision Instruments, Sarasota, FL</td><td>555227F</td><td>https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/555227f-jewelers-5-forceps-11cm-straight-titanium/</td></tr><tr><td>Standard Scalpel Blad #24</td><td>World Precision Instruments, Sarasota, FL</td><td>500247</td><td>https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/500247-standard-scalpel-blade-24/</td></tr><tr><td>Scalpel Handle #4</td><td>World Precision Instruments, Sarasota, FL</td><td>500237</td><td>https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/500237-scalpel-handle-4-14cm/</td></tr><tr><td>Vannas Tubingen Dissection Scissors</td><td>World Precision Instruments, Sarasota, FL</td><td>503378</td><td>https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/503378-vannas-tubingen-scissors-8cm-straight-german-steel/</td></tr><tr><td>Nylon mesh kit</td><td>Warner Instruments, Hamden, CT</td><td>NYL/MESH</td><td>https://www.warneronline.com/product_info.cfm?id=1173</td></tr><tr><td>Harp slice grid</td><td>ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY</td><td>HSG-5AD</td><td>http://alascience.com/product/standard-harp-slice-grids/</td></tr><tr><td>Ag/AgCl reference electrode pellet</td><td>Multi Channel Systems, GmbH</td><td>P1060</td><td>http://www.multichannelsystems.com/products/p1060</td></tr><tr><td>4 Channel Valve Controlled Gravity Perfusion System</td><td>ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY</td><td>VC3-4xG</td><td>http://alascience.com/product/4-channel-valve-controlled-gravity-perfusion-system/</td></tr><tr><td>Zyla 5.5 sCMOS microscope camera</td><td>Andor Technology, Belfast, UK</td><td>Zyla 5.5 sCMOS</td><td>http://www.andor.com/scientific-cameras/neo-and-zyla-scmos-cameras/zyla-55-scmos</td></tr><tr><td>Silver wire (50 &amp;mu;m diameter)</td><td>Fischer Scientific, Waltham, MA</td><td>AA44461G5</td><td>https://www.fishersci.com/shop/products/silver-wire-0-05mm-0-002-in-dia-annealed-99-99-metals-basis-3/aa44461g5</td></tr><tr><td>Tygon microbore tubing (1.6 mm diameter)</td><td>Cole Parmer, Vernon Hills , IL</td><td>EW-06419-01</td><td>https://www.coleparmer.com/i/tygon-microbore-tubing-0-020-x-0-060-od-100-ft-roll/0641901</td></tr><tr><td>Tilting Tool Holder with Steel Cannula</td><td>ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY</td><td>TILTPORT</td><td>One each of these were utilized for top perfusion and suction; http://alascience.com/product/tilting-tool-holder-with-steel-cannula/</td></tr><tr><td>Roscolux #26 Light Red Filter Sheet</td><td>Rosco Laboratories Inc., 52 Harbor View, Stamford, CT</td><td>R2611</td><td>Manufacturer: http://us.rosco.com/en/products/catalog/roscolux&lt;br/&gt; Vendor: https://www.bhphotovideo.com/c/product/43957-REG/Rosco_RS2611_26_Filter_Light.html</td></tr><tr><td>Smith &amp;amp; Wesson Galaxy Red Flashlight</td><td>Smith &amp;amp; Wesson, 2100 Roosevelt Avenue, Springfield, MA</td><td>4588</td><td>Manufacturer: https://www.smith-wesson.com/&lt;br/&gt; Vendor: http://www.mypilotstore.com/mypilotstore/sep/4588</td></tr><tr><td>MC_Rack Software</td><td>Multi Channel Systems, GmbH</td><td>MC_Rack</td><td>http://www.multichannelsystems.com/software/mc-rack</td></tr><tr><td>Labview Software</td><td>National Instruments, Austin, TX</td><td>LabVIEW</td><td>http://www.ni.com/labview/</td></tr><tr><td>NIS-Elements: Basic Research Software</td><td>Nikon, Tokyo, Japan</td><td>NIS-Elements BR</td><td>https://www.nikoninstruments.com/Products/Software/NIS-Elements-Basic-Research</td></tr></tbody></table>

methodology for biomimetic chemical neuromodulation of rat retinas with the neurotransmitter glutamate in vitro

포토 리셉터 퇴행 성 질병 망막에 포토 리셉터 세포의 진보적인 손실 통해 돌이킬 실명을 일으킬. 망막 어 두 음 첨가 인위적으로 환자에 이해할 수 있는 시각적 인식을 도출의 희망에서 살아남은 망막 신경 세포를 자극 하 여 비전을 복원 하는 포토 리셉터 퇴행 성 질환에 대 한 신흥 치료. 현재 망막 prostheses 전기 망막을 자극 하지만 높은 시력, 환자에 게 자연의 비전을 복원에 상당한 물리적 장벽을 얼굴에 전극의 배열 사용 하 여 환자에 게 제한 된 비전을 복원에 성공 설명 했다. 기본 신경 전달 물질을 사용 하 여 화학 신경 biomimetic 전기 대체 자극 이며 전기 통제를 사용 하 여 망막 어 두 음 첨가와 관련 된 근본적인 한계를 우회할 수 있습니다. 특히, 화학 신경은 신경 전달 물질, 망막에서 사용 하는 통신의 같은 자연 대리인의 아주 소량을 주입 하 여 환자에 필적 하거나 더 나은 visual acuities와 더 많은 자연의 비전을 복원 가능성이 있다 화학 synapses 현재 전기 무생물 보다 훨씬 미세한 해상도에. 그러나, 상대적으로 미개척된 자극 패러다임으로 시험관에서망막의 화학 자극을 달성 하기 위한 아무 설립된 프로토콜이입니다. 이 작품의 목적은 망막의 화학 neuromodulation의 잠재적인 또는 이와 유사한 공부 하고자 수 사관에 대 한 망막의 화학 자극을 달성을 위한 구체적인된 프레임 워크를 제공 하는 신경 조직 체 외. 이 작품에서 우리 실험 설치 및 망막 신경 절 세포 (RGC) 스파이크 응답 비슷한 시각적 빛 응답 야생-타입에서 도출을 위한 방법론을 설명 하 고 주입 하 여 포토 리셉터 전락 wholemount 쥐 망막의 볼륨 제어 유리 micropipettes를 사용 하 여 사용자 지정 멀티 미세 장치 subretinal 공간으로 신경 전달 물질 조미료. 이 방법론 및 프로토콜 충분히 일반적인 neuromodulation 다른 신경 전달 물질 또는 다른 신경 조직을 사용 하 여 적용할 수 있습니다.

이 프로토콜 화학적으로 자극 하는 정상, 야생-타입 망막 뿐만 아니라 포토 리셉터를 사용할 수 있는 실질적인 셀룰러 개장은 대뇌의 손실에 의해 발생에 불구 하 고 망막 퇴 화. 전락 중 포토 리셉터와 함께 실험을 시작 하거나 야생-타입 망막, 기록 및 자극 장비 (그림 1 및 그림 2) 필요가 준비 될 및 pMEA (그림 5</...

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Methodology for Biomimetic Chemical Neuromodulation of Rat Retinas with the Neurotransmitter Glutamate In Vitro

이 프로토콜 wholemount 쥐 망막에서 생체 외에서 신경 전달 물질 글루타민 산 염의 화학 신경의 형태를 조사 하는 새로운 방법을 설명 합니다. 화학 신경 망막의 포토 리셉터 퇴행 성 질환으로 인 한 돌이킬 수 없는 실명을 치료에 대 한 기존의 전기 통제에 유망한 대안 이다.

쥐 망막 신경 전달 물질 글루타민 산 염에 체 외에서 의 생체 모방 화학 Neuromodulation 위한 방법론

Photoreceptor degenerative diseases cause irreparable blindness through the progressive loss of photoreceptor cells in the retina. Retinal prostheses are ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Methodology for Biomimetic Chemical Neuromodulation of Rat Retinas with the Neurotransmitter Glutamate In Vitro

7.7K 조회수.  University of Illinois at Chicago. 이 프로토콜 wholemount 쥐 망막에서 생체 외에서 신경 전달 물질 글루타민 산 염의 화학 신경의 형태를 조사 하는 새로운 방법을 설명 합니다. 화학 신경 망막의 포토 리셉터 퇴행 성 질환으로 인 한 돌이킬 수 없는 실명을 치료에 대 한 기존의 전기 통제에 유망한 대안 이다.

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Slow-release Drug Delivery through Elvax 40W to the Rat Retina: Implications for the Treatment of Chronic Conditions

Diseases of the retina are difficult to treat as the retina lies deep within the eye. Invasive methods of drug delivery are often needed to treat these diseases. Chronic retinal diseases such as retinal oedema or neovascularization usually require multiple intraocular injections to effectively treat the condition. However, the risks associated with these injections increase with repeated delivery of the drug. Therefore, alternative delivery methods need to be established in order to minimize the risks of reinjection. Several other investigations have developed methods to deliver drugs over extended time, through materials capable of releasing chemicals slowly into the eye. In this investigation, we outline the use of Elvax 40W, a copolymer resin, to act as a vehicle for drug delivery to the adult rat retina. The resin is made and loaded with the drug. The drug-resin complex is then implanted into the vitreous cavity, where it will slowly release the drug over time. This method was tested using 2-amino-4-phosphonobutyrate (APB), a glutamate analogue that blocks the light response of the retina. It was demonstrated that the APB was slowly released from the resin, and was able to block the retinal response by 7 days after implantation. This indicates that slow-release drug delivery using this copolymer resin is effective for treating the retina, and could be used therapeutically with further testing.

This paper details how Elvax 40W can be used as a slow-release method for drug delivery to the adult rat retina. The protocol for preparing, loading, and delivering the drug-resin complex to the eye is described.

쥐의 망막에 Elvax 40W를 통해 서방 약물 전달 : 만성 질환의 치료를위한 시사점

Diseases of the retina are difficult to treat as the retina lies deep within the eye. Invasive methods of drug delivery are often needed to treat these ...

연구

의학

Immunohistochemical and Calcium Imaging Methods in Wholemount Rat Retina

In this paper we describe the tools, reagents, and the practical steps that are needed for: 1) successful preparation of wholemount retinas for immunohistochemistry and, 2) calcium imaging for the study of voltage gated calcium channel (VGCC) mediated calcium signaling in retinal ganglion cells. The calcium imaging method we describe circumvents issues concerning non-specific loading of displaced amacrine cells in the ganglion cell layer.

Immunohistochemistry protocols are used to study the localization of a specific protein in the retina. Calcium imaging techniques are employed to study calcium dynamics in retinal ganglion cells and their axons.

Wholemount 쥐의 망막에서 면역 조직 화학 및 칼슘 이미징 방법

In this paper we describe the tools, reagents, and the practical steps that are needed for: 1) successful preparation of wholemount retinas for ...

신경과학

Glutamate and Hypoxia as a Stress Model for the Isolated Perfused Vertebrate Retina

Neuroprotection has been a strong field of investigation in ophthalmological research in the past decades and affects diseases such as glaucoma, retinal vascular occlusion, retinal detachment, and diabetic retinopathy. It was the object of this study to introduce a standardized stress model for future preclinical therapeutic testing.
Bovine retinas were prepared and perfused with an oxygen saturated standard solution, and the ERG was recorded. After recording stable b-waves, hypoxia (pure N2) or glutamate stress (250 &#181;m glutamate) was exerted for 45 min. To investigate the effects on photoreceptor function alone, 1 mM aspartate was added to obtain a-waves. ERG-recovery was monitored for 75 min.
For hypoxia, a decrease in a-wave amplitude of 87.0% was noted (p &#60;0.01) after an exposition time of 45 min (decrease of 36.5% after the end of the washout p = 0.03). Additionally, an initial decrease in b-wave amplitudes of 87.23% was recorded, that reached statistical significance (p &#60;0.01, decrease of 25.5% at the end of the washout, p = 0.03).
For 250 &#181;m glutamate, an initial 7.8% reduction of a-wave amplitudes (p &#62;0.05) followed by a reduction of 1.9% (p &#62;0.05). A reduction of 83.7% of b-wave amplitudes (p &#60;0.01) was noted; after a washout of 75 min the reduction was 2.3% (p = 0.62). In this study, a standardized stress model is presented that may be useful to identify possible neuroprotective effects in the future.

With this study, we introduce a standardized stress model for the isolated superfused bovine retina for future preclinical therapeutic testing. The effect of either hypoxia (pure N2) or glutamate stress (250 &#181;M glutamate) on retinal function represented by a- and b-wave amplitudes was evaluated.

고립 된 관류 척추 동물의 망막에 대한 스트레스 모델로 글루타민산과 저산소증

Neuroprotection has been a strong field of investigation in ophthalmological research in the past decades and affects diseases such as glaucoma, retinal ...

Using Enzyme-based Biosensors to Measure Tonic and Phasic Glutamate in Alzheimer's Mouse Models

Neurotransmitter disruption is often a key component of diseases of the central nervous system (CNS), playing a role in the pathology underlying Alzheimer's disease, Parkinson's disease, depression, and anxiety. Traditionally, microdialysis has been the most common (lauded) technique to examine neurotransmitter changes that occur in these disorders. But because microdialysis has the ability to measure slow 1-20 minute changes across large areas of tissue, it has the disadvantage of invasiveness, potentially destroying intrinsic connections within the brain and a slow sampling capability. A relatively newer technique, the microelectrode array (MEA), has numerous advantages for measuring specific neurotransmitter changes within discrete brain regions as they occur, making for a spatially and temporally precise approach. In addition, using MEAs is minimally invasive, allowing for measurement of neurotransmitter alterations in vivo. In our laboratory, we have been specifically interested in changes in the neurotransmitter, glutamate, related to Alzheimer's disease pathology. As such, the method described here has been used to assess potential hippocampal disruptions in glutamate in a transgenic mouse model of Alzheimer's disease. Briefly, the method used involves coating a multi-site microelectrode with an enzyme very selective for the neurotransmitter of interest and using self-referencing sites to subtract out background noise and interferents. After plating and calibration, the MEA can be constructed with a micropipette and lowered into the brain region of interest using a stereotaxic device. Here, the method described involves anesthetizing rTg(TauP301L)4510 mice and using a stereotaxic device to precisely target sub-regions (DG, CA1, and CA3) of the hippocampus.

Here, we describe the setup, software navigation, and data analysis for a spatially and temporally precise method of measuring tonic and phasic extracellular glutamate changes in vivo using enzyme-linked microelectrode arrays (MEA).

효소 기반의 바이오 센서를 사용하면 알츠하이머 병 마우스 모델에서 토닉과 Phasic이 품목을 측정하는

Neurotransmitter disruption is often a key component of diseases of the central nervous system (CNS), playing a role in the pathology underlying ...

Optimized Protocol for Retinal Wholemount Preparation for Imaging and Immunohistochemistry

Working with delicate tissue can be a complicating factor when performing immunohistochemical assessment. Here, we present a method that utilizes a ring-supported hydrophilized PTFE membrane to provide structural support to both living and fixed tissue during immunohistochemical processing, which allows for the use of a variety of protocols that would otherwise cause damage to the tissue. First, this is demonstrated with bolus loading of fluorescent markers into living retinal tissue. This method allows for quick visualization of targeted structures, while the membrane support maintains tissue integrity during the injection and allows for easy transfer of the preparation for further imaging or processing.
Second, a procedure for antibody staining in tissue fixed with carbodiimide is described. Though paraformaldehyde fixation is more common, carbodiimide fixation provides a superior substrate for the visualization of synaptic proteins. A limitation of carbodiimide is that the resulting fixed tissue is relatively fragile; however, this is overcome with the use of the supporting membrane. Retinal tissue is used to demonstrate these techniques, but they may be applied to any fragile tissue.

The protocol described here is for structural assessment of a wholemount retinal preparation. This includes descriptions of tissue dissection, mounting onto a hydrophilized polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane insert, bolus loading with fluorescent markers, and a comparison of fixation with carbodiimide and paraformaldehyde for immunohistochemical analysis of cellular and synaptic components.

이미징 및 면역 조직 화학에 대한 망막 Wholemount 준비를 위해 최적화 된 프로토콜

Working with delicate tissue can be a complicating factor when performing immunohistochemical assessment. Here, we present a method that utilizes a ...

생물학

Quantifying Spontaneous Ca2+ Fluxes and their Downstream Effects in Primary Mouse Midbrain Neurons

Parkinson&#8217;s disease (PD) is a devastating neurodegenerative disorder caused by the degeneration of dopaminergic (DA) neurons. Excessive Ca2+ influx due to the abnormal activation of glutamate receptors results in DA excitotoxicity and has been identified as an important mechanism for DA neuron loss. In this study, we isolate, dissociate, and culture midbrain neurons from the mouse ventral mesencephalon (VM) of ED14 mouse embryos. We then infect the long-term primary mouse midbrain cultures with an adeno-associated virus (AAV) expressing a genetically encoded calcium indicator, GCaMP6f under control of the human neuron-specific synapsin promoter, hSyn. Using live confocal imaging, we show that cultured mouse midbrain neurons display spontaneous Ca2+ fluxes detected by AAV-hSyn-GCaMP6f. Bath application of glutamate to midbrain cultures causes abnormal elevations in intracellular Ca2+ within neurons and this is accompanied by caspase-3 activation in DA neurons, as demonstrated by immunostaining. The techniques to identify glutamate-mediated apoptosis in primary mouse DA neurons have important applications for the high content screening of drugs that preserve DA neuron health.

Quantifying Spontaneous Ca2+ Fluxes and their Downstream Effects in Primary Mouse Midbrain Neurons

Here we present a protocol to measure in vitro Ca2+ fluxes in midbrain neurons and their downstream effects on caspase-3 using primary mouse midbrain cultures. This model can be employed to study pathophysiologic changes related to abnormal Ca2+ activity in midbrain neurons, and to screen novel therapeutics for anti-apoptotic properties.

기본 마우스 중뇌 뉴런에서 자발적인 Ca2+ 플럭스와 다운스트림 효과를 정량화

Parkinson&#8217;s disease (PD) is a devastating neurodegenerative disorder caused by the degeneration of dopaminergic (DA) neurons. Excessive Ca2+ influx ...

Transpupillary Two-Photon In Vivo Imaging of the Mouse Retina

The retina transforms light signals from the environment into electrical signals that are propagated to the brain. Diseases of the retina are prevalent and cause visual impairment and blindness. Understanding how such diseases progress is critical to formulating new treatments. In vivo&#160;microscopy in animal models of disease is a powerful tool for understanding neurodegeneration and has led to important progress towards treatments of conditions ranging from Alzheimer&#39;s disease to stroke. Given that the retina is the only central nervous system structure inherently accessible by optical approaches, it naturally lends itself towards in vivo imaging. However, the native optics of the lens and cornea present some challenges for effective imaging access.
This protocol outlines methods for in vivo two-photon imaging of cellular cohorts and structures in the mouse retina at cellular resolution, applicable for both acute- and chronic-duration imaging experiments. It presents examples of retinal ganglion cell (RGC), amacrine cell, microglial, and vascular imaging using a suite of labeling techniques including adeno-associated virus (AAV) vectors, transgenic mice, and inorganic dyes. Importantly, these techniques extend to all cell types of the retina, and suggested methods for accessing other cellular populations of interest are described. Also detailed are example strategies for manual image postprocessing for display and quantification. These techniques are directly applicable to studies of retinal function in health and disease.

In vivo imaging is a powerful tool for the study of biology in health and disease. This protocol describes transpupillary imaging of the mouse retina with a standard two-photon microscope. It also demonstrates different in vivoimaging methods to fluorescently label multiple cellular cohorts of the retina.

경동공 이광자 마우스 망막의 생체 내 이미징

The retina transforms light signals from the environment into electrical signals that are propagated to the brain. Diseases of the retina are prevalent ...

Optimizing the Setup and Conditions for Ex Vivo Electroretinogram to Study Retina Function in Small and Large Eyes

Measurements of retinal neuronal light responses are critical to investigating the physiology of the healthy retina, determining pathological changes in retinal diseases, and testing therapeutic interventions. The ex vivo electroretinogram (ERG) allows the quantification of contributions from individual cell types in the isolated retina by addition of specific pharmacological agents and evaluation of tissue-intrinsic changes independently of systemic influences. Retinal light responses can be measured using a specialized ex vivo ERG specimen holder and recording setup, modified from existing patch clamp or microelectrode array equipment. Particularly, the study of ON-bipolar cells, but also of photoreceptors, has been hampered by the slow but progressive decline of light responses in the ex vivo ERG over time. Increased perfusion speed and adjustment of the perfusate temperature improve ex vivo retinal function and maximize response amplitude and stability. The ex vivo ERG uniquely allows the study of individual retinal neuronal cell types. In addition, improvements to maximize response amplitudes and stability allow the investigation of light responses in retina samples from large animals, as well as human donor eyes, making the ex vivo ERG a valuable addition to the repertoire of techniques used to investigate retinal function.

Optimizing the Setup and Conditions for Ex Vivo Electroretinogram to Study Retina Function in Small and Large Eyes

Modification of existing multielectrode array or patch clamp equipment makes the ex vivo electroretinogram more widely accessible. Improved methods to record and maintain ex vivo light responses facilitate the study of photoreceptor and ON-bipolar cell function in the healthy retina, animal models of eye diseases, and human donor retinas.

작고 큰 눈의 망막 기능을 연구하기 위해 생체 외 망막 전도의 설정 및 조건 최적화

Measurements of retinal neuronal light responses are critical to investigating the physiology of the healthy retina, determining pathological changes in ...

망막 신경절 세포층에서의 칼슘 활성 평가

Calcium Imaging In Electrically Stimulated Flat-Mounted Retinas

Retinal dystrophies are a leading cause of blindness worldwide. Extensive efforts are underway to develop advanced retinal prostheses that can bypass the impaired light-sensing photoreceptor cells in the degenerated retina, aiming to partially restore vision by inducing visual percepts. One common avenue of investigation involves the design and production of implantable devices with a flexible physical structure, housing a high number of electrodes. This enables the efficient and precise generation of visual percepts. However, with each technological advancement, there arises a need for a reliable and manageable ex vivo method to verify the functionality of the device before progressing to in vivo experiments, where factors beyond the device's performance come into play. This article presents a comprehensive protocol for studying calcium activity in the retinal ganglion cell layer (GCL) following electrical stimulation. Specifically, the following steps are outlined: (1) fluorescently labeling the rat retina using genetically encoded calcium indicators, (2) capturing the fluorescence signal using an inverted fluorescence microscope while applying distinct patterns of electrical stimulation, and (3) extracting and analyzing the calcium traces from individual cells within the GCL. By following this procedure, researchers can efficiently test new stimulation protocols prior to conducting in vivo experiments.

저자 스포트라이트: 칼슘 이미징을 사용한 신경 전기 자극에 대한 혁신적인 접근 방식 

Retinal prostheses have the ability to generate visual perceptions. To advance the development of new prostheses, ex vivo methods are needed to test devices before implantation. This article provides a comprehensive protocol for studying calcium activity in the retinal ganglion cell layer when subjected to electrical stimulation.

전기적으로 자극된 평판 장착 망막의 칼슘 이미징

Retinal dystrophies are a leading cause of blindness worldwide. Extensive efforts are underway to develop advanced retinal prostheses that can bypass the ...

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요약

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전기적으로 자극된 평판 장착 망막의 칼슘 이미징

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