Name: methodology for biomimetic chemical neuromodulation of rat retinas with the neurotransmitter glutamate in vitro
Uploaded: 2017-12-19T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Methodology for Biomimetic Chemical Neuromodulation of Rat Retinas with the Neurotransmitter Glutamate In Vitro at JoVE.com

Arbeidet presentert i papir ble støttet av National Science Foundation, nye grenser i forskning og innovasjon (NSF-EFRI) programmet gi nummer 0938072. Innholdet i notatet ansvar forfattere og representerer ikke nødvendigvis den offisielle synet til NSF. Forfatterne også ønsker å takke Dr. Samsoon Inayat for sitt arbeid utformet og testet det opprinnelige eksperimentelle oppsettet for kjemiske stimulering og Mr. Ashwin Raghunathan for sitt arbeid design, fabrikasjon og evaluere multiport microfluidic enheten brukes i Denne studien.

Alle dyreforsøk ble utført i samsvar med retningslinjene skissert av National Research Council's Guide og bruk av forsøksdyr. Dyr håndtering og euthanasia protokoller blir gjennomgått og godkjent av institusjonelle Animal Care og bruk Committee (IACUC) av University of Illinois i Chicago.
1. dyremodeller
<ol>
	<li>Vill-type lang-Evans rotter
	<ol>
		<li>Skaffe en 24-32 dag gammel vill-type lang Evans Hooded rotte av begge kjønn reist med en standard 12t dag/natt rytme....

<ol>
	<li>Pascolini, D., Mariotti, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+estimates+of+visual+impairment:+2010.">Global estimates of visual impairment: 2010.</a> Br J Ophthalmol. , (2011).</li><li>Fritsche, L. G., Fariss, R. N., Stambolian, D., Abecasis, G. R., Curcio, C. A., Swaroop, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-Related+Macular+Degeneration:+Genetics+and+Biology+Coming+Together.">Age-Related Macular Degeneration: Genetics and Biology Coming Together.</a> Annu Rev Genomics Hum Genet. 15, 151-171 (2014).</li><li>Marc, R. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+reprogramming+in+retinal+degeneration.">Neural reprogramming in retinal degeneration.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 48, 3364-3371 (2007).</li><li>Jones, B. W., Kondo, M., Terasaki, H., Lin, Y., McCall, M., Marc, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinal+remodeling.">Retinal remodeling.</a> Jpn J Ophthalmol. 56, 289-306 (2012).</li><li>Soto, F., Kerschensteiner, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synaptic+remodeling+of+neuronal+circuits+in+early+retinal+degeneration.">Synaptic remodeling of neuronal circuits in early retinal degeneration.</a> Front Cell Neurosci. 9, (2015).</li><li>Trenholm, S., Awatramani, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Origins+of+spontaneous+activity+in+the+degenerating+retina.">Origins of spontaneous activity in the degenerating retina.</a> Front Cell Neurosci. 9, (2015).</li><li>Euler, T., Schubert, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+Independent+Oscillatory+Networks+in+the+Degenerating+Retina.">Multiple Independent Oscillatory Networks in the Degenerating Retina.</a> Front Cell Neurosci. 9, (2015).</li><li>Boye, S. E., Boye, S. L., Lewin, A. S., Hauswirth, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Comprehensive+Review+of+Retinal+Gene+Therapy.">A Comprehensive Review of Retinal Gene Therapy.</a> Mol Ther. 21, 509-519 (2013).</li><li>Schwartz, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+embryonic+stem+cell-derived+retinal+pigment+epithelium+in+patients+with+age-related+macular+degeneration+and+Stargardt's+macular+dystrophy:+follow-up+of+two+open-label+phase+1/2+studies.">Human embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelium in patients with age-related macular degeneration and Stargardt's macular dystrophy: follow-up of two open-label phase 1/2 studies.</a> The Lancet. 385, 509-516 (2015).</li><li>Reh, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoreceptor+Transplantation+in+Late+Stage+Retinal+Degeneration.">Photoreceptor Transplantation in Late Stage Retinal Degeneration.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 57, (2016).</li><li>Zrenner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fighting+blindness+with+microelectronics.">Fighting blindness with microelectronics.</a> Sci Transl Med. 5, (2013).</li><li>Humayun, M. S., de Juan, E., Dagnelie, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Bionic+Eye:+A+Quarter+Century+of+Retinal+Prosthesis+Research+and+Development.">The Bionic Eye: A Quarter Century of Retinal Prosthesis Research and Development.</a> Ophthalmol. 123, S89-S97 (2016).</li><li>Cruz, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Argus+II+epiretinal+prosthesis+system+allows+letter+and+word+reading+and+long-term+function+in+patients+with+profound+vision+loss.">The Argus II epiretinal prosthesis system allows letter and word reading and long-term function in patients with profound vision loss.</a> Br J Ophthalmol. 97, 632-636 (2013).</li><li>Zrenner, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subretinal+electronic+chips+allow+blind+patients+to+read+letters+and+combine+them+to+words.">Subretinal electronic chips allow blind patients to read letters and combine them to words.</a> P R Soc B. 278, 1489-1497 (2011).</li><li>Stronks, H. C., Dagnelie, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+functional+performance+of+the+Argus+II+retinal+prosthesis.">The functional performance of the Argus II retinal prosthesis.</a> Expert Rev Med Devices. 11, 23-30 (2014).</li><li>Stingl, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+vision+with+wirelessly+powered+subretinal+electronic+implant+alpha-IMS.">Artificial vision with wirelessly powered subretinal electronic implant alpha-IMS.</a> P R Soc B. 280, (2013).</li><li>Rizzo, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Update+on+retinal+prosthetic+research:+the+Boston+Retinal+Implant+Project.">Update on retinal prosthetic research: the Boston Retinal Implant Project.</a> J Neuroophthalmol. 31, 160-168 (2011).</li><li>Ayton, L. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First-in-Human+Trial+of+a+Novel+Suprachoroidal+Retinal+Prosthesis.">First-in-Human Trial of a Novel Suprachoroidal Retinal Prosthesis.</a> PLoS ONE. 9, e115239 (2014).</li><li>Chuang, A. T., Margo, C. E., Greenberg, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinal+implants:+a+systematic+review.">Retinal implants: a systematic review.</a> Br J Ophthalmol. 98, 852-856 (2014).</li><li>Cai, C., Twyford, P., Fried, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+response+of+retinal+neurons+to+high-frequency+stimulation.">The response of retinal neurons to high-frequency stimulation.</a> J Neural Eng. 10, 036009 (2013).</li><li>Eiber, C. D., Lovell, N. H., Suaning, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Attaining+higher+resolution+visual+prosthetics:+a+review+of+the+factors+and+limitations.">Attaining higher resolution visual prosthetics: a review of the factors and limitations.</a> J Neural Eng. 10, 011002 (2013).</li><li>Humayun, M., Propst, R., de Juan, E., McCormick, K., Hickingbotham, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bipolar+surface+electrical+stimulation+of+the+vertebrate+retina.">Bipolar surface electrical stimulation of the vertebrate retina.</a> Arch Ophthalmol. 112, 110-116 (1994).</li><li>Zrenner, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Can+subretinal+microphotodiodes+successfully+replace+degenerated+photoreceptors?.">Can subretinal microphotodiodes successfully replace degenerated photoreceptors?.</a> Vision Res. 39, 2555-2567 (1999).</li><li>Majji, A. B., Humayun, M. S., Weiland, J. D., Suzuki, S., D'Anna, S. A., de Juan, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Term+Histological+and+Electrophysiological+Results+of+an+Inactive+Epiretinal+Electrode+Array+Implantation+in+Dogs.">Long-Term Histological and Electrophysiological Results of an Inactive Epiretinal Electrode Array Implantation in Dogs.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 40, 2073-2081 (1999).</li><li>Peterman, M. C., Noolandi, J., Blumenkranz, M. S., Fishman, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localized+chemical+release+from+an+artificial+synapse+chip.">Localized chemical release from an artificial synapse chip.</a> PNAS. 101, 9951-9954 (2004).</li><li>Finlayson, P. G., Iezzi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glutamate+stimulation+of+retinal+ganglion+cells+in+normal+and+s334ter-4+rat+retinas:+a+candidate+for+a+neurotransmitter-based+retinal+prosthesis.">Glutamate stimulation of retinal ganglion cells in normal and s334ter-4 rat retinas: a candidate for a neurotransmitter-based retinal prosthesis.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 51, 3619-3628 (2010).</li><li>Inayat, S., Rountree, C. M., Troy, J. B., Saggere, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+stimulation+of+rat+retinal+neurons:+feasibility+of+an+epiretinal+neurotransmitter-based+prosthesis.">Chemical stimulation of rat retinal neurons: feasibility of an epiretinal neurotransmitter-based prosthesis.</a> J Neural Eng. 12, 016010 (2015).</li><li>Rountree, C. M., Inayat, S., Troy, J. B., Saggere, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+stimulation+of+the+retina+with+subretinally+injected+exogenous+neurotransmitter:+A+biomimetic+alternative+to+electrical+stimulation.">Differential stimulation of the retina with subretinally injected exogenous neurotransmitter: A biomimetic alternative to electrical stimulation.</a> Sci Rep. 6, 38505 (2016).</li><li>Ray, A., Sun, G. J., Chan, L., Grzywacz, N. M., Weiland, J., Lee, E. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+alterations+in+retinal+neurons+in+the+S334ter-line3+transgenic+rat.">Morphological alterations in retinal neurons in the S334ter-line3 transgenic rat.</a> Cell Tissue Res. 339, 481-491 (2010).</li><li>Martinez-Navarrete, G., Seiler, M. J., Aramant, R. B., Fernandez-Sanchez, L., Pinilla, I., Cuenca, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinal+degeneration+in+two+lines+of+transgenic+S334ter+rats.">Retinal degeneration in two lines of transgenic S334ter rats.</a> Exp Eye Res. 92, 227-237 (2011).</li><li>. Sigma Aldrich Ames Medium Product Information Sheet Available from: <a target="_blank" href="https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/Sigma/Product_Information_Sheet/1/a1420pis.pdf">https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/Sigma/Product_Information_Sheet/1/a1420pis.pdf</a> (2017)</li><li>Reinhard, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Step-By-Step+instructions+for+retina+recordings+with+perforated+multi+electrode+arrays.">Step-By-Step instructions for retina recordings with perforated multi electrode arrays.</a> PLoS ONE. 9, e106148 (2014).</li><li>Izumi, Y., Kirby, C. O., Benz, A. M., Olney, J. W., Zorumski, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=M&#252;ller+cell+swelling,+glutamate+uptake,+and+excitotoxic+neurodegeneration+in+the+isolated+rat+retina.">M&#252;ller cell swelling, glutamate uptake, and excitotoxic neurodegeneration in the isolated rat retina.</a> Glia. 25, 379-389 (1999).</li><li>Tunnicliff, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glutamate+uptake+by+chick+retina.">Glutamate uptake by chick retina.</a> Biochem J. 150, 297-299 (1975).</li><li>Schwartz, E. A., Tachibana, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiology+of+glutamate+and+sodium+co-transport+in+a+glial+cell+of+the+salamander+retina.">Electrophysiology of glutamate and sodium co-transport in a glial cell of the salamander retina.</a> J Physiol (Lond). 426, 43-80 (1990).</li><li>Muller, A., Maurin, L., Bonne, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Free+radicals+and+glutamate+uptake+in+the+retina.">Free radicals and glutamate uptake in the retina.</a> Gen Pharmacol- Vasc S. 30, 315-318 (1998).</li><li>Dhingra, N. K., Kao, Y. -. H., Sterling, P., Smith, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contrast+threshold+of+a+brisk-transient+ganglion+cell+in+vitro.">Contrast threshold of a brisk-transient ganglion cell in vitro.</a> J of Neurophysiol. 89, 2360-2369 (2003).</li><li>Ahlers, M. T., Ammerm&#252;ller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+system+for+precise+temperature+control+of+isolated+nervous+tissue+under+optical+access:+Application+to+multi-electrode+recordings.">A system for precise temperature control of isolated nervous tissue under optical access: Application to multi-electrode recordings.</a> J of Neurosci Methods. 219, 83-91 (2013).</li><li>Feke, G. T., Tagawa, H., Deupree, D. M., Goger, D. G., Sebag, J., Weiter, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blood+flow+in+the+normal+human+retina.">Blood flow in the normal human retina.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 30, 58-65 (1989).</li><li>Purves, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Retina.">The Retina.</a> Neuroscience. , (2001).</li></ol>

Metoden som presenteres her viser en unik nevrale stimulering paradigme, der netthinnen neurons kjemisk stimulert av injisere innfødt nevrotransmitter kjemikalier i undergrunnen av netthinnen i vitro. Denne kjemiske stimulering teknikken tilbyr flere fordeler over konvensjonell elektrisk stimulering teknikken, inkludert selektivitet og høy fokus spesifisitet av målet neurons. Protokollen over detaljer hvor liten volum pneumatiske injeksjoner av signalstoffet glutamat levert nær målet retinal neurons bruker ...

Photoreceptor degenerative sykdommer, for eksempel retinitis pigmentosa og aldersrelatert makuladegenerasjon, er viktigste arvbare årsakene til synstap og er for tiden uhelbredelig1,2. Selv om disse sykdommer oppstår fra en rekke spesifikke genetiske mutasjoner, kjennetegnes photoreceptor degenerative sykdommer som en gruppe av progressiv tap photoreceptor cellene i netthinnen, som til slutt fører til blindhet. Tap av fotoreseptorer utløsere utbredt remodeling gjennom netthinnen men gjenlevende retinal neurons, inkludert bipolar celler og RGCs, fortsatt intakt og relativt funksjonelle i avanserte stadier av photoreceptor degenerasjon3 ,4,5,6,7.
Mekanismer og patologi av disse sykdommene har vært godt preget3,4,5,6,7 men en effektiv behandling fortsatt er unnvikende. De siste tre tiårene, har forskere verden over undersøkt en rekke terapeutiske behandlinger for å gjenopprette visjon til de berørte med photoreceptor degenerative sykdommer inkludert gene terapi8, stilk cellen behandling9, netthinnen transplantasjon10og kunstig stimulering11,12 av de overlevende retinal nervecellene. Av disse er mest klinisk tilgjengelig netthinnen proteser, som er kunstige neurostimulation enheter som tradisjonelt har benyttet en rekke elektroder å stimulere elektrisk enten bipolar celler eller RGCs i bestemte mønstre med mål om å skape kunstige visuelle oppfatninger i pasienter11. Dagens generasjon elektrisk proteser, som Argus II13 og Alpha-IMS14 enheter, har oppnådd klinisk godkjenning og Foreløpige undersøkelser har vist at de kan forbedre livskvaliteten for pasienter ved å gjenopprette en mål visjon med både epiretinal (foran på netthinnen) og subretinal (bak netthinnen) implantert enheter15,16. Forskningsgrupper verden arbeider på fremmarsj retinal proteser utover at disse første generasjon enheter17,18,19,20 men har møtt vanskeligheter utforme en elektrisk protesen kan gjenopprette høy skarphet visjon toppnivå juridiske blindhet pasienter. Nyere studier har vist at oppnå høyere romlig oppløsning enn aktiveres av dagens generasjon elektrisk-baserte protesene er utfordrende på grunn av injeksjon oppkrevingsgrense, som nødvendiggjør bruk av store elektroder å trygt stimulere netthinnen neurons på bekostning av romlig oppløsning, dvs synsskarphet11,21. Videre elektrisk stimulering er ytterligere begrenset fordi det vanligvis stimulerer alle nærliggende celler og derfor utløser unaturlig og forvirrende oppfatninger hos pasienter, hovedsakelig fordi det er en iboende unaturlig stimulering paradigme21. Likevel har elektrisk stimulering tidlige suksesser vist at kunstig neurostimulation kan være en effektiv behandling for photoreceptor degenerative sykdommer. Dette fører en til hypothesize at en enda mer effektiv behandling kan være oppnåelig ved å stimulere netthinnen nevrotransmitter kjemikalier naturlig agenter for kommunikasjon på kjemiske synapser. Formålet med metoden presentert i denne utredningen er å utforske terapeutiske muligheten for kjemiske stimulering, som søker å etterligne naturlig systemet synaptic kommunikasjon mellom retinal neurons, som en biomimetic alternativ til elektrisk stimulering for en netthinnen protese.
Oversettelse av begrepet terapeutisk kjemisk stimulans til en kjemisk retinal protese er avhengig av kjemisk aktivere målet retinal neurons med små mengder av innfødte signalstoffer, som glutamat, gjennom en microfluidic enhet som består av et stort utvalg av microports svar på visuell stimulering. På denne måten vil en kjemisk retinal protese i hovedsak være et biomimetic kunstig photoreceptor lag som oversetter fotoner naturlig nå netthinnen til kjemiske signaler. Siden disse kjemiske signalene bruker samme signalstoffer benyttes i vanlig retinal signalering og stimulere overlevende retinal nervecellene i en degenerert netthinnen gjennom samme synaptic veier brukt av normalt syn veier, den resulterende visuelle persepsjon gjennom en kjemisk retinal protese kan være mer naturlig og forståelig sammenlignet med en fremkalt gjennom en elektrisk protese. Videre, siden microports som utgis nevrotransmittere kan gjøres svært små og plassert i høye befolkningstetthet, i motsetning til elektrodene, en potensiell kjemisk protese kan være dugelig å oppnå mer fokal stimulering og høyere romlige oppløsning enn en elektrisk protese. Således, basert på disse potensielle fordeler, en kjemisk retinal protese tilbyr en lovende alternativ til elektriske proteser.
Kjemisk stimulering av netthinnen, men er relativt lite utforsket inntil nylig. Mens elektrisk stimulering av netthinnen har vært godt preget over tiår med arbeid i vitro22,23, i vivo23,24og kliniske studier13 ,14, studier av kjemiske stimulering har vært begrenset til noen i vitro arbeider25,26,27,28. Iezzi og Finlayson26 og Inayat et al. 27 vist epiretinal kjemiske stimulering av netthinnen i vitro med en enkelt elektronen og et multielectrode utvalg (MEA), henholdsvis, registrere glutamat utløste svarene på netthinnen neurons. Flere nylig, Rountree et al. 28 vist differensial stimulering av av og på netthinnen veier med glutamat fra subretinal siden og en MEA registrere neuronal svarene fra flere områder på netthinnen.Selv om disse verkene har foreløpig etablert muligheten for kjemiske stimulering, videre studier er nødvendig å undersøke mange aspekter av denne tilnærmingen utover de adressert hittil25,26,27 , 28og finjustere terapeutiske stimulering parameterne i både i vitro og vivo dyremodeller før oversette dette konseptet til en kjemisk retinal protese som beskrevet ovenfor. Men for øyeblikket er det ingen etablert metode for å utføre kjemisk stimulering av netthinnen i litteratur og metodene som brukes i tidligere verk har ikke blitt beskrevet i slike detaljer som vil være viktig for replicative studier. Derfor er begrunnelsen for notatet metoder å gi et godt definert rammeverk for å gjennomføre i vitro kjemiske stimulering av netthinnen for disse etterforskere interessert i enten replikere våre tidligere studier27, 28 eller ytterligere fremme dette begynnende begrepet kjemiske neurostimulation.
Her viser vi en metode for å gjennomføre i vitro kjemiske stimulering av netthinnen nerveceller i wholemount Netthinne av vill-type rotter og en photoreceptor degenerert rotte modell som nærmere etterligner progresjon av photoreceptor degenerative sykdommer hos mennesker. Begrunnelsen bak utvikle denne stimulering metoden i vitro modeller er å evaluere de terapeutiske områdene med ulike stimulering parametere og studere nevrale respons egenskaper som er umulig eller vanskelig å i vivo modeller, spesielt i de første studiene fokusert på å vurdere muligheten for denne tilnærmingen. Her viser vi både ett område og samtidige multi-site kjemiske stimulations av Netthinne ved å levere små mengder 1 mM glutamat nær målet retinal neurons via kommersielt tilgjengelig én port glass Mikropipetter og en tilpasset micromachined flere porter microfluidic enhet, henholdsvis. Mens både single- og multi-område stimulations oppnå det grunnleggende målet for å undersøke terapeutiske muligheten av kjemiske neuromodulation, har hver en distinkt formål med en unik fordel. Ett område stimulering, som kan oppnås med kommersielt tilgjengelig pre trakk glass Mikropipetter, kan brukes til å injisere kjemikalier direkte i undergrunnen av netthinnen på ett enkelt sted og tjener til å undersøke om observerbare RGC pigg rate svar som ligner på visuelt vakte lys svar brakt frem focally under injeksjonsstedet. På den annen side, multi-site stimulering, som krever en spesielt fabrikkerte multiport microfluidic enhet, kan brukes til å injisere kjemikalier romlig på flere nettsteder over overflaten av netthinnen og tjener til å undersøke hvor godt glutamat-utløste RCG reaksjonsmønster tilsvarer glutamat injeksjon mønstre i mønster stimulering studier.

<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 
			Vendor: Harvard Apparatus UK</td>
			<td>PM-8000 or PM-8</td>
			<td>OEM: http://www.microdatamdi.com/pm8000.htm 
			Vendor: https://www.harvardapparatus.co.uk/webapp/wcs/stores/servlet/product_11555_10001_39808_-1_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: 
			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 &#956;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 &#956;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 
			Vendor: https://www.bhphotovideo.com/c/product/43957-REG/Rosco_RS2611_26_Filter_Light.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smith &#38; Wesson Galaxy Red Flashlight</td>
			<td>Smith &#38; Wesson, 2100 Roosevelt Avenue, Springfield, MA</td>
			<td>4588</td>
			<td>Manufacturer: https://www.smith-wesson.com/ 
			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

Photoreceptor degenerative sykdommer forårsake uopprettelig blindhet gjennom progressiv tap av photoreceptor celler i netthinnen. Netthinnen protesene er en ny behandling for photoreceptor degenerative sykdommer som søker å gjenopprette visjon ved kunstig stimulere overlevende retinal neurons i håp om å fremlokkende forståelig visuell persepsjon hos pasienter. Gjeldende retinal proteser vist suksess i gjenopprette begrenset visjon til pasienter som bruker en rekke elektroder elektrisk stimulere netthinnen men møte store fysiske barrierer i å gjenopprette høy skarphet, naturlige visjon pasienter. Kjemisk neurostimulation bruke native nevrotransmittere er en biomimetic alternativ til elektrisk stimulering og kunne omgå grunnleggende begrensningene knyttet til netthinnen proteser bruker elektrisk neurostimulation. Spesielt har kjemiske neurostimulation potensial til å gjenopprette mer naturlig visjon med tilsvarende eller bedre visual acuities til pasienter ved å injisere svært små mengder av nevrotransmittere, samme naturlig agenter for kommunikasjon brukt av retinal kjemisk synapser, med mye finere oppløsning enn gjeldende elektrisk proteser. Men som en relativt uutforsket stimulering paradigme er det ingen etablert protokoll for å oppnå kjemiske stimulering av netthinnen i vitro. Formålet med dette arbeidet er å gi et detaljert rammeverk for å utføre kjemisk stimulering av netthinnen for etterforskerne som ønsker å studere potensial av kjemiske neuromodulation av netthinnen eller lignende nevrale vev i vitro. I dette arbeidet, beskriver vi eksperimentelle oppsett og metodikk for fremlokkende retinal ganglion celle (RGC) spike svar lik visuelle lys svar i vill-type og photoreceptor-utartet wholemount rotten Netthinne ved å injisere kontrollerte mengder signalstoffet glutamat i subretinal plass med glass Mikropipetter og en egendefinert multiport microfluidic. Denne metodikken og protokollen er generelle nok å være tilpasset neuromodulation andre nevrotransmittere, eller med andre nevrale vev.

Denne protokollen kan brukes å kjemisk stimulere både normale, vill-type Netthinne samt photoreceptor utartet netthinne, til tross for betydelige mobilnettet remodeling forårsaket av tap av fotoreseptorer. Før begynner eksperimenter med enten photoreceptor utartet eller vill-type netthinne, opptak og stimulering utstyr (figur 1 og figur 2) måtte være klargjort og pMEA (figur 5) burde være rens...

Watch this Scientific Journal Video about Methodology for Biomimetic Chemical Neuromodulation of Rat Retinas with the Neurotransmitter Glutamate In Vitro at JoVE.com

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

Denne protokollen beskriver en ny metode for å undersøke en form for kjemisk neurostimulation wholemount rotten Netthinne i vitro med signalstoffet glutamat. Kjemisk neurostimulation er et lovende alternativ til den konvensjonelle elektrisk neurostimulation retinal neurons for behandling av irreversible blindhet forårsaket av photoreceptor degenerative sykdommer.

Metodikk for Biomimetic kjemiske Neuromodulation av rotte Netthinne med signalstoffet glutamat In Vitro

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

Microfluidic Device for Recreating a Tumor Microenvironment in Vitro

We have developed a microfluidic device that mimics the delivery and systemic clearance of drugs to heterogeneous three-dimensional tumor tissues in ...

In vitro Cell Culture Model for Toxic Inhaled Chemical Testing

In vitro Cell Culture Model for Toxic Inhaled Chemical Testing

In vitro Cell Culture Model for Toxic Inhalert Chemical Testing

Cell cultures are indispensable to develop and study efficacy of therapeutic agents, prior to their use in animal models. We have the unique ability to ...

Eye Irritation Test (EIT) for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial (RhCE) Tissue Model

Eye Irritation Test EIT for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial RhCE Tissue Model

Øyeirritasjonstest (EIT) for fareidentifikasjon for Eye irriterende kjemikalier som bruker Rekonstruert Menneskelig Hornhinnen lignende Epithelial (RHCE) Tissue Modell

To comply with the Seventh Amendment to the EU Cosmetics Directive and EU REACH legislation, validated non-animal alternative methods for reliable and ...

Biomembrane Fabrication by the Solvent-assisted Lipid Bilayer (SALB) Method

Biomembrane Fabrication by the Solvent-assisted Lipid Bilayer SALB Method

Biomembranen Fabrication av Løsemiddel assistert lipidbilag (SalB) Metode

In order to mimic cell membranes, the supported lipid bilayer (SLB) is an attractive platform which enables in vitro investigation of membrane-related ...

Three-dimensional Biomimetic Technology: Novel Biorubber Creates Defined Micro- and Macro-scale Architectures in Collagen Hydrogels

Tredimensjonal Biomimetic Technology: Novel Biorubber Oppretter Defined mikro- og makroskala arkitektur i Kollagen Hydrogeler

Tissue scaffolds play a crucial role in the tissue regeneration process. The ideal scaffold must fulfill several requirements such as having proper ...

Extraction of Plant-based Capsules for Microencapsulation Applications

Utvinning av plantebaserte Kapsler for microencapsulation Applications

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin ...

Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification

Syntese av hydrogeler med Bunn Egenskaper som membraner for vannrensing

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and ...

An In Vitro Organ Culture Model of the Murine Intervertebral Disc

An In Vitro Organ Culture Model of the Murine Intervertebral Disc

en<em&gt; In Vitro</em&gt; Organ Culture Modell av Murine mellomvirvelskive

Intervertebral disc (IVD) degeneration is a significant contributor to low back pain. The IVD is a fibrocartilaginous joint that serves to transmit and ...

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

Forbedret 3D Hydrogel kulturer av primære gliacellene for In Vitro modellering av Neuroinflammation

In the central nervous system, numerous acute injuries and neurodegenerative disorders, as well as implanted devices or biomaterials engineered to enhance ...

Repressing Gene Transcription by Redirecting Cellular Machinery with Chemical Epigenetic Modifiers

Repressing Gene transkripsjon av omadresserer cellulære maskiner med kjemiske Epigenetic modifikatorer

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene ...