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

Det arbete som presenteras i tidningen stöddes av National Science Foundation, framväxande gränser i forskning och Innovation (NSF-EFRI) program bevilja nummer 0938072. Innehållet i detta dokument är endast ansvarig för författarna och representerar inte nödvändigtvis officiella ståndpunkter av NSF. Författarna vill även tacka Dr Samsoon Inayat för hans arbete designa och testa den första experimentella konfigurationen för kemisk stimulering och Mr Ashwin Raghunathan för hans arbete utforma, tillverka och utvärdera multiport mikroflödessystem enheten används i denna studie.

Alla djurförsök genomfördes enligt de riktlinjer som beskrivs av National Research Council's Guide för skötsel och användning av försöksdjur. Djurens hantering och dödshjälp-protokoll var granskas och godkänns av institutionella djur vård och användning kommittén (IACUC) av University of Illinois i Chicago.
1. djurmodeller
<ol>
	<li>Vildtyp Long-Evans råttor
	<ol>
		<li>Upphandla en 24-32 dag gammal vildtyp lång Evans Hooded råtta oavsett kön tog upp med en...

<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 presenteras här visar en unik nervstimulering paradigm, retinala nervceller stimuleras vari kemiskt genom att injicera infödda neurotransmittor kemikalier i ytan av näthinnan in vitro. Denna kemiska stimulering teknik ger flera fördelar över den konventionella elektriska stimulering teknik, inklusive selektivitet och hög fokal specificitet av målet nervceller. Protokollet över Detaljer hur liten volym pneumatiska injektioner av signalsubstansen glutamat levereras nära målet retinala nervceller ...

Ljusmätare degenerativa sjukdomar, såsom retinitis pigmentosa och åldersrelaterad makuladegeneration, är ledande ärftliga orsakerna till synnedsättning och är för närvarande obotliga1,2. Även om dessa sjukdomar uppstår från en mängd specifika genetiska mutationer, karakteriseras ljusmätare degenerativa sjukdomar som en grupp av progressiv förlust av ljusmätare celler i näthinnan, vilket så småningom orsakar blindhet. Förlusten av fotoreceptorer utlösare utbredd remodeling hela näthinnan men överleva retinala nervceller, inklusive bipolära celler och RGCs, förbli intakt och relativt funktionella även i avancerade stadier av ljusmätare degeneration3 ,4,5,6,7.
Mekanismerna och patologier av dessa sjukdomar har varit väl karakteriserade3,4,5,6,7 men en effektiv behandling förblir svårfångade. Under de senaste tre decennierna, har forskare i hela världen undersökt en mängd olika terapeutiska behandlingar för att återställa vision till de drabbade med ljusmätare degenerativa sjukdomar inklusive gen terapi8, stamceller behandling9, retinal transplantation10, och konstgjorda stimulering11,12 av de överlevande retinala nervcellerna. Av dessa är den mest kliniskt tillgängliga retinal proteser, som är konstgjorda neurostimulering enheter som traditionellt har använt en matris av elektroder att elektriskt stimulera bipolära celler eller RGCs i ett specifikt mönster med målet att att skapa konstgjorda visuella föreställningar i patienter11. Nuvarande generationen elektriska proteser, såsom Argus II13 och Alpha-IMS14 enheter, har uppnått klinisk godkännande och preliminära studier har visat att de kan förbättra livskvaliteten för patienter genom att återställa en mått på vision använder både epiretinal (framsidan av näthinnan) och subretinala (baksidan av näthinnan) implanteras enheter15,16. Forskargrupper runt om i världen arbetar på att vidareutveckla retinal proteser bortom dessa första generationens enheter17,18,19,20 framgångar men har inför svårigheter utforma en elektrisk protes kan återställa hög synskärpa vision under den juridiska blindhet nivån till patienter. Nyare studier har visat att uppnå högre spatial upplösning än som aktiveras av den nuvarande generationen elektriska-baserade proteser är utmanande på grund av kostnad injektion gränsen, som kräver användning av stora elektroder att säkert stimulera retinala nervceller på bekostnad av rumslig upplösning, dvs synskärpa11,21. Elektrisk stimulering är dessutom ytterligare begränsad eftersom det vanligtvis stimulerar alla närliggande celler och därför väcker onaturliga och förvirrande uppfattningar hos patienter, till stor del eftersom det är en inneboende onaturliga stimulering paradigm21. Ändå, de tidiga framgångarna av elektrisk stimulering har visat att konstgjorda neurostimulering kan vara en effektiv behandling för ljusmätare degenerativa sjukdomar. Detta leder till hypotes att en ännu effektivare behandling kan vara möjlig genom att stimulera näthinnan med neurotransmittor kemikalier, naturliga agenter för kommunikation vid kemiska synapser. Syftet med metoden presenteras i denna uppsats är att undersöka terapeutiska genomförbarheten av kemisk stimulering, som syftar till att efterlikna det naturliga systemet av synaptisk kommunikation mellan näthinnans nervceller, som ett alternativ till elektrisk stimulering för biomimetiska för en retinal protes.
Översättning av begreppet terapeutisk kemisk stimulering till en kemisk retinal protes är beroende av kemiskt aktivera target retinala nervceller med små mängder av infödda neurotransmittorer, såsom Glutamat, släppt igenom en mikroflödessystem enhet bestående av ett stort utbud av microports svar på visuell stimulans. På detta sätt skulle en kemisk retinal protes i huvudsak vara ett lager av biomimetiska-konstgjorda ljusmätare som översätter fotoner naturligt når näthinnan till kemiska signaler. Eftersom dessa kemiska signaler använder de samma signalsubstanser som utnyttjas i normala retinal signalering och stimulera överlevande retinala nervceller i en urartad näthinnan på samma synaptic stigar som används av normal syn vägar, den resulterande visuellt uppfattning som uppnås genom en kemisk retinal protes kan vara mer naturligt och begripligt jämfört med en frammanade genom en elektrisk protes. Dessutom eftersom den microports genom vilka neurotransmittorer frigörs kan göras extremt liten och klädd i hög densitet, till skillnad från elektroderna, en potentiella kemiska protetiska kan vara duglig till åstadkomma mer fokal stimulering och högre spatial upplösning än en elektrisk protes. Således, utifrån dessa potentiella fördelar, en kemisk retinal protes erbjuder ett mycket lovande alternativ till elektriska proteser.
Kemisk stimulering av näthinnan, men har varit relativt lite utforskat tills nyligen. Medan elektrisk stimulering av näthinnan har karakteriserats väl över decennier av arbete genom in vitro22,23, i vivo23,24och kliniska studier13 ,14, studier på kemisk stimulering har varit begränsade enbart till ett fåtal in vitro- verk25,26,27,28. Iezzi och Finlayson26 och Inayat o.a. 27 visat epiretinal kemisk stimulering av näthinnan i vitro med en enda elektrod och en multielectrode (MEA), respektive att registrera glutamat frammanade Svaren av retinala nervceller. Mer nyligen, Rountree o.a. 28 visat differentiell stimulering av de på och retinal vägar med glutamat från den subretinal sidan och en MEA för att registrera de neuronala svar från flera platser på näthinnan.Även om dessa verk har preliminärt fastställt genomförbarheten av kemisk stimulering, ytterligare studier är nödvändiga för att undersöka många aspekter av detta tillvägagångssätt utöver de upp hittills25,26,27 , 28, och finjustera parametrarna terapeutisk stimulering i både in vitro- och in-vivo djurmodeller innan att översätta konceptet till en kemisk retinal protes som diskuterats ovan. Men för närvarande finns det ingen etablerad metodik för fullbordande av kemisk stimulering av näthinnan i litteraturen och de metoder som används i tidigare verk har inte beskrivits i sådan detalj som skulle vara avgörande för replikationsförmåga studier. Den logiska grunden för denna metoder uppsats är därför att tillhandahålla en väldefinierad ram för att genomföra in vitro- kemisk stimulering av näthinnan för de intresserade antingen replikera våra tidigare studier27, utredarna 28 eller ytterligare framåt denna begynnande begreppet kemiska neurostimulering.
Här visar vi en metod för att genomföra in vitro- kemisk stimulering av retinala nervceller i wholemount näthinnor av vildtyp råttor och en ljusmätare degenererade råtta modell som noggrant efterliknar progressionen av ljusmätare degenerativa sjukdomar hos människor. Logiken bakom utveckla denna stimulering metod i in vitro- modeller är att utvärdera de terapeutiska intervall av olika stimulering parametrar och studera neural respons egenskaper som skulle vara omöjligt eller svårt att Observera i i vivo modeller, särskilt under de första studierna fokuserade på att utvärdera genomförbarheten av denna strategi. I den här proceduren visar vi både plats och samtidiga multi-site kemiska stimuli av näthinnor genom att leverera små mängder av 1 mM glutamat nära målet retinala nervceller via kommersiellt tillgängliga single-port glas Mikropipetter och en anpassad micromachined multi-port mikroflödessystem enhet, respektive. Medan både singel- och multi stimuli uppnå det grundläggande målet att undersöka terapeutiska genomförbarheten av kemiska neuromodulation, ändamålsenlig varje distinkta med en unik fördel. Den enda plats stimulering, som kan åstadkommas med kommersiellt tillgängliga före drog glas Mikropipetter, kan användas för att injicera kemikalier direkt i ytan av näthinnan på en enda sajt och tjänar till att undersöka om observerbara RGC spike ränta Svaren som liknar visuellt framkallat ljus Svaren kan utlösas focally under injektionsstället. Däremot, multi-site stimulering, som kräver ett speciellt fabricerade multiport mikroflödessystem enhet, kan användas för att injicera kemikalier rumsligt på flera platser över ytan av näthinnan och tjänar till att undersöka hur väl glutamat-framkallat RCG svar mönster motsvarar glutamat injektion mönster i mönster 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

Ljusmätare degenerativa sjukdomar orsaka obotlig blindhet genom progressiv förlust av ljusmätare celler i näthinnan. Retinal proteser är en framväxande behandling för ljusmätare degenerativa sjukdomar som syftar till att återställa vision genom att artificiellt stimulera de överlevande retinala nervcellerna i hopp om att framkalla begripliga visuell perception hos patienter. Nuvarande retinal proteser har visat framgång i att återställa begränsad vision till patienter som använder en matris av elektroder att elektriskt stimulera näthinnan men möter betydande fysiska hinder i att återställa hög skärpa, naturlig vision till patienter. Kemiska neurostimulering använder infödda signalsubstanser är en biomimetiska alternativ till elektrisk stimulering och kunde förbifartsleden de grundläggande begränsningar som är associerad med retinal proteser med elektriska neurostimulering. Specifikt, har kemiska neurostimulering potential att återställa naturligare vision med jämförbara eller bättre visual pressauppförandet till patienter genom att injicera mycket små mängder signalsubstanser, samma naturliga agenter för kommunikation som används av retinal kemiska synapser, på mycket finare upplösning än nuvarande elektriska proteser. Dock som en relativt outforskat stimulering paradigm finns det inget etablerat protokoll för att uppnå kemisk stimulering av näthinnan i vitro. Syftet med detta arbete är att ge en detaljerad ram för fullbordande av kemisk stimulering av näthinnan för utredare som vill studera den potentiella av kemiska neuromodulation av näthinnan eller liknande neurala vävnader in vitro. I detta arbete, vi beskriver experiment och metodik för framkalla retinal ganglion cell (RGC) spike Svaren liknar visual ljus svaren i vildtyp och ljusmätare-degenererade wholemount råtta näthinnor genom att injicera kontrollerade mängder signalsubstansen glutamat i subretinalområdet använda glas Mikropipetter och en anpassad multiport mikroflödessystem enhet. Denna metodik och protokollet är tillräckligt allmänna för att anpassas för neuromodulation använder andra signalsubstanser eller även andra neurala vävnader.

Detta protokoll kan användas att kemiskt stimulera såväl normal, vildtyp näthinnor som ljusmätare urartade näthinnor, trots den betydande cellulära remodeling orsakas av förlust av fotoreceptorer. Innan början experiment med antingen ljusmätare degenererat eller vildtyp näthinnor, inspelning och stimulering utrustning (figur 1 och figur 2) behovet att vara redo och pMEA (figur 5) bör reng...

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

Det här protokollet beskriver en ny metod för att utreda en form av kemiska neurostimulering av wholemount råtta näthinnor i vitro med signalsubstansen glutamat. Kemiska neurostimulering är ett lovande alternativ till den konventionella elektriska neurostimulering av retinala nervceller för behandling av irreversibel blindhet orsakad av ljusmätare degenerativa sjukdomar.

Metodik för biomimetiska kemiska Neuromodulation av råtta näthinnor med signalsubstansen glutamat i 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

Mikroflödessystem enhet för att återskapa en tumör mikromiljö<em&gt; In vitro</em

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

Cellodling in vitro modell för Toxic Inhalerat 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

Ögonirritationstest (EIT) för Hazard Identifiering av Eye irriterande kemikalier med hjälp av rekonstruerad Human Cornea liknande 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

Biomembran Fabrication av lösningsmedel assisterad lipiddubbelskiktet (SALB) Metod

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

Tredimensionell Biomimetic Technology: Novel Biorubber Skapar Defined mikro- och makroskala arkitekturer i Collagen 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 vegetabiliska kapslar för Mikroinkapslings 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

Syntes av Hydrogeler med Antifouling egenskaper som Membran för vattenrening

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 Kultur Modell av murina mellankotskivan

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

Förbättrad 3D Hydrogel kulturer av primära gliaceller för 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

Ompressning gentranskription genom att omdirigera cellulära maskineriet med kemiska epigenetiska modifierare

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