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Ultra-Piccoli biosensori del microelettrodo per analisi di trauma cranico

Thought LeadersStéphane MarinescoAssociate ProfessorLyon Neuroscience Research Center

Un'intervista da Stéphane Marinesco, professore associato al centro di ricerca di neuroscienza di Lione in Inserm, discutente lo sviluppo di ultra-piccoli biosensori del microelettrodo per l'analisi dei traumi cranici traumatici, senza i rischi di biosensori convenzionali del microelettrodo. Questa intervista è stata condotta a Pittcon 2019.

Perché è importante riflettere le modifiche chimiche in liquido interstiziale che segue un trauma cranico traumatico (TBI)?

Per i pazienti severamente danneggiati che possono essere in un coma, fermare la conversazione o non possa rispondere ad esame clinico, necessità dei medici di utilizzare la strumentazione per capire come il cervello sta recuperando. Per riflettere l'attività di cervello, i biosensori possono essere usati per analizzare il liquido interstiziale del cervello. Da questo, potremmo fare le decisioni cliniche e la terapia iniziata se avuti bisogno di.

Apoptosis (morte delle cellule) di un neurone dopo la lesione ischemica al cervello.Kateryna Kon | Shutterstock

Che cambiamenti metabolici sono veduti tipicamente nel cervello danneggiato?

Per i traumi cranici severi, riflettiamo solitamente i metaboliti come glucosio, il lattato ed il piruvato, che ci dicono come il cervello sta facendo l'energia. Ci sono reticoli specifici che possono dirci se il cervello sta recuperando oppure no.

Per esempio, se il cervello sta riparandosi, sta andando consumare molto glucosio, in modo da potete vedere la concentrazione andare giù. Molti lattato e piruvato sono prodotti in questo trattamento, in modo da vederete le concentrazioni andare su. Quello è un buon segno. Al contrario, se il cervello non può produrre l'energia, vederete che il lattato andare su ed il piruvato vanno giù. Ciò può essere individuata con il microdialysis del cervello e probabilmente con i biosensori del microelettrodo in futuro.

Perché sono i biosensori del microelettrodo utili per la rilevazione dei cambiamenti del neurochemical in liquido interstiziale del cervello?

I biosensori del microelettrodo sono utili perché possono essere miniaturizzati alle dimensioni molto piccole. Ciò aiuta nell'evitare la lesione al cervello quando inserisce la sonda. Un altro vantaggio è che possono fornire in secondo luogo dai secondi dati, permettendo che noi osserviamo molto veloce ed il passeggero cambi continuare nel cervello.

Che cosa sono le limitazioni principali dei biosensori convenzionali del microelettrodo?

La limitazione principale è la dimensione delle sonde. Dobbiamo inserire la sonda per capire la chimica dentro il cervello. Ciò può danneggiare il cervello, specificamente i piccoli vasi sanguigni che sono nel tessuto. Ciò crea due problemi. In primo luogo, danneggia ulteriore il cervello e secondariamente, diminuisce la validità dei dati.

Anche se non causiamo alcun danno, un altro problema è che non sappiamo se il tessuto circostante si comporta diversamente quando una sonda è stata inserita. Tuttavia, i biosensori del microelettrodo corrente sono provati in animali e rappresentano un avanzamento importante confrontato alle tecniche convenzionali quale il microdialysis intracerebrale.

Potete descrivere prego i ultra-piccoli biosensori del microelettrodo che avete sviluppato?

I biosensori del microelettrodo consistono di un microelettrodo con un enzima vincolato sul suggerimento. È basicamente un'analisi dell'enzima che è miniaturizzata molto ad un di piccola dimensione. I biosensori convenzionali del microelettrodo portano molti rischi, come detto precedentemente. All'interno del mio gruppo di ricerca, abbiamo sviluppato un ultra-piccolo biosensore che è di 12 micron di diametro facendo uso delle fibre del carbonio. Ciò è incredibilmente piccola e siamo fieri raggiungere quello.

Biosensori nel trauma del cervello da AZoNetwork su Vimeo.

Che cosa avete veduto quando i biosensori sono stati impiantati in un modello del ratto? Perché era questo significativo?

Quando i biosensori sono stati impiantati in un modello del ratto, abbiamo veduto i livelli in diminuzione dell'ossigeno ed i livelli del lattato nel cervello. Ciò ha provato che i preventivi che di concentrazione avevamo fornito basato sui dati dai biosensori convenzionali del microelettrodo non erano completamente accurati. Potevamo poi regolare i preventivi a qualcosa che fosse più vicino alla realtà, in modo dalla prova era realmente importante.

Egualmente abbiamo trovato che i piccoli vasi sanguigni intorno al sensore sono stati conservati. Ciò suggerisce che le nostre sonde siano meno probabili danneggiare il tessuto circostante quando sono inserite ed eliminate. Ciò sarà importante se vogliamo applicare i nostri sensori ai pazienti.

Perché avete scelto di usare le fibre platinate del carbonio?

Il platino è realmente il materiale della scelta per la fabbricazione dei biosensori del microelettrodo. Tuttavia, il problema con i fili di platino è che tendono ad essere spessi. Ancora, il platino è un metallo molle, in modo da se rendete i collegare troppo sottili, l'intero affare piegherà, rendendolo impossible manipolare.

Per risolvere questa emissione, ci siamo girati verso le fibre del carbonio. Le fibre del carbonio sono molto rigide e possono essere manipolate facilmente. Il solo problema con carbonio è che non è un buon materiale elettrochimico per fare il genere di analisi che vogliamo fare.

Così, abbiamo deciso di combinare i due beni inventando un modo coprire la fibra del carbonio di platino. In questo modo, abbiamo ottenuto un ultra-piccolo oggetto con tutti beni chimici di platino, dantei entrambi i vantaggi insieme.

Perché è importante potere da riflettere il cervello secondo da secondo dopo un TBI?

Sappiamo che quello nel cervello danneggiato là è alcuni rapida stessa ed eventi patologici transitori che vogliamo potere vedere, in modo da per tutta la tecnica è importante avere un'alta risoluzione temporale. Un esempio di questo è la depolarizzazione di diffusione corticale, dove le onde della depolarizzazione si spargono attraverso il cervello via i nervi e le celle glial. Queste celle sono depolarizzate insieme e si propagano nel cervello prima della sparizione. Gli ultimi di trattamento di tutto circa cinque minuti.

Dobbiamo potere descrivere ogni fase di trattamenti come la depolarizzazione di diffusione corticale affinchè i medici capiamo se queste onde accadano, che cosa le impronte chimiche sono e se rappresenta una minaccia alla salubrità del paziente oppure no. Potere osservare questo secondo da secondo è eccellente. Potremmo anche avere un punto di informazioni per dieci secondi, ma in secondo luogo dal secondo siamo realmente a cui stavamo tendendo.

Che cosa altri vantaggi i nuovi biosensori offrono sopra i biosensori convenzionali?

Il vantaggio principale dei nostri ultra-piccoli biosensori è la loro dimensione, che permette che noi li impiantiamo e li eliminiamo senza lesione al paziente o all'animale. Inoltre, perché non stiamo ferendo il tessuto, i nostri valori chimici sono molto più accurati e pertinenti allo stato reale del cervello che vogliamo studiare. Ciò, a sua volta, permette che i medici prendano le decisioni cliniche migliori per i loro pazienti.

Il ultra-piccolo biosensore del microelettrodo accanto ai capelli umani. Questa immagine dimostra il grado di miniaturizzazione che il gruppo di Marinesco poteva raggiungere.
Un ultra-piccolo biosensore del microelettrodo accanto ai capelli umani. Questa immagine dimostra il grado di miniaturizzazione che il gruppo di Marinesco poteva raggiungere.

In futuro, pensate i ultra-piccoli biosensori del microelettrodo entrerete nella clinica? Che cosa sono i punti seguenti per la vostra ricerca?

Realmente spero che i biosensori che ci siamo sviluppati entrino nella clinica - questo è lo scopo globale della mia ricerca e della mia vita. Penso che forniscano molti vantaggi, dato che forniscono il secondo da secondo video la lesione pochissima al tessuto cerebrale. Tuttavia, c'è ancora parecchio da fare finché non possiamo cominciare applicarle in pazienti…

Ci sono parecchie cose che dobbiamo fare. In primo luogo, dobbiamo assicurarci che queste unità non siano tossiche e che non irromperanno il cervello paziente. Quello sarebbe un disastro per il paziente, in modo da non vogliamo quello.

Egualmente dobbiamo assicurarci che funzionino per i sette - quattordici giorni nel cervello. Quella è la durata che dobbiamo riflettere i pazienti, poichè possono avere complicazioni per fino a due settimane dopo che sono ammessi all'ospedale e non siamo abbastanza là ancora. C'è ancora parecchio da fare, ma la mia speranza è i nostri biosensori servire giorno il pubblico.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

Il nostro ultimo documento sui biosensori come minimo dilaganti del microelettrodo basati sulle fibre platinate del carbonio: Biosensori dilaganti del microelettrodo di Chatard C, di Sabac A, di Moreno-Velasquez L, di Meiller A e di Marinesco S (2018) come minimo per il video del cervello basato sulle fibre platinate del carbonio. Scienza della centrale di ACS. 4: 1751-60. doi-org.gate2.inist.fr/10.1021/acscentsci.8b00797

Un documento recente sul video del trauma cranico traumatico in animali facendo uso dei biosensori del microelettrodo: 2017) risposte hypermetabolic alterate di Balança B, di Meiller A, di Bezin L, di Dreier J, di Lieutaud T e di Marinesco S (alle depolarizzazioni di diffusione corticali dopo il trauma cranico traumatico in ratti. Flusso sanguigno Metab di J Cereb. 37(5): 1670-1686. doi.org/10.1177/0271678X16657571

Rassegna recente sull'argomento: Chatard C, Meiller A e 2018) biosensori del microelettrodo di Marinesco S (per in vivo analisi del liquido interstiziale del cervello. Elettroanalisi 30: 977-998. doi.org/10.1002/elan.201700836

Circa Stéphane Marinesco

Stéphane MarinescoStéphane Marinesco è stato preparato nell'assistenza tecnica a Ecole Polytechnique (Francia) ed ha ricevuto un PhD in neuroscienza dall'università di Lione che lavora alla rilevazione della serotonina nel cervello del ratto e che studia il suo ruolo nel sonno e nello sforzo.

Il Dott. Marinesco ha ricevuto ulteriore addestramento come un ricercatore postdottorale all'Yale University ed Uc Irvine con fotoricettore Thomas J Carew, studiante il neuromodulatore della serotonina in un mollusco marino facendo uso delle tecniche elettrochimiche. Il Dott. Marinesco ha ritornato in Francia nel 2005 come assistente universitario nel CNRS al sur Yvette del GIF e un professore associato a Lione nel 2008.

La ricerca corrente di Stéphane Marinesco interessa il fuoco sullo sviluppare i biosensori innovatori del microelettrodo per il video del cervello e li applica allo studio sulla lesione neurologica dopo l'emorragia subaracnoidea o il trauma cranico traumatico. Il suo gruppo è basato sul centro di ricerca della neuroscienza di Lione.

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