Micro-invasive biochemical sampling of brain interstitial fluid for investigating neural pathology

脑间质液微创生化取样用于研究神经病理学

基本信息

  • 批准号:
    10090597
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 61.49万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-02-01 至 2023-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary The purpose of this study is for a team of materials scientists, biomedical engineers, analytical chemists, and neuroscientists at MIT to develop a micro-invasive implantable device for monitoring the biochemical composition of distinct brain regions. This analytical tool for sampling neurochemicals in brain interstitial fluid (ISF) promises to provide valuable insight into the dynamics of neural circuits in physiological and pathological states. We will apply this tool to study the role of neuropeptides in substance use disorder (SUD). The dynorphin family of neuropeptides has long been implicated in addiction, but no current analysis tool has been able to investigate the long-term spatiotemporal dynamics of these neurochemicals in vivo. Our goal is to demonstrate the efficacy of our sampling platform in measuring neuropeptide expression dynamically in a rodent model of SUD. This will lend greater insight into the biochemical basis of addiction and withdrawal, but perhaps more importantly establish our technology as an effective technique for understanding the onset and progression of neural diseases. Our specific goals are summarized as follows: 1) Design a minimally invasive and implantable device for sampling ISF chronically in vivo. The device will consist of a nanofluidic pump (nanopump) coupled to micro- scale probes (microprobes), with fluid flow characteristics optimized in vitro prior to translation to a stand-alone in vivo device. 2) Optimize the storage and processing of small volumes of sampled ISF, withdrawn via nanopump, for analysis via liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). 3) Determine the detection limits for the dynorphin neuropeptide family in ISF in vitro prior to detection of these neurochemicals in in vivo samples at physiological and pathological concentrations. 4) Perform short-term monitoring of dynorphin at baseline and in acute stress to demonstrate the efficacy of this tool in tracking these large neuropeptides in real-time. 5) Track the dynorphin family of neuropeptides in a rodent model of cocaine SUD, lending greater insight into the biochemical basis of substance withdrawal and relapse. Our aim is to demonstrate the failsafe function of this sampling platform in vivo and establish its ability to monitor neuropeptide dynamics with precise spatiotemporal control. We aim to provide neuroscientists with a new tool for investigating the biochemical basis of neural pathology in well-established animal models, enabling more accurate diagnosis and treatment of neural disorders in humans in the future.
项目概要 这项研究的目的是为材料科学家、生物医学工程师、分析化学家和 麻省理工学院的神经科学家将开发一种微创植入式设备来监测生化成分 不同的大脑区域。这种用于对脑间质液 (ISF) 中的神经化学物质进行采样的分析工具有望 为生理和病理状态下神经回路的动态提供有价值的见解。我们将 应用此工具来研究神经肽在物质使用障碍 (SUD) 中的作用。强啡肽家族 神经肽长期以来一直与成瘾有关,但目前还没有分析工具能够对其进行研究 这些神经化学物质在体内的长期时空动态。我们的目标是证明功效 我们的采样平台在 SUD 啮齿动物模型中动态测量神经肽表达。这将 让我们更深入地了解成瘾和戒断的生化基础,但也许更重要的是 使我们的技术成为了解神经疾病发生和进展的有效技术 疾病。我们的具体目标概括如下: 1)设计微创植入式设备 用于在体内长期取样 ISF。该装置将由一个纳米流体泵(nanopump)组成,耦合到微 规模探针(微探针),在翻译成独立的之前在体外优化流体流动特性 体内装置。 2) 优化小批量 ISF 样品的存储和处理,通过 纳米泵,用于通过液相色谱-串联质谱 (LC-MS/MS) 进行分析。 3)确定 在检测这些神经化学物质之前,在 ISF 中对强啡肽神经肽家族进行体外检测限 生理和病理浓度的体内样品。 4) 对强啡肽进行短期监测 在基线和急性应激下,以证明该工具在跟踪这些大神经肽方面的功效 即时的。 5) 在可卡因 SUD 啮齿动物模型中追踪神经肽强啡肽家族,从而提供更大的帮助 深入了解物质戒断和复发的生化基础。我们的目标是展示故障安全 该采样平台在体内的功能,并建立其精确监测神经肽动态的能力 时空控制。我们的目标是为神经科学家提供一种研究生化基础的新工具 在完善的动物模型中进行神经病理学研究,从而能够更准确地诊断和治疗神经病 未来人类的疾病。

项目成果

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