Monitorizarea stresului cronic și acut prin semnale electrofiziologice de la PNAS a glandei suprarenale

Găsiți acest autor pe Google Scholar
Găsiți acest autor pe PubMed
Căutați acest autor pe acest site
Pentru corespondență: jini38 @ sejong.ac.krtaeilkim @ skku.edu

Editat de John A. Rogers, Northwestern University, Evanston, IL și aprobat pe 12 noiembrie 2018 (primit pentru examinare 14 aprilie 2018)

Semnificaţie

În această lucrare, am proiectat o sondă electrofiziologică flexibilă care ar putea fi implantată în glanda suprarenală a unui animal viu. Ne-a permis să măsurăm semnalele electrofiziologice ale glandei suprarenale ca răspuns la eliberarea hormonului stresului indusă de stresul acut. Acest raport colectează semnale electrofiziologice ale glandei suprarenale in vivo cu implantare cronică.

Abstract

Prezentăm semnale electrofiziologice (EP) corelate cu activitățile celulelor celulare din cortexul suprarenal și medulla utilizând o sondă EP flexibilă implantabilă a glandei suprarenale. Cu o astfel de sondă, am putut observa semnalele EP de la cortexul suprarenal și medulla ca răspuns la diferiți stimuli de stres, cum ar fi activitatea hormonală îmbunătățită cu hormonul adrenocorticotrop, un biomarker pentru răspunsul la stres cronic și un mediu de stres real, cum ar fi un înot forțat. Test. Această tehnică ar putea fi utilă pentru a monitoriza continuu creșterea nivelului de cortizol, un indicator util al stresului cronic care poate provoca diferite boli.

Astfel, aici prezentăm o sondă flexibilă implantabilă longitudinal care poate fi utilizată pentru a cuantifica relația dintre nivelul de eliberare a cortizolului și semnalele EP de la glanda suprarenală pe baza senzorilor flexibili EP. Am găsit o schimbare semnificativă a semnalului EP atunci când cortizolul a fost eliberat în injecția cu ACTH sau într-un mediu de stres real, cum ar fi un test de înot forțat. Experimentele noastre au fost făcute folosind sonde flexibile special concepute EP, care ar putea pătrunde în glanda suprarenală. Patru electrozi de pe sondă sunt capabili să măsoare continuu semnalele EP atât în cortexul suprarenal, cât și în zona medulară și ne permit să determinăm cu succes activitățile celulelor hormonale și modificarea relativă a nivelului hormonului cortizol într-un mediu de stres model animal in vivo.

Rezultat

Pregătirea sondei EP pentru glanda suprarenală.

Implantarea sondei EP în glanda suprarenală.

Pentru testul in vivo pe animale, sonda a fost implantată în glanda suprarenală a unui șobolan mascul de 8 săptămâni anesteziat prin incizie dorsală (Fig. 1 F și G). După ce sonda a pătruns complet în glanda suprarenală, așa cum se arată în ilustrația schematică din Fig. 1C și imaginea foto din Fig. 1F, a fost fixat pe capsula glandei suprarenale prin ancorarea vârfului vârfului săgeții pe partea opusă a stratului capsulei fibroase a glandei suprarenale (Fig. 1F) (47, 48). După ce sonda a fost blocată, am rupt mecanic arborele navetei, astfel încât să putem elimina stratul gros de navetă pur și simplu retrăgându-ne înapoi (Anexa SI, Fig. S5). În consecință, în stratul suprarenal a rămas doar stratul senzor subțire și flexibil (~ 7 μm). Flexibilitatea materialului PI și natura ultra subțire a senzorului au garantat minimizarea invaziei cu daune biologice minore. Cei patru pini ai conectorului au fost expuși din pielea suturată după operație, în timp ce restul sistemului a fost scufundat (Fig. 1G).

Schimbarea semnalului EP în glanda suprarenală prin stimularea ACTH.

Înainte de a colecta in vivo semnalele EP de la glanda suprarenală, am măsurat semnalele EP de la o glandă suprarenală enucleată in vitro (Anexa SI, Fig. S6). Am implantat sonda în glanda suprarenală enucleată cu soluție salină într-o cutie Petri. Am măsurat apoi semnalul glandei suprarenale ca referință, folosind un instrument comercial de colectare a datelor timp de aproximativ 30 de minute. Apoi, am adăugat 60 ng de ACTH în mediul salin. Amplitudinea și frecvența vârfurilor electrice înregistrate de la glanda suprarenală au fost semnificativ crescute după adăugarea de ACTH.

Semnal EP în glanda suprarenală prin stres acut.

De asemenea, am măsurat schimbarea semnalului EP în întreaga glandă suprarenală indusă de stresul real. Sonda a fost implantată în glanda suprarenală a șobolanilor masculi și au fost reabilitate timp de 2 săptămâni. După 2 săptămâni de recuperare, am colectat semnalul EP inițial al glandei suprarenale ca date de referință, așa cum este descris în Schimbarea semnalului EP în glanda suprarenală prin stimularea ACTH. Apoi, animalul a fost așezat ușor într-o baie cu nivel de apă la 30 cm de jos pentru un test de înot forțat (Fig. 3 A și B și SI Anexa, Fig. S10). După 5 minute de înot, am anesteziat șobolanul pentru înregistrarea EP. Interesant este că semnalul EP a fost prezent atât în cortexul suprarenal, cât și în medulă (Fig. 3 C și D), spre deosebire de cazurile de injecție ACTH (53 ⇓ –55). Concentrația de catecolamină din sânge a scăzut lent până când animalul a fost complet recuperat în perioada poststimulare (54, 56, 57). De asemenea, din moment ce animalul era umed și hipotermic, semnalele hormonale și neuronale active erau încă înregistrate din glanda suprarenală. De asemenea, am anesteziat șobolani cu ketamină anestezică de scurtă durată și am conectat rapid conectorul pentru comunicare. După 2 minute de înregistrare, șobolanii au început să se trezească și s-au deplasat liber în jurul cuștii (Fig. 3 E și F și Anexa SI, Fig. S11). Astfel, concluzionăm că sonda este de asemenea aplicabilă pentru identificarea răspunsurilor căilor neuronale și hormonale.

Aplicarea sondei suprarenale la modelul de stres actual. (A și B) Imagini ale unui șobolan cu test de înot forțat pentru a aplica stres acut. (C) Semnalele EP colectate de la cortexul suprarenal și medular suprarenal înainte și după înotul forțat. Semnalul cortexului suprarenal după înotul forțat (roșu) este îmbunătățit comparativ cu cel dinaintea înotului forțat de 5 minute. Comparativ cu injecția cu ACTH, semnalul EP în medula suprarenală (albastru) este activat dramatic de stresul acut. (D) Înălțimea semnalului mediată de înotul forțat. Numărul de vârfuri pe minut de la cortexul suprarenal (roșu) înainte și după înot a crescut mult după înot, la fel cum numărul de vârfuri pe minut al medularei suprarenale (albastru) s-a modificat după înot. (E) Imaginea unui șobolan în mișcare liber al cărui conector a fost legat de un stadiu principal comercializat pentru a colecta semnalul glandei suprarenale. (F) Semnalul a fost colectat din cortexul suprarenal și medular înainte și după trezire din anestezie. Frecvențele vârfurilor din cortex și medulă au fost ambele crescute imediat după trezire.