[AC] 谷氨酸电聚合膜增加电极对DA和5-HT的灵敏度：小鼠体内的有利现象？

通讯作者：Parastoo Hashemi

通讯单位：南卡罗来纳大学化学与生物化学系

利用快速扫描循环伏安法（FSCV）使用碳纤维微电极（CFM）已被用于研究在成瘾和帕金森病等病理背景下分析神经递质多巴胺（DA）变化。控制FSCV对多巴胺反应的电化学特性，包括再生能力碳纤维表面界面处的碳、电子转移动力学和吸附相互作用已被大量研究。

在过去的10年中，南卡罗来纳大学化学与生物化学系Parastoo Hashemi教授课题组率先采用FSCV检测血清素，并使用该方法研究了各种体内场景中的血清素动力学，包括探索两性之间的神经化学、分析抗抑郁药的作用、研究小鼠疾病模型以及绘制不同大脑区域的生化结构。然而血清素信号在体内可诱发浓度非常低（与诱发多巴胺相比）。此外，主要的血清素代谢物5-羟基吲哚乙酸（5-HIAA）在电极表面快速电聚合并降低体内信号响应。

他们发现暴露于体内长达2小时的电极对诱发和环境中的DA更敏感。研究人员认为体内高浓度的谷氨酸在CFM表面聚合有助于促进对DA的反应。并且使用电化学方法验证了这种聚合并用微米和纳米成像表征了沉积机制。相关工作以“Glutamate Electropolymerization on Carbon Increases Analytical Sensitivity to Dopamine and Serotonin: An Auspicious In Vivo Phenomenon in Mice?”为题发表在Analytical Chemistry上。

重要的是，研究人员发现1.3 V作为正波形上限是促进谷氨酸聚合的关键因素，从而提高分析性能。至关重要的是，从这些多巴胺研究中获得的信息扩展到了体内环境，在该环境中，对诱发的血清素的敏感性提高了2倍。

研究人员提出了一个新发现，即体内环境的先天方面有利于检测碳纤维上的多巴胺和血清素，为我们改进快速扫描循环伏安法血清素检测范例的目标提供了解决方案。

图1. 活体实验前后的CFM灵敏度：（A）来自测量小鼠伏核中多巴胺的体内实验的校准前和校准后数据：（i）具有代表性的体内FSCAV颜色图和（ii）多巴胺（500 nM）、之前（红色）、期间（紫色）和之后（蓝色）体内测量的CV。（iii）校准前（红色）和校准后（蓝色）的灵敏度，插图条形图描绘了校准后斜率的增加（p< 0.01）；（B）将电极放置在小鼠背侧纹状体中并使用多巴胺波形循环2小时后的校准数据：（i）FSCV颜色图和（ii）通过FIA收集的多巴胺（500 nM）中的CV（上图）以及预校准和校准后（下图）期间的背景信号。（iii）校准前和校准后图。插图条形图描绘了校准后斜率的增加（p< 0.01）。使用平均值的标准误差计算误差线。

图2. FIA和体内表面修饰的血清素反应：（A）暴露于10 μM 5-HIAA的时间（每30分钟，持续2小时）与电流响应（nA）的关系绘制为100 nM血清素，并比较了表面改性：裸露（红色，n=3），NA（蓝色，n=4），以及通过暴露于过氧化波形（正电位极限为1.3 V，绿色n=3）和PGA（黄色，n=4）激活的Nafion涂层碳纤维。（i）初始（0分钟）和最终时间点（120分钟）的电流响应条形图；（B）对体内收集的血清素的电流与时间轨迹进行平均（n=4）并进行比较：扩展Jackson波形预处理（黄色）与NA电极上的Jackson波形（灰色）。插图：条形图比较每个处理的平均幅度。代表性的体内颜色图和CV如下所示，其中氧化和还原峰分别出现0.7和0 V。统计数据：关于裸电极的t检验（**p<0.01, *p<0.05）。

参考文献：

Jordan Holmes, Colby E. Witt, Deanna Keen, Anna Marie Buchanan, Lauren Batey, Melinda Hersey, Parastoo Hashemi, Glutamate Electropolymerization on Carbon Increases Analytical Sensitivity to Dopamine and Serotonin: An Auspicious In Vivo Phenomenon in Mice? Anal. Chem. 2021, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c04316.