Биосенсорные системы: определение оптимальных временных параметров ольфакторной стимуляции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Биосенсорные методы анализа активно совершенствуются и приобретают все большое значение в сферах безопасности, медицины, в частности, мониторинга онкозаболеваний, контроля качества окружающей среды и др. В настоящей работе рассматривается развитие биосенсорной системы на основе технологии использования обонятельной луковицы (ОЛ) животных макросматиков с помощью оптических методов визуализации одорант-специфичных паттернов гломерулярной активности. Сложности автоматической детекции одорологически вызванных паттернов при повторяющейся стимуляции обусловлены процессами адаптации, проявляющимися в обратимом изменении чувствительности нейронных структур обонятельного анализатора. Экспериментально установлены оптимальная длительность стимулов и межстимульных интервалов, позволяющая стабилизировать характер ответной реакции гломерул при повторяющейся стимуляции и визуализировать паттерны гломерулярной активности с постоянной точностью. Полученные результаты расширяют существующий инструментарий, применяемый для разработки биосенсорных систем.

Об авторах

А. Е Матухно

Южный федеральный университет

Ростов-на-Дону, Россия

М. В Петрушан

Южный федеральный университет

Ростов-на-Дону, Россия

Л. В Лысенко

Южный федеральный университет

Email: lalv@sfedu.ru
Ростов-на-Дону, Россия

В. Н Кирой

Южный федеральный университет

Ростов-на-Дону, Россия

Список литературы

  1. В. Н. Кирой, П. О. Косенко, И. Е. Шепелев и др., Журн. аналит. химии, 78 (8), 1 (2023).
  2. V. Akimov, E. Alfinito, J. Bausells, et al., Analog.Integr. Circ. Sig. Process., 57, 197 (2008).
  3. H. J. Ko and T. H. Park, J. Biol. Eng.,10 (17), 1 (2016).
  4. Y. Lu, Y. Yao, S. Li, et al., Sensor Rev., 37 (4), 396 (2017).
  5. О. Д. Новикова, Г. А. Набережных и А. А. Сергеев, Биофизика, 66 (4), 668 (2021).
  6. K. Gao, S. Li, L. Zhuang, et al., Biosens. Bioelectron., 102, 150 (2018).
  7. I. V. Shcherban, P. O. Kosenko, O. G. Shcherban, et al., Inform. Sci. Control Systems, 5, 62 (2020).
  8. K. Mori, H. Nagao, and Y. Yoshihara, Science, 286 (5440), 711 (1999).
  9. T. C. Bozza and J. S. Kauer, J. Neurosci., 18 (12), 4560 (1998).
  10. B. Malnic, J. Hirono, T. Sato, et al., Cell, 9 (5), 713 (1999).
  11. T. Bozza, P. Feinstein, C. Zheng, et al., J. Neurosci., 22 (8), 3033 (2002).
  12. P. Mombaerts, Annu. Rev. Neurosci., 22, 487 (1999).
  13. X. Zhang and S. Firestein, Nat. Neurosci., 5 (2), 124 (2002).
  14. R. Vassar, S. K. Chao, R. Sitcheran, et al., Cell, 79 (6), 981 (1994).
  15. P. Mombaerts, F. Wang, C. Dulac, et al., Cell, 87 (4), 675 (1996).
  16. B. Zapiec and P. Mombaerts, Cell Rep., 30 (12), 4220 (2020).
  17. T. Imai, Semin. Cell Dev. Biol., 35, 180 (2014).
  18. K. Mori and Y. Yoshihara, Prog. Neurobiol., 45, 585 (1995).
  19. Y. Oka, S. Katada, M. Omura, et al., Neuron, 52, 857 (2006).
  20. B. D.Rubin and L.C. Katz, Neuron, 23 (3), 499 (1999).
  21. E. R. Soucy, D. F. Albeanu, A. L. Fantana, et al., Nat. Neurosci., 12 (2), 210(2009).
  22. B. Zapiec and P. Mombaerts, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112 (43), E5873 (2015).
  23. S. DeMaria and J. Ngai, J. Cell Biol., 191 (3), 443 (2015).
  24. N. Uchida, Y. K. Takahashi, M. Tanifuji, et al., Nat. Neurosci., 3 (10), 1035 (2000).
  25. L. Belluscio and L. C. Katz, J. Neurosci., 21 (6), 2113 (2001).
  26. Y. K. Takahashi, M. Kurosaki, S. Hirono, et al. J. Neurophysiol., 92 (4), 2413 (2004).
  27. K. M. Igarashi and K. Mori, J. Neurophysiol., 93 (2), 1007 (2005).
  28. K. Mori, Y. K. Takahashi, K. M. Igarashi, et al., Physiol. Rev., 86 (2), 409 (2006).
  29. B. A. Johnson and M. Leon, J.Comp. Neurol., 503 (1), 1 (2007).
  30. K. Touhara, in Handbook of Neurochemistry and Molecular Neurobiology, Ed. by A. Lajtha and K. Mikoshiba (Springer, Boston, 2009), pp. 139-160.
  31. M. Wachowiak and L. B. Cohen, Neuron, 32 (4), 723 (2001).
  32. M. Meister and T. Bonhoeffer, J. Neurosci., 21 (4), 1351 (2001).
  33. M. Wachowiak, L.B. Cohen, J. Neurophysiol., 89 (3), 1623 (2003).
  34. M. L. Fletcher, A. V. Masurkar, J. Xing, et al., J. Neurophysiol., 102 (2), 817 (2009).
  35. H. Spors, M. Wachowiak, L. B. Cohen, et al., J. Neurosci., 26 (4), 1247 (2006).
  36. R. M. Carey, J. V. Verhagen, D. W. Wesson, et al., J. Neurophysiol., 101 (2), 1073 (2009).
  37. B. Bathellier, O. Gschwend, and A. Carleton, in The Neurobiology of Olfaction, Ed. by A. Menini (CRC Press/Taylor & Francis, Boca Raton, 2010), pp. 329340.
  38. T. Kurahashi and T. Shibuya, Brain Res., 515 (1-2), 261 (1990).
  39. F. Zufall and T. Leinders-Zufall, Chem. Senses, 25 (4), 473 (2000).
  40. D. Chaudhary, L. Manella, A. Arellanos, et al., Behav. Neurosci., 124 (4), 490 (2010).
  41. D. A. Wilson, J. Neurophysiol., 80 (2), 998 (1998).
  42. D. A. Wilson, J. Neurophysiol., 84 (6), 3036 (2000).
  43. D. A. Wilson, J. Neurophysiol., 90 (1), 65 (2003).
  44. A. R. Best and D. A. Wilson, J. Neurosci., 24 (3), 652 (2004).
  45. A. M. McNamara, P. D. Magidson, C. Linster, et al., Learn Mem., 15 (3), 117 (2008).
  46. J. R. Schafer, I. Kida, F. Xu, et al. Neuroimage, 31 (3), 1238 (2006).
  47. J. V. Verhagen, D. W. Wesson, T. I.Netoff, et al., Nat. Neurosci., 10 (5), 631 (2007).
  48. B. G. Sanganahalli, M. R. Rebello, P. Herman, et al., Neuroimage, 126, 208 (2016).
  49. R. A. Arefev, V. N. Kiroy, N. V. Bulat et al., J. Neurosci. Methods, 361, 1 (2021).
  50. E. Meisami. Chem. Senses, 15 (4), 407 (1990).
  51. F. Pain, B. L. Heureux, and H. Gurden, Cell. Mol. Life Sci., 68, 2689 (2011).
  52. R. Iwata, H. Kiyonari, and T. Imai, Neuron, 96 (5), 1139 (2017).
  53. L. Zhuang, T. Guo, D. Cao, et al., Biosens. Bioelectron., 67, 694 (2015).
  54. K. Gao, S. Li, L. Zhuang, et al., Biosens. Bioelectron., 102, 150 (2018).
  55. E. Shor, P. Herrero-Vidal, A. Dewan, et al., Biosens. Bioelectron., 195, 113664 (2022).
  56. P. Zhu, S. Liu, Y. Tian, et al., ACS Chem. Neurosci., 13 (12), 1727 (2022).
  57. R. Biran, D. C. Martin, and P. A. Tresco. J. Biomed. Mater. Res. A, 82(1),169 (2007).
  58. J. Thelin, H. Jorntell, E. Psouni, et al., PLoS One, 6 (1), e16267 (2011).
  59. L. S. Kumosa. Adv. Sci. (Weinh), 10 (6), e2205095 (2023).
  60. G. J. Broussard and L. Petreanu, J. Neurosci. Methods, 360, 109251 (2021).
  61. M. Wachowiak, W. Denk, and R. W. Friedrich. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101 (24), 9097 (2004).
  62. M. Robbins, C. N. Christensen, C. F. Kaminski, et al., F1000Res., 10, 258 (2021).
  63. J. Strotmann, S. Conzelmann, A. Beck, et al., J. Neurosci., 20 (18), 6927 (2000).
  64. A. Nakashima, N. Ihara, M. Shigeta, et al., Science, 365 (46), 1 (2019).
  65. K. Zhu, S. Burton, M. Nagai, et al., Nature Commun., 13(1), 5137 (2022).
  66. M. C. Cheung, W. Jang, J. E. Schwob, et al., Front. Neural. Circuits, 7, 207 (2014).
  67. C. Guo, G. J. Blair, M. Sehgal, et al. Sci. Adv., 9(16), eadg391 (2023).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023