Journal of Ilam University of Medical Sciences

fa اندازه‌گیری نوروترانسمیتر گلوتامات در مغز موش صحرایی نر با استفاده از زیست حسگر الکتروشیمیایی مبتنی بر آنزیم گلوتامات اکسیداز Measurement of Glutamate Neurotransmitter in the Brain of Male Rat Using Glutamate Oxidase-Based Electrochemical Biosensor بیو شیمی بالینی clinical biochemistry پژوهشي Research مقدمه: گلوتامات اکسیداز (GluOx; EC 1.4.3.11)، به عنوان یک آنزیم اکسیدوردوکتاز، اکسیداسیون گلوتامات را به آلفا-کتوگلوتارات، آمونیاک و هیدروژن پراکساید (H2O2) کاتالیز می‌کند. در این واکنش مقدار H2O2 متناسب با غلظت گلوتامات بوده و به وسیله‌ی زیست حسگر الکتروشیمیایی قابل ردیابی است. مانند سایر زیست حسگرهای مبتنی بر آنزیم، گلوتامات اکسیداز یکی از عناصر کلیدی در ساخت زیست حسگرهای گلوتامات است. همچنین این حسگرهای زیستی توانایی شناسایی آنالیت‌‌های بیولوژیکی مانند گلوتامین، آمونیاک و کراتینین را دارا هستند. حسگرهای زیستی مبتنی بر گلوتامات اکسیداز در اندازه‌گیری‌های کمی و کیفی در شیمی تجزیه، تعیین کیفیت محصولات غذایی و تشخیص زود هنگام اختلالات قلبی و کبدی در بیوشیمی بالینی نیز کاربردهای زیادی دارند. با توجه به اهمیت نوروترانسمیتر عصبی گلوتامات در عملکردهای مختلف مغز، در این مطالعه اندازه‌‌گیری آن در مغز موش‌‌های صحرایی نر نژاد ویستار با استفاده از حسگر زیستی مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش ها: برای اندازه‌گیری گلوتامات، ابتدا یک حسگر زیستی مبتنی بر گلوتامات اکسیداز با تثبیت همزمان آنزیم و چیتوسان بر روی سطح الکترود پلاتینی ساخته شد. سپس حیوانات قربانی و مغز آن‌‌ها خارج شده و در بافر فسفات قرار گرفت. سپس بافر فسفات محتوی مغز سانتریفوژ شده تا مخلوطی کاملاً یکنواخت ایجاد شود. در نهایت، غلظت گلوتامات در نمونه‌‌های مغز با استفاده از زیست حسگر ساخته شده با تکنیک ولتامتری چرخه‌‌ای اندازه‌‌گیری شد. یافته‌ها: نتایج آزمایش‌های ولتامتری چرخه‌ای نشان داد که پیک جریان کاتدی زیست حسگر ساخته شده µA  812/0 بود. همچنین منحنی کالیبراسیون حاکی از آن بود که پاسخ حسگر زیستی تا mM  1 خطی بوده و غلظت گلوتامات در نمونه‌های مغزی برابر با µM  5/63 بوده است. بحث و نتیجه‌گیری: آزمایش‌های ولتامتری چرخه‌ای نشان داد که غلظت H2O2 تولید شده در طی فعالیت کاتالیتیکی گلوتامات اکسیداز، کاملاً متناسب با غلظت گلوتامات است. همچنین، این مطالعه نشان داد علی‌رغم غلظت بسیار ناچیز نوروترانسمیتر گلوتامات، زیست حسگر الکتروشیمیایی مبتنی بر گلوتامات اکسیداز می‌تواند به طور دقیق آن را از نظر کیفی و کمی در نمونه‌‌های بیولوژیکی مانند مغز شناسایی کند. Introduction: Glutamate oxidase (GluOx; EC 1.4.3.11), as an oxidoreductase enzyme, catalyzes the oxidation of glutamate to α-ketoglutarate, ammonia, and hydrogen peroxide (H2O2). In this reaction, the amount of H2O2 is proportional to the concentration of glutamate and its concentration can be measured by using an electrochemical biosensor. The same as other enzyme-based biosensors, glutamate oxidase is one of the key elements in the construction of glutamate biosensors. Such biosensors are fully capable of identifying biological analytes, such as glutamine, ammonia, and creatinine. In addition, glutamate oxidase-based biosensors have many applications in quantitative and qualitative measurements in analytical chemistry, determining the quality of food products, as well as early detection of heart and liver disorders in clinical biochemistry. Considering the importance of the glutamate neurotransmitter in various brain functions, this study investigated its measurement in the brain of male Wistar rats by using a glutamate oxidase-based biosensor. Material & Methods: In order to measure glutamate, initially, a glutamate oxidase-based biosensor was made by simultaneously immobilizing the enzyme and chitosan on the platinum electrode surface. Then, the animals were sacrificed, and their brains were removed and placed in a phosphate buffer. Afterward, the contents of the brain were centrifuged to create a completely uniform mixture. Finally, the concentration of glutamate in the prepared brain samples was measured using the fabricated biosensor by the cyclic voltammetry technique. Findings: The results of cyclic voltammetry experiments showed that the cathodic peak current of the fabricated biosensor was 0.812 µA. Moreover, the calibration curve indicated that the biosensor response was linear up to 1 mM and glutamate concentration in brain samples was also equal to 63.5 µM. Discussion & Conclusion: The cyclic voltammetry experiments showed that the concentration of H2O2, which is produced during the catalytic activity of glutamate oxidase, is completely proportional to the concentration of glutamate oxidase. Furthermore, this study showed that, despite the very low concentration of glutamate neurotransmitters, the glutamate oxidase-based electrochemical biosensor can precisely identify it qualitatively and quantitatively in biological samples, such as brain samples. گلوتامات, گلوتامات اکسیداز, زیست حسگر الکتروشیمیایی, ولتا متری چرخه‌ای, چیتوسان Chitosan, Cyclic voltammetry, Electrochemical biosensor, Glutamate oxidase, Glutamate 65 75 http://sjimu.medilam.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-7357-1&slc_lang=fa&sid=1 Faezeh Faraji فائزه فرجی visionbsh@gmail.com 9600319475328460046676 9600319475328460046676 No Dept of Biology, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم و فناوری‌های همگرا، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، ایران Hassan Tavakoli حسن توکلی Tavakoli@bmsu.ac.ir 9600319475328460046677 9600319475328460046677 Yes Radiation Injuries Research Center, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran مرکز تحقیقات آسیب‌های تابشی، دانشگاه علوم پزشکی بقیه الله (عج)، تهران، ایران Mahvash Jafari مهوش جعفری m.jafari145@gmail.com 9600319475328460046678 9600319475328460046678 No Dept of Biochemistry, Faculty of Medicine, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran گروه بیوشیمی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی بقیه الله (عج)، تهران، ایران Akram Eidi اکرم عیدی eidi@srbiau.ac.ir 9600319475328460046679 9600319475328460046679 No Dept of Biology, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم و فناوری‌های همگرا، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، ایران Adeleh Divsalar عادله دیوسالار divsalar@khu.ac.ir 9600319475328460046680 9600319475328460046680 No Dept of Cell and Molecular Sciences, Faculty of Biological Sciences, Kharazmi University, Tehran, Iran گروه سلولی و مولکولی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران