Adams As Potential Regulators of Stem Cell Quiescence in the Olfactory Epithelium

I demonstrate that a member of the protein family A Disintegrin and Metalloprotease (ADAM), ADAM23, is expressed in the olfactory epithelium (OE) and may inhibit neural progenitor cell (NPC) proliferation. I generated a list of ten gene candidates and selected ADAM23 for further study, based on its conserved protein structure and accumulating evidence for its role in cell cycle progression of proliferative cells. I next determined ADAM23 protein localization using immunohistochemistry and measured both mRNA and protein expression post-lesion with RT-qPCR and Western blot. ADAM23 is expressed in multiple cell types of the OE, including glial Sustentacular (Sus) cells and neurons. There are four splice variants present in the OE, and mRNA expression decreases three to four-fold post-lesion but recovers to pre-lesion levels within two weeks (p\u3c0.05, ANOVA). ADAM23 is poised to regulate NPC quiescence through contact with Sus cell end-feet. It may also facilitate important Sus:neuron interactions

A biophysical model explains the spontaneous bursting behavior in the developing retina

During early development, waves of activity propagate across the retina and play a key role in the proper wiring of the early visual system. During the stage II these waves are triggered by a transient network of neurons, called Starburst Amacrine Cells (SACs), showing a bursting activity which disappears upon further maturation. While several models have attempted to reproduce retinal waves, none of them is able to mimic the rhythmic autonomous bursting of individual SACs and reveal how these cells change their intrinsic properties during development. Here, we introduce a mathematical model, grounded on biophysics, which enables us to reproduce the bursting activity of SACs and to propose a plausible, generic and robust, mechanism that generates it. The core parameters controlling repetitive firing are fast depolarizing $V$-gated calcium channels and hyperpolarizing $V$-gated potassium channels. The quiescent phase of bursting is controlled by a slow after hyperpolarization (sAHP), mediated by calcium-dependent potassium channels. Based on a bifurcation analysis we show how biophysical parameters, regulating calcium and potassium activity, control the spontaneously occurring fast oscillatory activity followed by long refractory periods in individual SACs. We make a testable experimental prediction on the role of voltage-dependent potassium channels on the excitability properties of SACs and on the evolution of this excitability along development. We also propose an explanation on how SACs can exhibit a large variability in their bursting periods, as observed experimentally within a SACs network as well as across different species, yet based on a simple, unique, mechanism. As we discuss, these observations at the cellular level have a deep impact on the retinal waves description.Comment: 25 pages, 13 figures, submitte

La cellule amacrine AII comme cible pour la restauration de la vision avec l'optogénétique

La perte progressive des photorécepteurs chez les patients atteints de rétinite pigmentaire et d'autres maladies dégénératives de la rétine est une cause majeure de cécité. Des progrès ont été réalisés récemment dans l'application de l'optogénétique pour restaurer la vision dans des modèles animaux exprimant des protéines optogénétiques dans les photorécepteurs restants, les cellules bipolaires de la couche intermédiaire ou les cellules ganglionnaires de la couche de sortie de la rétine, afin de les rendre sensibles à la lumière. Aux stades avancés de la maladie, il reste peu de photorécepteurs et le ciblage des cellules ganglionnaires limite le traitement visuel normal qui peut être préservé. Par exemple, lorsqu'une opsine est exprimée dans les cellules ganglionnaires, les cellules ganglionnaires OFF, sensibles à la diminution de la lumière dans la rétine normale, vont changer de polarité et devenir ON, c'est-à-dire sensibles à l'augmentation de la lumière. Les stratégies actuelles de restauration de la vision ne restaurent donc qu'une quantité limitée du traitement rétinien. Nous présentons ici une stratégie de restauration de la vision dans laquelle nous ciblons les cellules amacrines de type AII. Cet interneurone est connecté aux cellules bipolaires On et Off par des synapses préservant et inversant le signe, respectivement. Nos résultats, issus d'enregistrements multiélectrodes ex vivo sur la rétine de souris, montrent que la stimulation optogénétique des cellules amacrines AII permet de générer des réponses ON et OFF chez les cellules ganglionnaires dans les rétines normales et dégénérées. En comparant les réponses à une stimulation lumineuse normale avec les réponses à une stimulation optogénétique, nous avons constaté que la majorité des cellules ganglionnaires, sensibles aux deux stimuli, conservaient leur polarité entre les deux conditions, ce qui suggère que des voies similaires sont activées dans la stimulation normale et optogénétique. Nous montrons que cette stratégie permet également de restaurer la diversité des réponses des cellules ganglionnaires, au-delà de leur nature ON-OFF. Ces résultats indiquent que l'AII pourrait être une cible utile pour la restauration de la vision dans le futur.The progressive loss of photoreceptors in patients with retinitis pigmentosa and other retinal degenerative diseases is a major cause of blindness. Strides have been made recently in applying optogenetics to restore vision in animal models by targeting opsin expression to remaining photoreceptors, intermediate layer bipolar cells, and output layer retinal ganglion cells. In later stages of the disease, few photoreceptors remain, and targeting ganglion cells limits the normal visual processing that can be preserved. For example, when an opsin is expressed in ganglion cells, OFF ganglion cells, sensitive to light decrease in the normal retina, will switch polarity and become ON, i.e. sensitive to light increase. Current vision restoration strategies thus only restore a limited amount of retinal processing. Here we present a vision restoration strategy where we target the AII amacrine cell. This interneuron connects the On and Off visual pathways through both sign-preserving and sign-inverting synapses. Our results, from ex vivo mouse retina multielectrode array recordings, show that optogenetic stimulation of AII amacrine cells can generate both ON and OFF ganglion cell responses in both normal and degenerated retinas. By comparing responses to normal light stimulation with responses to optogenetic stimulation, we found that the majority of ganglion cells, responsive to both stimuli, maintained their polarity between the two conditions, suggesting that similar pathways are activated in normal and optogenetic stimulation. We show that this strategy also allows restoring the diversity of ganglion cell responses, beyond their ON-OFF nature. These results indicate that the AII could be a useful target for vision restoration in the future

La cellule amacrine AII comme cible pour la restauration de la vision avec l'optogénétique

The progressive loss of photoreceptors in patients with retinitis pigmentosa and other retinal degenerative diseases is a major cause of blindness. Strides have been made recently in applying optogenetics to restore vision in animal models by targeting opsin expression to remaining photoreceptors, intermediate layer bipolar cells, and output layer retinal ganglion cells. In later stages of the disease, few photoreceptors remain, and targeting ganglion cells limits the normal visual processing that can be preserved. For example, when an opsin is expressed in ganglion cells, OFF ganglion cells, sensitive to light decrease in the normal retina, will switch polarity and become ON, i.e. sensitive to light increase. Current vision restoration strategies thus only restore a limited amount of retinal processing. Here we present a vision restoration strategy where we target the AII amacrine cell. This interneuron connects the On and Off visual pathways through both sign-preserving and sign-inverting synapses. Our results, from ex vivo mouse retina multielectrode array recordings, show that optogenetic stimulation of AII amacrine cells can generate both ON and OFF ganglion cell responses in both normal and degenerated retinas. By comparing responses to normal light stimulation with responses to optogenetic stimulation, we found that the majority of ganglion cells, responsive to both stimuli, maintained their polarity between the two conditions, suggesting that similar pathways are activated in normal and optogenetic stimulation. We show that this strategy also allows restoring the diversity of ganglion cell responses, beyond their ON-OFF nature. These results indicate that the AII could be a useful target for vision restoration in the future.La perte progressive des photorécepteurs chez les patients atteints de rétinite pigmentaire et d'autres maladies dégénératives de la rétine est une cause majeure de cécité. Des progrès ont été réalisés récemment dans l'application de l'optogénétique pour restaurer la vision dans des modèles animaux exprimant des protéines optogénétiques dans les photorécepteurs restants, les cellules bipolaires de la couche intermédiaire ou les cellules ganglionnaires de la couche de sortie de la rétine, afin de les rendre sensibles à la lumière. Aux stades avancés de la maladie, il reste peu de photorécepteurs et le ciblage des cellules ganglionnaires limite le traitement visuel normal qui peut être préservé. Par exemple, lorsqu'une opsine est exprimée dans les cellules ganglionnaires, les cellules ganglionnaires OFF, sensibles à la diminution de la lumière dans la rétine normale, vont changer de polarité et devenir ON, c'est-à-dire sensibles à l'augmentation de la lumière. Les stratégies actuelles de restauration de la vision ne restaurent donc qu'une quantité limitée du traitement rétinien. Nous présentons ici une stratégie de restauration de la vision dans laquelle nous ciblons les cellules amacrines de type AII. Cet interneurone est connecté aux cellules bipolaires On et Off par des synapses préservant et inversant le signe, respectivement. Nos résultats, issus d'enregistrements multiélectrodes ex vivo sur la rétine de souris, montrent que la stimulation optogénétique des cellules amacrines AII permet de générer des réponses ON et OFF chez les cellules ganglionnaires dans les rétines normales et dégénérées. En comparant les réponses à une stimulation lumineuse normale avec les réponses à une stimulation optogénétique, nous avons constaté que la majorité des cellules ganglionnaires, sensibles aux deux stimuli, conservaient leur polarité entre les deux conditions, ce qui suggère que des voies similaires sont activées dans la stimulation normale et optogénétique. Nous montrons que cette stratégie permet également de restaurer la diversité des réponses des cellules ganglionnaires, au-delà de leur nature ON-OFF. Ces résultats indiquent que l'AII pourrait être une cible utile pour la restauration de la vision dans le futur

HYPER localized hyperthermia – early results

In magnetic fluid hyperthermia (MFH), Magnetic Nanoparticles (MNPs) dissipate heat when exposed to alternating magnetic fields (AMF). MFH is used for targeted energy deposition for targeted drug-delivery or cancer therapy. To avoid heat deposition in all areas with high particle concentration, a gradient field featuring a field-free area (FFR) can be utilized to isolate heating a target region. In this work, we present preliminary results with a localized hyperthermia system, HYPER, that features a mechanically actuated gradient that enables adjusting the heating region’s size and position. The size of the heating region in our prototype is verified by measuring the full width at half maximum (FWHM) of the specific absorption rate (SAR) point spread function (PSF) and compared to a theoretical heating model.   Int. J. Mag. Part. Imag. 6(2), Suppl. 1, 2020, Article ID: 2009061, DOI: 10.18416/IJMPI.2020.200906