Biosensor systems: determination of optimal time parameters of olfactory stimulation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Biosensor systems are improving swiftly and become increasingly important in areas such as defense and security, medical field, especially, cancer screening and detection, environmental quality monitoring, and so forth. The present work describes the development of a biosensor system, based on the use of macrosmatic animal olfactory bulb (OB) visualized by optical imaging of odor-evoked glomerular activity patterns. The difficulties that automatic detection of odor-evoked patterns presents under multiple stimulation are associated with adaptation processes, which are manifested as a reversible change in the sensitivity of the neural structures of the olfactory system. The optimal stimulus duration and interstimulus intervals for stabilizing the glomerular response and getting images of glomerular activity patterns under the multiple odor stimulation with constant accuracy have been experimentally found. The results obtained show the availability of other resource in addition to the existing tools used for the development of biosensor systems.

About the authors

A. E Matukhno

Southern Federal University

Rostov-on-Don, Russia

M. V Petrushan

Southern Federal University

Rostov-on-Don, Russia

L. V Lysenko

Southern Federal University

Email: lalv@sfedu.ru
Rostov-on-Don, Russia

V. N Kiroy

Southern Federal University

Rostov-on-Don, Russia

References

  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).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».