A modified development protocol and concomitant characterisation of a first generation biosensor for the detection of brain extracellular D-serine is reported. Functional parameters important for neurochemical monitoring, including sensor sensitivity, O2 interference, selectivity, shelf-life and biocompatibility were examined. Construction and development involved the enzyme D-amino acid oxidase (DAAO), utilising a dip-coating immobilisation method employing a new extended drying approach. The resultant Pt-based polymer enzyme composite sensor achieved high sensitivity to D-serine (0.76 ± 0.04 nA.mm-2. μM-1) and a low μM limit of detection (0.33 ± 0.02 μM). The in-vitro response time was within the solution stirring time, suggesting potential sub-second in-vivo response characteristics. Oxygen interference studies demonstrated a 1% reduction in current at 50 μM O2 when compared to atmospheric O2 levels (200 μM), indicating that the sensor can be used for reliable neurochemical monitoring of D-serine, free from changes in current associated with physiological O2 fluctuations. Potential interference signals generated by the principal electroactive analytes present in the brain were minimised by using a permselective layer of poly(o-phenylenediamine), and although several D-amino acids are possible substrates for DAAO, their physiologically relevant signals were small relative to that for D-serine. Additionally, changing both temperature and pH over possible in vivo ranges (34 - 40 °C and 7.2 - 7.6 respectively) resulted in no significant effect on performance. Finally, the biosensor was implanted in the striatum of freely moving rats and used to monitor physiological changes in D-serine over a two-week period.

Abstract Autism Spectrum Disorders (ASD) are predominantly developmental in nature and largely genetically determined. There are some human data supporting the idea that fever can improve symptoms in some individuals but the human data for this are limited and there are almost no data to support this from animal models. In the current study we used a whole body hyperthermia (WBH) protocol and systemic inflammation induced by bacterial endotoxin (LPS) to dissociate temperature and inflammatory elements of fever in order to examine the impact of these environmental stressors on behavioural signs in two animal models relevant to ASD: C58BL/6 and Shank3B- mice. While only LPS induced inflammatory signatures in the brain, WBH and LPS induced both overlapping and distinct neuronal cFos activation in several brain regions and modest effects on heat shock gene expression. In behavioural experiments LPS significantly suppressed most activities over 24-48 hours while WBH reduced repetitive behaviours and improved social interaction in C58BL/6 mice. In Shank3B- mice WBH significantly reduced compulsive grooming. The data are the first, to our knowledge, to demonstrate that elevated body temperature, in the absence of underpinning inflammation, can improve some behavioural signs in two distinct animal models of ASD. Given the developmental and genetic nature of ASD, evidence that symptoms may be ameliorated by environmental perturbations indicates that there are possibilities for improving function in these individuals.

Abstract(250) Loss of basal forebrain cholinergic projections occurs in Alzheimer’s disease, frontotemporal dementia and in aging. Moreover, nicotinic stimulation is anti-inflammatory in macrophages and microglia but how loss of basal forebrain acetylcholine impacts on microglial phenotype is poorly understood. Here we hypothesized that endogenous ACh maintains homeostatic microglial phenotype and that neurodegeneration-evoked loss of ACh tone, triggers microglial activation. Using the specific immunotoxin, mu-p75 NTR -saporin, we performed partial lesions of the basal forebrain cholinergic nuclei, medial septum and ventral diagonal band. We examined microglial phenotype in the hippocampus, the major projection area for these nuclei, using bulk RNA preparations, Flow cytometry-sorted microglial cells, immunohistochemistry and ELISA to examine responses to cholinergic withdrawal and acute responses to subsequent systemic inflammation with LPS. Basal forebrain cholinergic degeneration elicited lasting activation of microglia in the hippocampus, showing suppression of Sall1 and persistent elevation of Trem2, Clec7a, Itgax and complement genes proportionate to Chat loss. These primed microglia showed exaggerated IL-1β responses to systemic LPS challenge. In normal animals LPS evoked acute increases in extracellular choline, a proxy for ACh release, and this response was lost in lesioned animals. Restoration of basal cholinergic signalling via serial treatments with the nicotinic agonist PNU282,987 resulted in reversion to the homeostatic microglial phenotype and prevented exaggerated responses to acute systemic inflammation. The data indicate that neurodegeneration-evoked loss of cholinergic tone, triggers microglial activation via impaired microglial nicotinic signalling and leaves these microglia more vulnerable to secondary inflammatory insults. The data have implications for neuroinflammation during aging and neurodegeneration and for responses to sepsis and systemic inflammation.