Method Article

التعديل العصبي الناجم عن الموجات فوق الصوتية باستخدام نظام مصفوفة الأقطاب الكهربائية الدقيقة

July 8th, 2025

In This Article

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المصدر: Liang، R. et al.، التعديل العصبي بالموجات فوق الصوتية المركزة للثقافات العصبية البشرية في المختبر في مصفوفات الأقطاب الكهربائية الدقيقة متعددة الآبار. J. Vis. إكسب. (2024)

يوضح هذا الفيديو طريقة تحفيز تعديل النشاط العصبي في الخلايا العصبية البشرية المستمدة من iPSC في مجموعة أقطاب كهربائية دقيقة متعددة الآبار ، أو نظام MEA باستخدام محول طاقة بالموجات فوق الصوتية المركزة.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
< p class = "jove_title" >1. تحضير المواد

  1. استنشق وسط الثقافة واستخدمه لملء بئر واحد في لوحة ثقافة الخلايا العصبية المكونة من 24 بئرا باستخدام مصفوفة أقطاب كهربائية دقيقة مدمجة (MEA) (الشكل 1 أ).
    2. قم
  2. بتعقيم واجهة البارافيلم والشريط المطاطي ومخروط الموجات فوق الصوتية المركزة (FUS) بالغشاء المطاطي باستخدام 70٪ من الإيثانول لمدة 10 دقائق ، ووضعها في غطاء الدخان لتجميعها لاحقا.
  3. ديغا 300 مل من الماء منزوع الأيونات و 50 مل من هلام التوصيل. قم بالطرد المركزي للماء والهلام عند 160 × جم لمدة 5 دقائق لتجنب إحداث التجويف داخل وسط التوصيل.
    ملاحظه: المصدر الأصلي للخلايا الجذعية متعددة القدرات المستحثة عن الإنسان (HiPSCs) هو من خطوط خلايا GM01582 و CIPS. في المتوسط ، يمكن تحقيق كثافة 5 × 104 خلايا عصبية حركية و 2.5 × 104 خلايا نجمية لكل بئر.

2. توصيل وإعداد الأجهزة الطرفية

  1. قم بتأمين مخروط FUS في محول الطاقة باستخدام البراغي ، وأغلق المخروط بغشاء مطاطي مرن في غطاء معقم جيد التهوية. املأ المخروط بالماء منزوع الغازات ومنزوع الأيونات (DG-DI) من الخطوة 1.3 ، وتأكد من عدم وجود فقاعات في المخروط لتجنب التجويف.
  2. استخدم قضيبا ملوبا مخصصا لتأمين الحامل المطبوع ثلاثي الأبعاد في إطار (الشكل 1 ب). ضع الإطار بحيث يكون رأس محول الطاقة FUS فوق البئر الذي سيتم تحفيزه.
  3. استخدم شريطا مطاطيا لتأمين البارافيلم فوق البئر على صفيحة MEA المكونة من 24 بئرا والتي تحتوي على الوسط و HiPSCs.
  4. قم بإعداد نظام FUS عن طريق توصيل إلكترونيات المحرك الخلفية لمحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، في هذه الحالة ، خرج طاقة محول الطاقة (TPO) ، بمأخذ طاقة 100-240 فولت وتوصيل الشبكة المطابقة ب TPO ومحول الطاقة FUS. تضمن شبكة المطابقة اقتران كهربائيا فعالا بين محول الطاقة و TPO.
  5. قم بتوصيل نظام MEA بمأخذ طاقة (100-240 فولت) (الشكل 2 ب ، التوصيل 5). قم بتوصيل منفذ مزامنة نظام MEA ب TPO (الشكل 2B ، الاتصال 3). سيؤدي هذا الاتصال إلى مزامنة الحصول على البيانات بواسطة نظام MEA مع تحفيز FUS.
  6. ضع لوحة MEA المكونة من 24 بئرا في نظام MEA ، وقم بإزالة الغطاء لتمكين الاتصال المباشر بين محول الطاقة والبئر. ضع محول الطاقة 5-10 مم فوق لوحة البئر لإفساح المجال لجل التوصيل منزوع الغازات ، كما هو موضح في الخطوة 3.2 (الشكل 2 أ والشكل 1 ب).
< p class = "jove_title" >3. التحفيز واكتساب الإشارات العصبية

  1. اضبط معلمات FUS على لوحة تحكم TPO (الجدول 1).
  2. ضع جل التوصيل أعلى البارافيلم ، وقم بخفض محول الطاقة FUS في جل التوصيل ، مما يضمن ملامسة الجل بأقل قدر من فقاعات الهواء (الشكل 1 أ).
  3. ابدأ تسجيل نظام MEA بالنقر فوق الزر "ابدأ" على واجهة المستخدم.
  4. ابدأ صوتنة FUS بالضغط على الزر الأيمن السفلي على TPO (الشكل 2 أ ، التسمية 7) ، وانتظر 5 دقائق على الأقل بين كل جولة من الصوتنة للسماح للخلايا العصبية بالعودة إلى حالة خط الأساس.
  5. استخدم نبضة الزناد التي تم إنشاؤها بواسطة نظام FUS لمحاذاة تسلسل تحفيز FUS مع تسجيل MEA (الشكل 1B ، الاتصال 3).
< p class = "jove_content" >الجدول 1: معلمات الموجات فوق الصوتية المركزة (FUS) الموضوعة على TPO

البارامتر قيمة أقصى قوة / قناة 1.200 واط واقعية 0.749 واط/قناة ISPPA 10.79 واط/سم2 ISPTA 0.05 واط / سم2 طول الاندفاع 0.100 مللي ثانية تردد 250.00 كيلو هرتز ركز 39.800 ملم مرحلة زمنية 20.000 مللي ثانية الموقت 60.000 ثانية

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "1" >figure-results-1
الشكل 1: التعديل العصبي FUS باستخدام مصفوفة أقطاب كهربائية دقيقة متعددة الآبار (MEA). (أ) تخطيطي لإعداد التعديل العصبي FUS مع MEA متعدد الآبار. تنتشر الموجات الصوتية الناتجة عن محول الطاقة FUS من خلال مخروط FUS مملوء بالماء منزوع الغازات ويتم اقترانها باستخدام هلام الموجات فوق الصوتية. يتم تثبيت البارافيلم في البئر باستخدام شريط مطاطي لمنع التلوث. ترسل لوحة MEA تسجيلات كهر...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
لم يتم الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Materials

List of materials used in this article Name Company Catalog Number Comments نظام الشرق الأوسط وأفريقيا شركة أكسيون بيوسسٹم مايسترو إيدج معدل أخذ العينات: 11500 هرتز لوحة الشرق الأوسط وأفريقيا شركة أكسيون بيوسسٹم CytoView الشرق الأوسط وأفريقيا القطب الكهربائي والبئر: 16 قطبا كهربائيا في 24 بئرا واجهة لوحة البئر شركة أمكور بارافيلم PM996 ؛ ص 7793 السماكة: 127 ميكرومتر خزان CO2 ومنظم للثقافة شركة AirGas Inc. / Harris Inc. 9296NC التركيز: 5٪ الإعلام الثقافي شركة ThermoFisher لامينين؛ 23017-015 التركيز: 1 ميكروغرام / مل الخلايا العصبية HiPSC بيبروتك CIPS ومشتق GM01582 ؛ 450-10 التركيز: 10 نانوغرام / مل (راجع Taga et al [2021] 13) محول شركة سونيك كونسيبتز CTX250; 008 تردد المركز: 250 كيلو هرتز شبكة المطابقة شركة سونيك كونسيبتز CTX250 ؛ NFS102v2 المقاومة: 50 Ω خرج طاقة محول الطاقة (TPO) شركة سونيك كونسيبتز الإصدار 4.1؛ 020 التردد: من 250 كيلو هرتز إلى 2.5 ميجاهرتز غشاء شركة ماكماستر مطاط السيليكون؛ 5542N115 السماكة: 0.0127 سم جل اقتران شركة باركر المختبرية أكواسونيك 100 ؛ B08DDWG GXB اللزوجة: 130,000-185,000 شرطي الاتصال بحامل المسبار شركة ماكماستر سرقة قضيب الخيوط ؛ 90322A661 الطول: 1-1 / 2 بوصة طويلة هيدروفون شركة سونيك كونسيبتز Y-104; 009 المدى: 50 كيلو هرتز - 1.9 ميجاهرتز خزان المياه شركة سونيك كونسيبتز الوزن الحجم: 30 سم × 30 سم × 30 سم وحدة تكييف المياه شركة سونيك كونسيبتز WCU. SN006 سرعة التدفق: 50 مل / ثانية كحد أقصى الذبذبات شركة Rohde-Schwarz RTC1002 معدل أخذ العينات: حتى 50 ميجاهرتز مرحلة شركة سونيك كونسيبتز MicroStage؛ 2 الدقة: 1 ميكرومتر ورقة حرارية شركة تيتيمب ورقة الكريستال السائل TLCSEN337 المدى: 22-24 درجة مئوية حاسوب Microsoft Surface Surface Pro وحدة المعالجة المركزية i5 1035G4: 3.7 جيجاهرتز برنامج نقل البيانات شركة Mathworks Inc. متلاب الإصدار 2021b برامج المعالجة مؤسسة بايثون للبرمجيات بايثون الإصدار 3.7.10

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Focused Ultrasound NeuromodulationMicroelectrode Array SystemHuman iPSC Derived NeuronsUltrasound Wave TransmissionCoupling Gel ApplicationElectrical Signal RecordingNeuronal Activity ModulationFUS Transducer SetupMEA Plate PreparationBaseline Neuronal Activity

Related Articles