$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Micropatterning من الخلايا العصبية يحمل إمكانات كبيرة لتجديد الأنسجة1،2،3،4،5 وتطوير الأجهزة العصبية الإلكترونية6،7،8. ومع ذلك ، فإن تحديد المواقع على نطاق ميكرون من الخلايا العصبية في قرار المكانية عالية ، كما هو الحال في الأنسجة البيولوجية ، يشكل تحديا كبيرا. يتطلب تشكيل هياكل مصممة مسبقا على هذا النطاق توجيه عمليات الخلايا العصبية من خلال التحكم محليا في حركة سوما و النمو المحوري. وقد اقترحت الدراسات السابقة استخدام الإشارات الكيميائية والفيزيائية9,10,11,12 لتوجيه نمو الخلايا العصبية. هنا، يركز نهج جديد على التحكم في تحديد مواقع الخلايا من خلال تدرجات المجال المغناطيسي13و14و15و16و17،وتحويل الخلايا المحملة بال MNPs إلى وحدات حساسة مغناطيسيا، والتي يمكن التلاعب بها عن بعد.
Kunze وآخرون، الذين يتميزون القوة اللازمة للحث على الاستجابات الخلوية باستخدام رقاقة المغناطيسي و MNP الخلايا المحملة، أثبتت أن استطالة أكسنال في وقت مبكر يمكن أن يكون سببها التوتر الميكانيكي داخل الخلايا18. وأكد تاي وآخرون أن الركائز الدقيقة المصنعة مع تدرجات المجال المغناطيسي المحسنة تسمح بالتحفيز اللاسلكي للدوائر العصبية التي يتم غمرها بال MNPs باستخدام أصباغ مؤشر الكالسيوم19. وعلاوة على ذلك، Tseng وآخرون تجمع الجسيمات النانوية داخل الخلايا، مما أدى إلى القوى المترجمة بوساطة الجسيمات النانوية التي اقتربت من التوتر الخلوي20. وأدى ذلك إلى تصنيع أنماط محددة من الركائز المغناطيسية الدقيقة التي ساعدت على دراسة الاستجابة الخلوية للقوى الميكانيكية. تم تحقيق التوتر الخلوي الناشئ عن تطبيق القوات المترجمة بوساطة الجسيمات النانوية عن طريق تجميع الجسيمات النانوية داخل الخلايا20. تم تطوير نظام هجين مكمل لأكسيد المعادن (CMOS) - microfluidic من قبل Lee وآخرون الذين دمجوا مجموعة من المغناطيسات الكهربائية الدقيقة في رقاقة CMOS للتحكم في حركة الخلايا الفردية الموسومة بالخرز المغناطيسي21.
استخدم ألون وآخرون منصات مغناطيسية على نطاق صغير، مبرمجة مسبقا، ك "نقاط ساخنة" مغناطيسية لتحديد موقع الخلايا22. ويمكن أيضا تحفيز نشاط محدد داخل الخلايا باستخدام صفائف مغناطيسية صغيرة النقش لترجمة الجسيمات النانوية في مواقع محددة دون الخلوية23. وقد ثبت امتصاص MNP الخلوية بنجاح في الخلايا العصبية الأولية اللخش, الفئران, والفأر24,25,26. هنا، وقد ثبت هذا على خط الخلية PC12 الفئران pheochromocytoma، والتي تم الإبلاغ عنها سابقا لإظهار امتصاص عالية من MNPs27. في السنوات الأخيرة ، كانت هناك تطبيقات طبية مختلفة من أعضاء البرلمان ، بما في ذلك تسليم الأدوية والعلاج الحراري في علاجات السرطان28،29،30،31. على وجه التحديد، تتناول الدراسات تطبيق MNPs وشبكات الخلايا العصبية32،33،34،35. ومع ذلك ، فإن التنظيم المغناطيسي للخلايا العصبية باستخدام MNPs على مستوى خلية واحدة يستحق المزيد من التحقيق.
في هذا العمل، تم وصف نهج من أسفل إلى أعلى لهندسة القوى المغناطيسية المحلية عبر منصات مصممة مسبقا للسيطرة على ترتيب الخلايا العصبية. وقد تم تقديم تلفيق أنماط ميكرون على نطاق متعدد FM. هذا فريدة من نوعها, FM هيكل متعدد الطبقات يخلق المغناطيسية عمودي مستقرة أن يؤدي إلى قوى الجذب فعالة نحو جميع الأنماط المغناطيسية. عن طريق الحضانة، تم تحميل MNPs في خلايا PC12، وتحويلها إلى وحدات حساسة مغناطيسية. وكانت الخلايا المحملة بال MNP، المطلية والمتمايزة فوق المنصات المغناطيسية، مرتبطة بشكل تفضيلي بالأنماط المغناطيسية، وكان نمو النيوريت متوافقا بشكل جيد مع شكل النمط، مما شكل شبكات موجهة. وقد وصفت عدة طرق لوصف الخصائص المغناطيسية للمتعددة الطبقات FM وNPs, وقدمت أيضا تقنيات لامتصاص MNP الخلوية و المقايسات صلاحية الخلية. بالإضافة إلى ذلك، يتم تفصيل المعلمات المورفومترية لنمو الخلايا العصبية والتحليل الإحصائي للنتائج.