الإثارة الخارجية من الخلايا العصبية باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية في واحدة والثقافات ثنائي الأبعاد

الهدف العام لهذا البروتوكول للتحفيز الكهربائي والمغناطيسي للثقافات أحادية البعد وثنائية الأبعاد هو استخدام الثقافات العصبية بكفاءة كنموذج مخفض لتحفيز الدماغ يمكننا من خلاله استخراج البصيرة والمعلمات المهمة. يتيح لنا استخدام بروتوكول التحفيز الكهربائي الخاص بنا مع الثقافات أحادية البعد قياس معلمات محددة تتعلق بالإثارة العصبية ، على سبيل المثال ، الكروناكس والريوباز في مقصورات مختلفة من الخلايا العصبية. تسمح لنا تقنية التحفيز المغناطيسي بمقارنة تأثير المجالات المغناطيسية مقابل المجالات الكهربائية على الثقافات العصبية.

يسمح لنا هذا النموذج أيضا بتشخيص اضطرابات الدماغ وعلاجها بشكل أفضل. نقترح طريقة فعالة وسهلة لزراعة الشبكات العصبية النمطية في أي نمط تصميم حتى الشبكات أحادية البعد. يمكننا بعد ذلك توجيه المجالات المغناطيسية الكهربائية والمتغيرة بالوقت فيما يتعلق بهذه الشبكات لفصل ومراقبة المساهمات من مقصورات مختلفة من الخلايا العصبية.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها لا تتطلب أشخاصا بشريا أو نماذج حيوانية تتيح بحثا مكثفا وشاملا عن المعلمات الصحيحة للتحفيز العصبي. سيوضح الإجراء يوري بورنشيف ، فني من مختبري وعامي أيزن ، طالب دكتوراه في المختبر. للبدء ، قم بإعداد الثقافات العصبية المزخرفة عن طريق زرع الخلايا العصبية على أغطية زجاجية مغلفة جزئيا بطبقة رفض بيولوجي.

للقيام بذلك ، قم بتنظيف أغطية 25 ملم. وباستخدام آلة الاخرق ، قم بتغطية الغطاء بطبقة رافض حيوي. اضبط المعلمات لعملية الترسيب لإنشاء طبقة تتكون من طبقة رقيقة من الكروم من ستة إلى 10 أنجستروم ، مما يضمن ثبات الطلاء وطبقة ذهبية بسمك 30 أنغستروم توفر للطلاء تفاعل الثيول.

بمجرد اكتمال العملية ، قم بإزالة الغطاء من آلة الاخرق وافحص الطلاء الذي تم الحصول عليه. بعد ذلك ، قم بتجميع نظام راسمة قلم معدل عن طريق استبدال طرف الحبر لقلم الراسمة بإبرة نقش معدنية حادة. ضع لوحا مطاطيا ملصقا على صفيحة صلبة في الراسمة بحيث يتم ضمان سطح قوي وعالي الاحتكاك أثناء النقش.

بعد ذلك ، اضبط موضع الورقة بالضغط على الأزرار المتوفرة على الراسمة بمجرد وضع الصفيحة المطاطية في مكانها ، ضع الماصة قطرة صغيرة من الماء على سطحها وضع الغطاء المطلي مسبقا فوق القطرة. بعد ذلك ، باستخدام الراسمة ، قم بحفر الطبقات المعدنية عن طريق الخدش المتكرر الذي يولد خطا بسمك 200 ميكرومتر لإنشاء الأنماط المطلوبة.

قبل التحفيز الكهربائي ، ضع الغطاء المصنف في غرفة التصوير. لتحفيز الخلايا بمجال كهربائي ذو اتجاه ثابت ، استخدم قطبين متوازيين مفصولين ب 11 ملم ويقرعان على جانبي المزرعة المطلية على أغطية 13 ملم. بعد ذلك ، قم بتجميع غرفة تصوير الثقافة وحامل القطب المطابق بحيث يتم غمر الأقطاب الكهربائية السلكية في الوسائط خارج الخلية ووضعها ملليمتر واحد فوق الثقافة.

بعد ذلك ، قم بتوصيل زوج القطب الكهربائي الفردي بمكبر الصوت التشغيلي الذي يضخم الإشارة من المولد. قم بتطبيق نبضة واحدة من الموجة المربعة ثنائية القطب بدورة عمل 50٪ وسعة 22 فولت. استخدم موجة ثنائية القطب بدون مكون تيار مستمر لتجنب التحليل الكهربائي الذي قد يحدث في الأقطاب الكهربائية.

ضع النبضة التي تدوم من 10 ميكروثانية إلى أربعة مللي ثانية لضمان التحفيز الفعال ولكن منع إصابة الخلايا. لتحفيز الخلايا ذات المجالات الكهربائية ذات الاتجاه المتغير ، استخدم زوجين عموديا من الأقطاب الكهربائية. تأكد من أن زوجي الأقطاب الكهربائية بالإضافة إلى محطات الطاقة والمراقبة معزولة تماما كهربائيا عن بعضهما البعض وتطفو من الأرض الأرضية.

لتغيير اتجاه المجال الكهربائي ، قم بتغيير سعة الجهد المطبق على زوجي الأقطاب الكهربائية. ثم حدد شدة واتجاه المجال الناتج عن طريق إضافة المتجه. لتوليد مجال دوران ثابت السعة ، قم بتطبيق موجة جيبية على زوج قطب كهربائي واحد أثناء تغذية الزوج الآخر بموجة جيب التمام.

لبدء التحفيز المغناطيسي ، ضع مزرعة عصبية ، نمت في نمط دائري الشكل ، تحت المجهر. تحفيز الثقافة باستخدام ملف تحفيز مغناطيسي دائري قياسي ومحفز داعم متوفر تجاريا. لتحفيز الثقافات ذات شدة المجال المغناطيسي غير القياسية ، قم بتوصيل ملف تحفيز مغناطيسي مخصص بالمحفز المصمم خصيصا.

بعد ذلك ، بمساعدة مؤشر الليزر ، قم بمحاذاة مركز الثقافة مع مركز الملف لضمان التحفيز الناجح. اضبط مواضع الملف بحيث تظل فوق مركز المزرعة بحوالي خمسة ملليمترات. بمجرد وضع ملف التحفيز بشكل صحيح ، قم بتحميل المحفز بجهد يصل إلى خمسة كيلو فولت.

بعد ذلك ، باستخدام مفتاح عالي التيار والجهد العالي ، قم بتفريغ التيار الفولتيني العالي من خلال ملف التحفيز لتوليد نبضة مغناطيسية تحفز نشاط الخلايا العصبية المستنبتة. أخيرا ، قم بتركيب ملف التقاط في نفس موضع الثقافة العصبية وقم بقياس شدة المجال المغناطيسي المتولد. يوضح هذا التخطيطي أنه من خلال تطبيق سعات مختلفة من نبضات الجهد على زوجين من الأقطاب الكهربائية ، يمكن توجيه المجالات الكهربائية إلى كل زاوية دون الحاجة إلى تدوير الثقافة يدويا.

فيما يلي أمثلة على تسجيلات عابرة الكالسيوم مع التحفيز الكهربائي بجهد مطبق مختلف. عند تطبيق مدة ثابتة للمجال الكهربائي ، يظهر عدد الخلايا العصبية التي تطلق النار وتستجيب للمجال الكهربائي توزيعا غوسيا تراكميا كدالة لسعة الجهد. وهذا مثال على منحنى القوة والمدة الذي تم الحصول عليه أثناء استخدام هذا البروتوكول.

بالنسبة للثقافات الحلقية التي تستجيب للمجال المغناطيسي ، يزداد معدل نجاح التحفيز مع نصف قطر الثقافة. يصور هذا الرسم البياني العلاقة بين حجم الحلقة وشدة المجال المغناطيسي. تكمن معظم الإثارة الناجحة للثقافات في التداخل بين مساحة المرحلة التي يمكن الوصول إليها تجريبيا ومنطقة الاحتمال العالي.

بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء إعداد الثقافات أحادية البعد في غضون ثلاث إلى أربع ساعات. عند إجراء التحفيز الكهربائي والمغناطيسي ، من المهم أن تتذكر السماح بالتعافي الكامل للثقافة من خطوة التحفيز والتأكد من أن جميع المعدات تطفو فيما يتعلق بالأرض الكهربائية. باتباع هذا الإجراء ، يمكن معالجة أسئلة أخرى مثل زراعة الخلايا العصبية من مناطق مختلفة من الدماغ ، وقياس الإحصائيات ، على سبيل المثال ، للخلايا العصبية القشرية.

الاحتمال الآخر هو قياس معلمات أي خلية عصبية نموذجية للمرض. بعد تطويرها ، يمكن لهذه التقنية أن تمهد الطريق لتحسين القوة والمدد اللازمة لتحفيز الدماغ الفعال والآمن. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إنشاء أي نمط مرغوب فيه من الثقافات العصبية والقدرة على تحفيزها كهربائيا أو مغناطيسيا لدراسة تفاعلات الخلايا العصبية مع المجالات الكهرومغناطيسية.