使用微电极阵列系统的超声诱导神经调控

摘要

来源:Liang， R. et al.， 多孔微电极阵列中人类体外神经培养物的聚焦超声神经调控。J. Vis. Exp. （2024 年）

该视频演示了使用聚焦超声换能器在多孔微电极阵列或 MEA 系统中诱导培养的人 iPSC 衍生神经元神经活动调节的方法。

方案

1. 材料的准备

1. 吸出培养基并使用它来填充带有嵌入式微电极阵列 （MEA） 的 24 孔神经元培养板中的单个孔（图 1A）。
2. 使用 70% 乙醇对封口膜界面、橡皮筋和带有橡胶膜的聚焦超声 （FUS） 锥体消毒 10 分钟，然后将它们放入通风橱中以备后用。
3. 对 300 mL 去离子水和 50 mL 偶联凝胶进行脱气。将水和凝胶以 160 x g 离心 5 分钟，以避免在偶联培养基中诱导空化><。 注意:人诱导多能干细胞 （HiPSC） 的原始来源来自 GM01582 和 CIPS 细胞系。平均而言，每孔可以达到 5 x 10⁴ 个运动神经元和 2.5 x 10⁴ 个星形胶质细胞的密度。

2. 外围设备的连接和设置

1. 使用螺钉将 FUS 锥体固定到传感器上，并在通风无菌罩中用柔性橡胶膜密封锥体。用步骤 1.3 中的脱气和去离子 （DG-DI） 水填充锥体，并确保锥体中没有气泡以避免气蚀。
2. 使用定制的螺纹杆将 3D 打印的支架固定到框架上（图 1B）。放置框架，使 FUS 换能器的头部位于将要刺激的井上方。
3. 使用橡皮筋将封口膜固定在含有培养基和 HiPSC 的 24 孔 MEA 板上的孔上。
4. 通过将超声传感器的后端驱动电子设备（在本例中为传感器功率输出 （TPO））连接到 100-240 V 电源插座，并将匹配网络连接到 TPO 和 FUS 传感器，来准备 FUS 系统。匹配网络确保传感器和 TPO 之间的有效电气耦合。
5. 将 MEA 系统连接到电源插座 （100-240 V）（图 2B，连接 5）。将 MEA 系统同步端口连接到 TPO（图 2B，连接 3）。此连接将使 MEA 系统采集的数据与 FUS 刺激同步。
6. 将 24 孔 MEA 板放入 MEA 系统中，然后取下盖子，使传感器和孔之间能够直接接触。将传感器放置在孔板上方 5-10 mm 处，为脱气的偶联凝胶留出空间，如步骤 3.2 中所述（图 2A 和图 1B）。

3. 刺激和神经元信号获取

1. 在 TPO 控制面板上设置 FUS 参数（表 1）。
2. 将耦合凝胶涂在封口膜的顶部，然后将 FUS 传感器降低到耦合凝胶中，确保与凝胶接触且气泡最小（图 1A）。
3. 通过单击用户界面上的 Start （开始） 按钮开始 MEA 系统录制。
4. 按下 TPO 右下按钮开始 FUS 超声处理（图 2A，标签 7），并在每轮超声处理之间至少等待 5 分钟，以使神经元恢复到基线状态。
5. 使用 FUS 系统生成的触发脉冲将 FUS 刺激序列与 MEA 记录对齐（图 1B，连接 3）。

表 1:TPO 上设置的聚焦超声 （FUS） 参数

<表格border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"> 参数 价值 最大功率/通道 1.200 瓦 事实 0.749 W/通道 国际象棋协会 10.79 瓦/厘米² ISPTA 餐厅 0.05 瓦/厘米² Burst Length （连串长度） 0.100 毫秒 频率 250.00 千赫 重点 39.800 毫米 时期 20.000 毫秒 定时器 60.000 秒

结果

图 1:使用多孔微电极阵列 （MEA） 进行 FUS 神经调控。（A） 使用多孔 MEA 进行 FUS 神经调控的设置示意图。FUS 换能器产生的声波通过装满脱气水的 FUS 锥体传播，并使用超声凝胶进行耦合。使用橡皮筋将封口膜固定在井上，以防止污染。MEA 板将来自神经元的电记录发送到 MEA 系统。（B） MEA 系统中包含的多孔板上的 FUS 换能器的照片。

图 2:体外平台设置。

材料