本文概述了一种使用互补金属氧化物半导体高密度微电极阵列系统（CMOS-HD-MEAs）的实验方案 记录类似癫痫发作的活动 离体 脑切片
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方法文章
使用互补金属氧化物半导体高密度微电极阵列系统从急性脑片中获取高质量的类癫痫样活动
* These authors contributed equally
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摘要
摘要
互补金属氧化物半导体高密度微电极阵列（CMOS-HD-MEA）系统可用于记录细胞培养物的神经生理活动 离体 以CMOS-HD-MEA系统对脑切片进行前所未有的高精度电生理记录。CMOS-HD-MEA最初被优化用于记录细胞培养物中的高质量神经元单位活动，但也已证明可从急性视网膜和小脑切片中获得优质数据。近期研究人员已利用CMOS-HD-MEA从急性啮齿类动物皮层脑切片中记录局部场电位（LFPs）。其中一种受关注的LFP为类癫痫样活动。尽管许多使用者已通过CMOS-HD-MEA记录到短暂的自发性癫痫样放电，但极少有人能稳定地诱导出高质量的类癫痫样活动。造成这一困难的因素可能包括电噪声、使用浸没式记录室时类癫痫样活动产生过程的不稳定性，以及二维CMOS-MEA芯片仅能记录脑切片表面信号的局限性。本方案详述的技术应可帮助使用者借助CMOS-HD-MEA系统在急性脑切片上稳定诱导并记录高质量的类癫痫样活动。此外，本方案还介绍了CMOS-HD-MEA芯片的正确处理方法、实验过程中溶液与脑切片的管理，以及设备的维护措施。
引言
市售高密度微电极阵列（HD-MEA）系统，包含具有数千个记录位点的MEA芯片1,2 以及用于放大和数字化数据的MEA平台，是电生理学研究中一种新兴工具。这些高密度MEA（HD-MEA）系统采用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，可从细胞培养物中高灵敏度地记录电生理数据 离体 脑片制备。这些MEA系统凭借高密度电极和优质的信噪比，为神经生理学研究提供了前所未有的空间和时间分辨率3该技术主要用于研究细胞外动作电位，但也可从多种神经元脑片制备样本中采集高质量的局部场电位（LFPs）4,5,6,7,8,9,10,11,12,
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方案
涉及小鼠的实验程序已获得杨百翰大学机构动物护理和使用委员会（IACUC）的批准。实验中使用了雄性和雌性（n = 8）C57BL/6小鼠，年龄至少为P21。
图1：CMOS-HD-MEA实验的示意图。（A）通过研究者偏好的切片方法制备脑切片，并进行亚区解剖以适配MEA芯片。（B）准备所需溶液和CMOS-HD-MEA芯片。（C）将亚区解剖后的脑切片放置于电极阵列上，并浸没在适当的溶液中。（D）从采集的数据中选择相关通道，随后将数据导入用户偏好的分析软件进行处理。
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结果
在对来自多个通道的活动进行可视化时，通常的做法是1,4,5,10，我们发现首先生成使用CMOS-HD-MEA系统所获取数据的点阵图是有益的（图4A、C、E）。该图通过在y轴上显示每个通道、在x轴上显示时间，可提供每片脑切片中所有记录通道活动的鸟瞰视图。在此点阵图中，每个信号点代表一个超过设定的LFP电压阈值的通道（见步骤5.2.6及先前发表的研究10）。此类点阵图可指示电生理活动在时空上的发生位置与时间（图4A、C、E）。以这种方式可视化数据，可使用户充分利CMOS-HD-MEA系统的.......
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讨论
本方案包含针对急性脑片管理的具体指南，旨在解决CMOS-HD-MEA使用者常遇到的两个问题：脑片下方产生噪声，以及维持脑片的健康环境。当脑片未能充分贴附于电极阵列时，会在其下方形成气泡，从而导致噪声的产生；这种噪声将导致无法获取有效数据。为缓解这些问题，本方案强调两个关键步骤：第一，在放置脑片时确保弓形丝装置方向正确，以避免灌流液流入时扰动脑片（步骤4.1.4）；第二，使用防静电擦拭布清除电极周围多余的aCSF，以促进脑片有效贴附（步骤4.1.5–4.1.7）。方案中另一个重点问题是芯片表面的疏水性，这可能导致气泡形成并在记录过程中引入噪声。推荐通过乙醇处理后用去离子水冲洗的方法来缓解该问题（步骤3.1.2、3.1.3和3.1.6）。然而，若问题仍然存在，还可采取额外措施：用140-proof乙醇充满芯片孔，再用画笔轻轻刷洗电极阵列30至60秒，随后吸除乙醇，并用去离子水冲洗芯片孔三次。之后，向孔中加入aCSF，并从步骤4继续执行后续操作。
维持脑片的健康环境至关重要，需通过合理放置进液和出液针头以及调节灌流系统的流速来实现（步骤 4.2.1）。必须对脑片进行充分的氧合，并找到最有.......
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披露
作者声明本研究不存在任何利益冲突。
致谢
作者感谢Parrish实验室已离任和现任成员对本文稿的修改建议。我们还要感谢3Brain公司的Alessandro Maccione对本研究提出的反馈意见。本研究由AES/EF青年研究者奖以及杨百翰大学生命科学学院、物理与数学科学学院共同资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2D 工作台 | Cloudray | LM04CLLD26B | |
| 4-氨基吡啶 | Sigma-Aldrich | 275875 | |
| Accura 芯片 | 3Brain | Accura HD-MEA | CMOS-HD-MEA 芯片 |
| 琼脂糖 | Thermo Fisher Scientific | BP160-100 | |
| 隔振台 | Kinetic Systems | 91010124 | |
| 切片孵育室用烧杯，270 mL | VWR | 10754-772 | |
| BioCam | 3Brain | BioCAM DupleX | CMOS-HD-MEA 平台 |
| Brainwave 软件 | 3Brain | Version 4 | CMOS-HD-MEA 软件 |
| 氯化钙 | Thermo Fisher Scientific | BP510-500 | |
| 碳酰气 | Airgas | X02OX95C2003102 | |
| 碳酰气 | Airgas | 12005 | |
| 碳酰气石 | Supelco | 59277 | |
| 切片机（Compresstome） | Precissionary | VF-300-0Z | |
| 计算机 | Dell | Precission3650 | |
| 鳄鱼夹接地线缆 | JWQIDI | B06WGZG17W | |
| 清洗剂 | Metrex | 10-4100-0000 | |
| D-葡萄糖 | Macron Fine Chemicals | 4912-12 | |
| 磷酸二氢钠 | Thermo Fisher Scientific | BP329-500 | |
| DinoCam | Dino-Lite | AM73915MZTL | |
| 乙醇 | Thermo Fisher Scientific | A407P-4 | |
| 镊子 | Fine Science Tools | 11980-13 | |
| 加热板 | Thermo Fisher Scientific | SP88857200 | |
| 制冰机 | Hoshizaki | F801MWH | |
| 灌流进出液针头 | Jensen Global | JG 18-3.0X | |
| 在线溶液加热器 | Warner Instruments | SH-27B | |
| 异氟烷 | Dechra | 08PB-STE22002-0122 | |
| Kim Wipes 擦拭纸 | Thermo Fisher Scientific | 06-666 | |
| 氯化镁 | Thermo Fisher Scientific | FLM33500 | |
| 微量移液器 | Gilson | F144069 | |
| Mili-Q 水过滤系统 | Mili-Q | ZR0Q008WW | |
| 画笔 | Daler Rowney | AF85 Round: 0 | |
| 滤纸 | Whatman | EW-06648-24 | |
| Parafilm 封口膜 | American National Can | PM996 | |
| 灌流系统 | Multi Channel System | PPS2 | |
| 移液器 | Thermo Fisher Scientific | FB14955202 | |
| 铂金压片 | 3Brain | 3Brain | |
| 氯化钾 | Thermo Fisher Scientific | P330-3 | |
| 刀片 | Personna | BP9020 | |
| 天平 | Metter Toledo | AB204 | |
| 剪刀 | Solingen | 92008 | |
| 切片孵育室 | 定制 | 定制 | 定制 3D 打印设计，可根据要求提供 |
| 碳酸氢钠 | Macron Fine Chemicals | 7412-06 | |
| 氯化钠 | Thermo Fisher Scientific | S271-3 | |
| 温度控制箱 | Warner Instruments | TC344B | |
| 移液管 | Genesee Scientific | 30-200 | |
| 管路 | Tygon | B-44-3 TPE | |
| 振动切片机 VZ-300 | Precissionary | VF-00-VM-NC | |
| 称量舟 | Electron Microscopy Sciences | 70040 |
参考文献
- Obien, M. E. J., Frey, U. Large-scale, high-resolution microelectrode arrays for interrogation of neurons and networks. Adv Neurobiol. 22, 83-123 (2019).
- Schroter, M., et al. Functional imaging of brain organoids using high-density microel....
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重印与许可
