人类癫痫术后皮层组织的多电极阵列录音
2014年10月26日
在这里，我们将介绍如何执行人类癫痫的皮层组织的多电极阵列记录。发作间期和发作性事件的癫痫组织切除，切片准备，多电极阵列记录都证明了细节。
该程序的总体目标是对人类癫痫皮层组织的离体、发作间期和癫痫发作样事件进行多电极阵列记录，从而提供一种方法来解决癫痫活动的基本机制、启动、传播以及抗癫痫药物在细胞和网络水平上的作用。这是通过首先在手术过程中小心地切除耐药性癫痫患者的人体皮质组织来实现的。第二步是在切片前去除血凝块、血管和脑膜以及多余的白质。
接下来，将组织块切成 400 微米的薄片。最后一步是将切片保持在高氧合和受控温度缓慢灌注的界面条件下。最终，多电极阵列技术用于记录自发发作间期样活动和诱发发作样事件。
我们的实验室调查神经胶质细胞相互作用在脑生理病理学中的作用，以研究神经细胞如何在人类中产生病理网络活动。我们最近与颈部护理医院和 lap Petri 医院合作，建立了人类癫痫术后皮质组织的多电极阵列记录。今天，颈部护理医院的神经外科医生 Thomas Blo 与青金石医院的 Feld 癫痫专家和研究员以及我实验室的 Elena DOI 博士后一起，将向您展示如何执行和充分利用这些技术。
从人类癫痫组织的收集到体外的 MEA 记录，使用人类皮质组织 ECT 治愈癫痫患者可以直接探索功能维持的人类癫痫神经元和神经胶质细胞，它们在特定网络中相互连接。体外研究显示，人体组织可以访问单细胞和网络活动，这是基于离子的机制，这在体内无法完全解决。人类皮质组织的 MEA 记录可以帮助回答癫痫领域的一个关键问题，例如外生和癫痫发作传播的细胞机制。
该技术的含义延伸到病变癫痫及其治疗，因为它可以了解药物耐药性的机制和抗癫痫药物对人类皮质切片中记录的癫痫发作样事件的影响。体外研究。与现有方法（如 e、e、g 或体内微电极）相比，多电阵列的主要优势在于，它们允许从组织的多个侧面对场电位和多单位活动进行非侵入性、同时刺激和记录。
要开始该程序，请先用蒸馏水填充下部来准备界面室。然后将腔室连接到碳原源。接下来，切一块晶状体组织以适合切片室的平坦区域。
将其放在输入管路旁边，以便气泡在到达切片之前从输入管路中逸出。之后，剪下两根与镜片纸长度相同的绞合棉线。将它们放在腔室平坦区域的侧面，将蠕动泵的流速设置为每分钟 1 毫升。
随后打开腔室底部的水的氧化。然后将温度控制器设置为 37 摄氏度。用一块 Paraform 覆盖界面室的上部，并等待至少 30 分钟，让温度升高并稳定下来。
现在，准备解剖工具，其中包括两个细镊子、一把抹刀、一个小勺子和一个刀片、两个玻璃培养皿、两把刷子和氰基丙烯酸酯胶。接下来，通过设置切片参数来准备颤音。在此过程中，从零下 80 摄氏度的冰箱中取出准备好的蔗糖基 A CSF 并将其压碎成雪泥。
用 carbogen 给它充氧。然后将 250 毫升 A CSF 雪泥转移到玻璃瓶中，并将其保存在装满冰块的 doer 瓶中，以便在手术室收集组织。在标准全身麻醉下，使用神经导航系统精确定位皮层。
然后，在皮肤上切开一个，然后在骨头上打一个钻孔，然后进行开颅手术。接下来，轻轻抬高骨瓣并用剪刀打开硬脑膜。随后进行癫痫皮层的阻滞切除，避免广泛凝血。
切下一厘米厚的皮质块，并将其放入基于冷冻含氧蔗糖的 A CSF 中。之后，尽快将冷冻蔗糖基 A CSF 中的组织转移到实验室，但要避免机械冲击。现在，用基于蔗糖的含氧 A CSF 雪泥填充培养皿和颤音缓冲盘，并继续用碳水化合物给 A CSF 雪泥充氧。
然后用勺子小心地从瓶子中取出纸巾，并将其放入培养皿中。使用镊子小心地去除血凝块、血管和脑膜，以避免切片过程中的阻力。用刀片切开组织的一侧，以获得尽可能平行于组织另一侧的平坦表面。
然后将组织粘在颤音标本板上，以制备横向皮质切片。随后，将其放入缓冲托盘中，以低速切割 400 微米厚的切片。接下来，用抹刀和刷子剪几块晶状体纸巾。
将这些晶状体组织切片转移到界面室。在录制之前，将它们在 37 摄氏度下孵育至少一小时。在此过程中，将灌注系统插入蠕动泵，将 MEA 系统插入计算机。
然后在放大器内放置一个空的 MEA 芯片。接下来，将用于加热 MEA 室中套管元件的温度控制器设置为 37 摄氏度。以每分钟 5 至 6 毫升的速度开始灌注含氧 A CSF。
之后，打开录制软件。确保所有 MEA 电极都连接良好，并且没有因灌注而产生的噪音。现在将一些加热的记录 A CSF 倒入玻璃培养皿中。
通过抓住晶状体组织，将切片从界面室转移到培养皿中。然后将切片浸入溶液中，小心地将其从组织中分离出来，或使用小刷子促进分离。接下来，用一些 A CSF 填充 MEA 芯片。
用刮刀和塑料移液管将切片转移到 MEA 芯片上。轻轻去除溶液，使切片粘附在电极区域，并用铂锚将其固定到位。之后，将 1 毫升记录 CSF 添加到 MEA 芯片中，并将其放入放大器中。
然后以每分钟 5 到 6 毫升的速度开始灌注。接下来，检查 MEA 记录区域中的切片位置。通过使用 MEA 监控软件，必要时进行调整。
为了从皮质层进行记录并拍照，请开始记录。这是 MEA 电极记录的人类皮层切片活动的代表性痕迹。在正常的 A CSF 中，在灌注无镁 6 毫摩尔钾 A CSF 后 15 分钟可以观察到发作间期样自发活动。
第一次癫痫发作出现，然后每隔 2 到 3 分钟发生其他事件。蓝色轨迹表示放大的活动。该面板显示了在 250 赫兹处过滤的数据高通，放大时显示了多单位活动，这是无镁中所有 MEA 电极癫痫发作的代表性记录。
六毫摩尔钾 A CSF。每个方块代表一个 12 x 12 MEA 阵列的电极，并显示第 82 个时间窗口。虚线表示皮质表面相对于 MEA 阵列的位置。
观看此视频后，您应该对如何安全地运输人体皮质组织、准备和储存活的皮质银屑病以及对自发性和诱发的癫痫活动进行 MEA 记录有一个很好的了解在尝试此程序时，医院的临床团队和实验室的研究人员之间密切合作非常重要。永远不要忘记，与人体组织一起工作可能是危险的，应始终采取保护措施，例如戴手套以避免任何可能的传染病遵循此程序。其他技术，如荧光成像、斑片灯、记录、刺突分选和组织学分析，可以与 em EA 记录相结合，以将突触特性、单细胞行为、离子动力学以及细胞和分子异常与群体活动相关联。
对人类癫痫组织进行 MEA 记录可以为研究人员探索病变癫痫铺平道路，以阐明外生发生和耐药性的潜在机制，以及神经胶质细胞相互作用在这种现象中的作用。感谢您的观看，祝您的实验好运。
概述
本文描述了从人类癫痫皮质组织进行多电极阵列记录的程序。它详细说明了从组织切除到记录非发作间期和发作事件的步骤。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 电生理学
- 癫痫研究
背景
- 了解癫痫活动的机制对于开发有效治疗至关重要。
- 多电极阵列允许同时记录神经元活动。
- 人类皮质组织提供了无法从动物模型获得的见解。
- 该技术有助于研究抗癫痫药物的效果。
研究目的
- 探索癫痫发作启动和传播的细胞机制。
- 评估神经胶质相互作用对网络活动的影响。
- 改善对癫痫药物抗性的理解。
使用的方法
- 从药物抗性癫痫患者切除皮质组织。
- 使用振动切片机制备组织切片。
- 在受控条件下维持切片以获得最佳记录。
- 使用多电极阵列记录神经元活动。
主要结果
- 成功记录自发的非发作间期和诱发的发作样事件。
- 洞察胶质细胞在产生病理性网络活动中的作用。
- 展示抗癫痫药物对记录事件的影响。
- 建立可靠的协议以供未来研究。
结论
- 多电极阵列技术有效用于研究人类癫痫组织。
- 这种方法增强了对癫痫机制的理解。
- 它为测试新的治疗策略提供了平台。
常见问题
Executive Industry Relevance
Studying human epileptic cortical tissue ex vivo provides a direct window into disease-relevant network dynamics that cannot be fully recapitulated in animal models or in vitro systems. Multi-electrode array recordings enable simultaneous stimulation and high-resolution mapping of interictal and ictal-like events across spatially distributed neuronal populations. This approach supports mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses by linking cellular and network-level pathophysiology to pharmaco-resistance and seizure propagation in a clinically sourced human tissue model.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic targets within native human epileptic networks to assess target engagement and functional relevance.
- Operational Value: Provides quantitative, spatially resolved electrophysiological readouts for pathway modulation and target de-risking.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates reproducible, multi-site field potential and multiunit activity data suitable for assay standardization.
- Operational Value: Supports scalable screening of compounds or genetic perturbations on spontaneous and evoked epileptiform events.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Bridges discovery findings to preclinical validation by maintaining human tissue viability and disease-relevant electrophysiological phenotypes.
- Operational Value: Facilitates cross-functional collaboration between discovery, translational, and preclinical teams through standardized ex vivo recordings.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by providing human-derived electrophysiological data that informs target selection and lead optimization prior to animal model studies.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of seizure mechanisms and network dysfunction in human cortical tissue.
- Screening: Enables assay-ready preparation of slices for compound testing on interictal and ictal-like events.
- Analytics: Delivers quantitative measurements of spike frequency, propagation velocity, and synchronization across electrode arrays.
- Translational Research: Maintains disease-relevant human tissue properties for continuity from target validation to preclinical efficacy testing.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating anti-epileptic compounds and genetic modifiers across multiple therapeutic programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence by capturing human-specific electrophysiological biomarkers of epileptogenicity.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized tissue preparation, slicing, and perfusion protocols.
- Strategic Value: Reduces late-stage attrition by identifying ineffective targets early using human tissue models.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted go/no-go decisions based on target validation in pharmaco-resistant epilepsy models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in human tissue handling, electrophysiology, and multi-electrode array systems.
- Dependent on access to surgically resected epileptic cortical tissue and specialized interface chamber perfusion systems.
- Necessitates cross-team standardization for slice viability, recording consistency, and data analysis across sites.
- Involves adaptation considerations for different cortical regions and epileptogenic foci.
- Limited by tissue viability duration and the need for rapid transport from operating room to laboratory.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
3:28
Preparation of Interface Chamber and Tools for Dissection
5:06
Surgical Resection of Human Cortical Epileptic Tissue
6:38
Human Cortical Slice Preparation
8:06
Preparation of MEA Setup for Recording
10:20
Results: MEA Recordings of Epileptic Seizures in Human Cortical Slices
11:40
Conlcusion
