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JoVE Journal Neuroscience
Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Schnittstellen 3D Engineered neuronalen Kulturen auf Mikroelektrodenarrays: ein innovatives In-vitro- Experimental Modell

Full Text
10,492 Views
09:47 min
October 18, 2015

DOI: 10.3791/53080-v

Mariateresa Tedesco1, Monica Frega1,2, Sergio Martinoia1, Mattia Pesce3, Paolo Massobrio1

1Department of Informatics, Bioengineering, Robotics and System Engineering (DIBRIS),University of Genova, 2Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour, Department of Cognitive Neuroscience,Radboud University Medical Center, 3Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (IIT)

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a novel experimental model that integrates 3D neuronal cultures with planar Micro-Electrode Arrays (MEAs). Neurons are seeded in a scaffold of glass microbeads, allowing them to grow and form interconnected 3D structures.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Cell Biology
  • Electrophysiology

Background

  • 3D neuronal networks offer advantages over traditional 2D cultures.
  • Micro-Electrode Arrays (MEAs) are used for recording neuronal activity.
  • Combining these technologies can enhance the study of neuronal behavior.
  • Previous models have primarily focused on 2D networks.

Purpose of Study

  • To develop a 3D neuronal culture model coupled with MEAs.
  • To compare the functionality of 3D networks with conventional 2D networks.
  • To visualize the 3D structures using confocal microscopy.

Methods Used

  • Conditioning the MEA with poly-D-lysine and laminin.
  • Coating microbeads with adhesion proteins.
  • Self-assembly of microbeads in a multi-well plate.
  • Plating cells at a density of 2000 cells/mm² on the MEA.

Main Results

  • Successful formation of 3D neuronal networks on MEAs.
  • Comparison of 3D networks to traditional 2D networks.
  • Visualization of structures using confocal microscopy.
  • Demonstration of enhanced neuronal connectivity in 3D cultures.

Conclusions

  • The novel 3D model provides a more physiologically relevant environment for neuronal studies.
  • Integration with MEAs allows for advanced electrophysiological recordings.
  • This approach may lead to better understanding of neuronal networks and their functions.

Frequently Asked Questions

What are Micro-Electrode Arrays (MEAs)?
MEAs are devices used to record electrical activity from neurons, allowing researchers to study neuronal behavior.
Why use 3D neuronal cultures?
3D cultures better mimic the natural environment of neurons, leading to more accurate biological insights.
How are the microbeads prepared?
Microbeads are coated with adhesion proteins to facilitate neuronal attachment and growth.
What is the significance of confocal microscopy in this study?
Confocal microscopy allows for detailed visualization of the 3D neuronal structures formed in the cultures.
What density of cells is used for plating?
Cells are plated at a density of 2000 cells per square millimeter on the MEA.
How does this model compare to traditional 2D cultures?
The 3D model shows enhanced connectivity and functionality compared to conventional 2D neuronal cultures.

In dieser Arbeit wird ein neuartiges experimentelles Modell, in dem 3D-Neuronenkulturen an planare Mikroelektrodenarrays (MEAs) gekoppelt sind, presented. 3D Netzwerke aufgebaut werden, indem Neuronen in ein Gerüst aus Glasmikrokügelchen eingepflanzt werden, auf dem Neuronen wachsen und miteinander verbundene 3D-Strukturen bilden.

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, ein neuartiges Modell von in vitro dreidimensionalen neuronalen Netzwerken zu präsentieren, die an Mikroelektrodenarrays gekoppelt sind. Dies wird erreicht, indem zunächst der zentrale Teil des MEA mit einer gemischten Lösung aus Poly-de-Lysin und Laminin konditioniert wird, dann die Mikrokügelchen mit Adhäsionsproteinen, Laminin und Polylysin überzogen werden. Der zweite Schritt besteht darin, die Suspension der behandelten Mikrokügelchen auf eine Multi-Well-Platte zu verteilen, wo sie sich selbst zusammensetzen und eine gleichmäßige Schicht bilden.

Der dritte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Zellen mit einer Dichte von 2000 Zellen pro Quadratmillimeter auf die aktive Fläche des MEA aufzuplättieren, um neuronale 2D-Netzwerke zu erzeugen. Sechs bis acht Stunden nach der Beschichtung wird die Suspension von den Multi-Well-Platten auf die MEA übertragen und die Mikrokügelchen können sich in einer hexagonalen, kompakten Struktur selbst zusammensetzen. Letztendlich wird die konfokale Mikroskopie verwendet, um die 3D-Netzwerke zu visualisieren, die mit den herkömmlichen neuronalen 2D-Netzwerken verglichen werden, die über MEA gewachsen sind.

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Neuroscience Ausgabe 104 3D-Netze technische Netze neuronale Kulturen Micro-Elektroden-Arrays (MEAs) Netzwerkdynamik elektrophysiologische Signale

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