Microfluídica de entretela con arreglos de microelectrodos para el estudio de la comunicación Neuronal y Axonal señal propagación

Cátia D.F. Lopes; José C. Mateus; Paulo Aguiar

doi:10.3791/58878

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Artículo de método

Microfluídica de entretela con arreglos de microelectrodos para el estudio de la comunicación Neuronal y Axonal señal propagación

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DOI:

10.3791/58878

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8 de diciembre de 2018

Cátia D.F. Lopes¹^,² , José C. Mateus¹^,²^,³ , Paulo Aguiar¹^,²

¹i3S - Instituto de Investigação e Inovação em Saúde, Universidade do Porto, ²INEB - Instituto de Engenharia Biomédica, Universidade do Porto, ³ICBAS - Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar, Universidade do Porto

En este artículo

Resumen

Este protocolo pretende demostrar cómo combinar arreglos de microelectrodos en vitro con dispositivos microfluídicos para estudiar la transmisión del potencial de acción en cultivos neuronales. Análisis de los datos, es decir, la detección y caracterización de propagar potenciales de acción, es realizada con un nuevo avanzado, pero fácil de usar y libremente disponible, herramienta computacional.

Resumen

Arreglos de microelectrodos (MEAs) son ampliamente utilizados para el estudio de la función neuronal en vitro. Estos dispositivos permiten concurrente no invasivo grabación/estimulación de la actividad electrofisiológica durante largos períodos. Sin embargo, la característica de detección de señales de todas las fuentes alrededor de cada microelectrodo puede convertirse en desfavorable al tratar de entender la comunicación y propagación en circuitos neuronales de la señal. En una red neuronal, las neuronas varios pueden activarse simultáneamente y pueden generar potenciales de acción superpuestos, lo que hace difícil discriminar y propagación de las señales de pista. Teniendo en cuenta esta limitación, hemos establecido una configuración en vitro se centró en la evaluación electrofisiológica de comunicación, que es capaz de aislar y amplificar señales axonales con alta resolución espacial y temporal. Por interfaces dispositivos microfluídicos y MEAs, somos capaces de compartimentar las culturas neuronales con una alineación bien controlada de los axones y de microelectrodos. Esta configuración permite grabaciones de propagación de la espiga con un alto cociente signal-to-noise en el transcurso de varias semanas. En combinación con algoritmos de análisis de datos especializados, proporciona la cuantificación detallada de comunicación varias relacionadas con características tales como velocidad de propagación, falta de conducción, velocidad de disparo, picos anterógrada, codificación y mecanismos.

Este protocolo muestra cómo crear una configuración de cultura neuronal compartimentado sobre sustrato integrado MEAs, cómo las neuronas en esta configuración de la cultura y cómo con éxito registrar, analizar e interpretar los resultados de dichos experimentos. A continuación, os mostramos cómo la configuración establecida simplifica la comprensión de la comunicación neuronal y axonal señal propagación. Estas plataformas de allanan el camino para nuevos modelos en vitro con topografías ingeniería y controlable de la red neuronal. Pueden ser utilizados en el contexto de culturas neuronales homogéneas o con configuraciones de la cultura donde, por ejemplo, comunicación entre las neuronas sensoriales y otros tipos de células es monitoreada y evaluada. Esta configuración proporciona condiciones muy interesantes para estudiar, por ejemplo, neurodesarrollo, circuitos neuronales, información de codificación, métodos de neurodegeneración y Neurorregeneración.

Introducción

Entender la comunicación eléctrica en circuitos neuronales es un paso fundamental para revelar la función normal y diseñar estrategias terapéuticas para tratar la disfunción. Las neuronas integran, computan y transmitir potenciales de acción (APs) que se propagan a lo largo de sus axones delgados. Tradicionales técnicas electrofisiológicas (p. ej., abrazadera del remiendo) son técnicas poderosas para el estudio de la actividad neuronal, pero a menudo se limitan a las estructuras celulares más grandes, como el soma o las dendritas. Técnicas de imagen ofrecen una alternativa para estudiar señales axonales con alta resolución espacial, pero son técnicamente difí....