Neuromodulación ultrasónica focalizada de cultivos neuronales humanos in vitro en matrices de microelectrodos multipocillos

Neuromodulación ecográfica focalizada. Este prometedor y apasionante campo es un tema de estudios en curso En el campo de los ultrasonidos focalizados, a menudo se desconocen los parámetros de estimulación óptimos para una aplicación en particular. Este estudio tiene como objetivo una determinación sistemática de estos parámetros a través de pruebas empíricas in vitro en neuronas.

Este método puede explorar el mecanismo neuronal subyacente al enfoque de la neuromodulación resonante al permitir a los investigadores analizar las respuestas de las neuronas modificadas genética y farmacéuticamente. Para comenzar, aspire el medio de cultivo para llenar un solo pocillo en una placa de cultivo de neuronas de 24 pocillos, con matrices de microelectrodos o MEA incrustadas. Después de preparar 300 mililitros de agua desgasificada y desionizada, llénela con cuidado en el cono del transductor de ultrasonidos enfocados o FUS.

Con una varilla roscada personalizada, asegure el soporte impreso en 3D a un marco. Coloque el marco de manera que la cabeza del transductor FUS esté sobre el pocillo que se estimulará. Use una banda elástica para asegurar el paraform sobre el pocillo en la placa MEA de 24 pocillos que contiene el medio y las células madre pluripotentes inducidas humanas o HIPSC.

Configure los parámetros FUS en la salida de potencia del transductor o en el panel de control TPO. Los valores de los distintos parámetros se mencionan en la pantalla. A continuación, aplique gel de acoplamiento en la parte superior de la paraforma sobre el pocillo y baje el transductor FUS en el gel de acoplamiento asegurando el contacto con el gel con un mínimo de burbujas de aire.

Inicie la sonicación FUS pulsando el botón inferior derecho del TPO y espere al menos cinco minutos entre cada ronda de sonicación para permitir que las neuronas vuelvan a un estado de referencia. Si la conexión es adecuada, el pulso de disparo generado por el sistema FUS alineará automáticamente la secuencia de estimulación FUS con la grabación MEA. Analice la señal leyendo el tiempo de sonicación del FUS con los datos de transferencia basados en el cambio en la velocidad de disparo asociada al FUS.

El punto focal FUS se caracterizó tanto visualizándolo en láminas termocromáticas como a través de la exploración con hidrófonos de agua. Los pasos de posprocesamiento, incluido el filtrado, el umbral y el cálculo de la velocidad de disparo, filtraron el ruido del entorno para revelar los cambios en la actividad neuronal causados por FUS. Los gráficos ráster mostraron los picos detectados en cada canal.

El gráfico de la tasa de disparo mostró que los parámetros de estimulación elegidos aumentaron la tasa de disparo neuronal. La velocidad de disparo anterior a FUS fue de 140 hercios, mientras que la velocidad de disparo posterior a FUS fue de 786 hercios con FUS de onda continua. La alteración del modo de sonicación FUS también cambió la cantidad de tiempo antes de que las neuronas volvieran a su estado inicial.

Es crucial minimizar cuidadosamente la formación de burbujas al colocar el transductor en la interfaz de paraforma. Otra consideración es la energía eléctrica suministrada al transductor. La potencia debe ser lo suficientemente alta como para inducir un efecto, pero debe ser lo suficientemente baja como para no inducir daño al transductor o a la célula.

Esta técnica podría identificar el parámetro de estimulación óptimo para tratar la enfermedad de Parkinson y otros trastornos neurológicos, eliminando el riesgo asociado con la cirugía invasiva, incluido el daño irreversible, la recuperación prolongada y el tiempo de rehabilitación. Son necesarios más esfuerzos para descubrir su mecanismo y controlar la optimización preclínica para garantizar la seguridad en estudios futuros, incluidos los ensayos clínicos.