Construction de circuits neuronaux structurés sur un réseau de multi-électrodes

Pertinence professionnelle pour l'industrie

La formation de circuits neuronaux structurés sur des réseaux de microélectrodes permet une étude contrôlée de la transmission des signaux neuronaux et des interactions cellulaires dans un système in vitro reproductible. Cette approche facilite la validation de cibles en fournissant une plateforme pertinente pour les maladies afin d'analyser les phénotypes au niveau des circuits et d'évaluer les effets des composés sur l'activité du réseau. La méthode améliore la confiance prédictive en phase précoce de découverte en permettant des lectures électrophysiologiques quantitatives issues de neurones fonctionnellement interconnectés.

Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique

Début de la découverte et validation de la cible

• Valeur scientifique : Permet l'interrogation d'hypothèses thérapeutiques grâce à la formation contrôlée de réseaux neuronaux modulaires dotés d'une connectivité définie.
• Valeur opérationnelle : Fournit une plateforme standardisée pour évaluer l'engagement de cibles et la modulation de voies dans un contexte physiologiquement pertinent.
• Valeur prédictive : Soutient le criblage phénotypique en reliant la croissance cellulaire et la formation de prolongements à des sorties électrophysiologiques mesurables.

Développement de criblages et de tests

• Prêt-à-l'emploi du test : Crée des circuits neuronaux reproductibles sur des MEA, adaptés à la surveillance longitudinale de l'activité du réseau et de la réponse aux composés.
• Résultats quantitatifs : Permet l'enregistrement de signaux neuronaux comme paramètre fonctionnel pour évaluer les effets des composés sur l'excitabilité et la synchronisation.
• Évolutivité : Le format de MEA structuré permet le test parallèle de plusieurs conditions sur des modules spatialement définis.

Recherche translationnelle et préclinique

• Modélisation des maladies : Soutient le développement de systèmes neuronaux pertinents pour l'humain afin d'étudier les mécanismes neurodéveloppementaux et neurodégénératifs.
• Continuité translationnelle : Établit un lien entre la formation de circuits in vitro et la dynamique de réseau proche de l'in vivo pour améliorer l'alignement prédictif des cibles.
• Dérisquage mécanistique : Permet une évaluation précoce des effets des composés sur l'intégrité du circuit et la propagation du signal avant de passer à des modèles plus complexes.

Intégration des pipelines et des flux de travail

La méthode s'inscrit dans le continuum de découverte allant de la validation de cible à l'identification de composés d'intérêt en offrant une plateforme neuronale fonctionnelle pour le développement précoce de tests et la génération de données sur les mécanismes.

• Biologie de la découverte : Permet la vérification d'hypothèses concernant la formation des circuits neuronaux, la connectivité synaptique et la plasticité dépendante de l'activité dans un microenvironnement contrôlé.
• Essais de criblage : Permet la standardisation des tests grâce à un dessin reproductible et un revêtement uniforme de la matrice extracellulaire, assurant une fixation et une croissance neuronales fiables.
• Analytique : Fournit des mesures électrophysiologiques par enregistrement sur réseau de microélectrodes (MEA) afin de quantifier la fréquence des rafales de réseau, la synchronie et la propagation des signaux comme biomarqueurs fonctionnels.
• Recherche translationnelle : Permet une continuité entre la phase de découverte et la phase préclinique en maintenant des réseaux neuronaux stables pendant plusieurs semaines pour des tests prolongés de composés.
• Réutilisation institutionnelle : La plateforme MEA peut être réutilisée dans plusieurs projets pour des criblages, la validation de cibles et des études sur le mécanisme d'action, après des protocoles standardisés de nettoyage et de stérilisation.

Impact opérationnel et organisationnel

• Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive en permettant l'observation de propriétés émergentes au niveau des réseaux à partir d'assemblages cellulaires définis.
• Valeur opérationnelle : Améliore la reproductibilité grâce à des procédures standardisées de dessin par pochoir et de revêtement de matrice.
• Valeur stratégique : Affine les décisions d'aller/arrêt en fournissant des données fonctionnelles précoces sur les effets des composés dans un contexte neuronal pertinent pour l'humain.
• Impact sur le portefeuille : Favorise un développement ajusté au risque en identifiant des modulateurs de l'activité du réseau possédant des profils thérapeutiques potentiels de modification de la maladie.

Considérations relatives à la mise en œuvre

• Nécessite une expertise en culture de cellules neuronales, en technique stérile et en systèmes d'enregistrement électrophysiologique.
• Suppose l'accès à des matrices de microélectrodes, à un équipement de revêtement sous vide et à une microscopie à fluorescence ou en contraste de phase pour l'alignement.
• Exige une standardisation interéquipes entre les groupes de culture cellulaire, de développement de tests et d'électrophysiologie afin d'obtenir des résultats cohérents.
• L'adaptation à différents sous-types neuronaux (par exemple, dérivés de cellules souches pluripotentes induites ou primaires) peut nécessiter une optimisation de la composition de la matrice et des délais de maturation.
• Le maintien de cultures à long terme dépend d'échanges réguliers de milieu et d'un contrôle environnemental pour éviter la surcroissance gliale ou l'instabilité du réseau.

Foire aux questions sur la bio-industrie pharmaceutique