Fabbricazione di piattaforme magnetiche per l'organizzazione su scala micron di neuroni interconnessi

Ganit Indech; Reut Plen; Dafna Levenberg; Naor Vardi; Michal Marcus; Alejandra Smith; Shlomo Margel; Orit Shefi; Amos Sharoni

doi:10.3791/62013

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Articolo metodologico

Fabbricazione di piattaforme magnetiche per l'organizzazione su scala micron di neuroni interconnessi

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DOI:

10.3791/62013

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14 luglio 2021

Ganit Indech¹^,⁴ , Reut Plen²^,⁴ , Dafna Levenberg²^,⁴ , Naor Vardi¹^,⁴ , Michal Marcus²^,⁴ , Alejandra Smith²^,⁴ , Shlomo Margel³^,⁴ , Orit Shefi²^,⁴ , Amos Sharoni¹^,⁴

¹Department of Physics, Bar-Ilan University, ²Faculty of Engineering, Bar-Ilan University, ³Department of chemistry, Bar-Ilan University, ⁴The Institutes of Nanotechnology & Advanced Materials, Bar-Ilan University

In questo articolo

Sommario

Questo lavoro presenta un approccio dal basso verso l'alto all'ingegneria delle forze magnetiche locali per il controllo dell'organizzazione neuronale. Le cellule simili a neuroni cariche di nanoparticelle magnetiche (MNP) sono placcate in cima e controllate da una piattaforma micro-modellata con magnetizzazione perpendicolare. Sono descritti anche la caratterizzazione magnetica, l'assorbimento cellulare MNP, la vitalità cellulare e l'analisi statistica.

Abstract

La capacità di indirizzare i neuroni verso reti neurali organizzate ha grandi implicazioni per la medicina rigenerativa, l'ingegneria tissutale e il bio-interfacciamento. Molti studi hanno mirato a dirigere i neuroni usando segnali chimici e topografici. Tuttavia, le segnalazioni di controllo organizzativo su scala micron su vaste aree sono scarse. Qui, è stato descritto un metodo efficace per posizionare i neuroni in siti preimpostati e guidare la crescita neuronale con risoluzione su scala micron, utilizzando piattaforme magnetiche incorporate con elementi magnetici micro-modellati. È stato dimostrato che il caricamento di neuroni con nanoparticelle magnetiche (MNP) li converte in unità magnetiche sensibili che possono essere influenzate da gradienti magnetici. Seguendo questo approccio, è stata fabbricata una piattaforma magnetica unica su cui le cellule PC12, un modello comune simile a un neurone, sono state placcate e caricate con nanoparticelle superparamagnetiche. Sottili pellicole di multistrati ferromagnetici (FM) con magnetizzazione perpendicolare stabile sono state depositate per fornire forze di attrazione efficaci verso i modelli magnetici. Queste celle PC12 cariche di MNP, placcate e differenziate in cima alle piattaforme magnetiche, erano direttamente attaccate ai modelli magnetici, e la crescita della neurite era ben allineata con la forma del modello, formando reti orientate. Vengono presentati metodi di caratterizzazione quantitativa delle proprietà magnetiche, assorbimento MNP cellulare, vitalità cellulare e analisi statistica dei risultati. Questo approccio consente il controllo della formazione di reti neurali e migliora l'interfaccia neurone-elettrodo attraverso la manipolazione delle forze magnetiche, che può essere uno strumento efficace per gli studi in vitro sulle reti e può offrire nuove direzioni terapeutiche di biointerfazione.

Introduzione

La micropatterning dei neuroni ha un grande potenziale per la^{rigenerazione tissutale 1,}^2,^3,^4,⁵ e lo sviluppo di dispositivi neuro-elettronici^6,^7,⁸. Tuttavia, il posizionamento in scala micron dei neuroni ad alta risoluzione spaziale, come nei tessuti biologici, rappresenta una sfida significativa. La formazione di strutture predesignate su questa scala richiede la guida dei processi cellulari nervosi controllando l....