Name: 電気生理学的にマイクロ流体の適用 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T00:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 41 s
Description: 学ぶ マイクロ流体デバイスを用いた脳スライスの時空間刺激法。神経伝達物質の局所・時間制御による電気生理学実験の精度向上と、in vivoに近い刺激パターンの再現を可能にする革新的アプローチを解説する。

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電気生理学的にマイクロ流体の適用

Applying Microfluidics to Electrophysiology

マイクロフルイディクスは、新しい実験的なモダリティを可能にする標準の電気生理学的手法と統合することができます。特に、マイクロ流体脳スライスのデバイスのための動機はどのようにデバイスのドック標準灌流チャンバーへと脳のスライスに神経修飾物質のボーラスを提供するために使用されるポンプパッシブのテクニックを含めて説明しています。デバイスの設計を簡素化することで、我々は、脳スライスの複数の領域にまたがる複数の神経修飾物質を適用することの現在の満たされていない電気生理学的ニーズへの実用的なソリューションを実現することができます。これは、カバーガラス基板に結合された薄いマイクロ流体デバイスによる灌流チャンバーの標準的なカバーガラス基板を置換することによって達成されます。これは、その後、灌流チャンバーに取り付けられており、小さな穴は、マイクロ流体基質内に埋もれてマイクロ流体チャネルに灌流チャンバーのオープンウェルを接続していた。これらのマイクロ流体チャネルは、アクセスして覚せい剤を提供するために灌流チャンバーの端にドリルでのポートとインタフェースです。このプロジェクトは、マイクロ流体の分野が満たされていない実験的および臨床的ニーズに対応する概念のデバイスのデモ - の証拠から、実用的なソリューションに離れて移行しているかを表します。

マイクロフルイディクスを標準的な電気生理学的手法と統合することで、新たな実験様式の導入が可能になります。具体的に、...への動機は、

私の名前はDave Edingtonです。イリノイ大学シカゴ校のバイオエンジニアリング学科で助教を務めています。私たちの主な研究領域は、マイクロテクノロジーを生物医学的なアプリケーションに適用することであり、特にマイクロ流体デバイスを用いて研究を行っています。本日は、標準的な脳切片灌流チャンバーに適合し、脳切片に対して時空間的な刺激を与えるマイクロ流体デバイスを用いたプロジェクトの一つをご紹介します。現在の電気生理学的な切片標本作成において、切片への神経伝達物質の主な投与方法は、脳切片全体にグローバルに投与して一度に刺激する方法か、あるいはマイクロピペットを用いて異なる時点でのパフ投与を行う方法のいずれかです。脳切片は非常に複雑な構造をしており、神経伝達物質を全体的に投与したりマイクロピペットを使用したりしても、in vivoでの刺激パターンを再現することはできません。一方、当社のプラットフォームでは、脳切片内の非常に特定の領域に対して刺激を制御することができ、よりin vivoに近い刺激を実現することが可能です。ここでは、標準的なカバーガラススライドにドッキングする現在の灌流システムを示します。これにより、スライス全体に培地を灌流させることができます。しかし、刺激デバイスを用いて神経伝達物質の解像度を空間的に制御することは不可能です。そこで、この標準的な灌流チャンバーにドッキング可能なマイクロフリックデバイスを開発しました。したがって、すべての標準的な電気生理学アッセイを利用することが可能です。唯一異なる点は、ガラス製のカバーガラス底の代わりに、複数の貫通孔を備えたPDMSデバイスで構成されていることです。これらの貫通孔はマイクロ流体チャネルに接続されており、さらに上部の灌流チャンバーの開口部に接続されています。これにより、孔、チャネル、ビアを介して神経伝達物質を刺激し、脳切片に導入することができます。また、液体の輸送にはパッシブパンピングと呼ばれる手法を用いています。電気生理学の手法はもともと非常に複雑な手順であるため、このデバイスから複雑なチューブを出す必要はありません。デバイス設計を簡素化し、受動的なポンピングを採用することで、このマイクロ流体デバイスを適用する実験プロトコルを簡略化しています。デバイスの構造は、2層のマイクロ流体ネットワークとなっています。第1層は流出ポートに接続するルーティングチャネルであり、第2層はこれらのチャネルをウェルに接続するスルーホールで構成されています。この作製は標準的な2層のUマイクロファブリケーション工程を用いて行われ、アライメントマークによって、これらのビアが4つのチャネルのちょうど中心に配置されるようにしています。このデバイスは標準的なプロフュージョンチャンバーにドッキングするように設計されているため、すべて同一の電気生理学アッセイに使用することが可能です。これにより、本デバイスを電気生理学装置に設置し、対物レンズを導入して、マイクロ流体チャネルを通じて局所刺激を与えることができ、実験セットアップを必要以上に複雑にすることを避けられます。デバイス設計を可能な限りシンプルに保つことで、このプラットフォームをより容易に普及させることができます。現在の構造では、マイクロ流体チャネルの中央に4つのV字型構造を設けていますが、これらは研究対象となる脳領域に応じて、各研究室のニーズに合わせて調整することが可能です。例えば、ある領域では海馬を、別の領域では外皮質を研究することが可能です。このように、マイクロ流体デバイスの設計次第で、これらの領域を刺激することができます。また、このデバイスは動作に外部コンポーネントを必要としないため、受動的ポンピング技術を用いてこれらの開口部にピペッティングするためのマイクロピペッターさえあれば十分です。標準的な電気生理学研究室において、本デバイスを使用するためにこの底面基板以外に追加で導入すべき設備はありません。したがって、プロジェクトの現時点までは、マイクロ流路を標準的な灌流チャンバーにドッキングさせることに重点を置いてきました。そしてプロジェクトの次の段階は、これらのスライス標本を用いて、実際の仮説に基づいた研究で本デバイスを検証することです。このように、蛍光染料を用いることで、これらの蛍光アナログをチャネルに注入し、異なる領域を空間的に刺激できることを実証しました。次のステップは、実際に本物の生物学的実験を行うことです。これにより、マイクロフルイディクス（微小流体技術）の分野は転換点を迎えようとしています。私たちは、単なる概念実証の段階を脱し、これまで不可能だった新しく刺激的な発見のために、これらのデバイスを実際に活用する段階へと移行しています。つまり、この分野は、高速拡散、層流、大きな比表面積、プロセス統合といった、マイクロスケールで利用可能な原理を用いた手法から、それらを応用してラボや臨床における未充足のニーズを解決する方向へと進化しているのです。

applying-microfluidics-to-electrophysiology

Research

JoVE Journal

Biology

生物学

我々は、さまざまな神経伝達物質によく制御された方法で脳のスライスのマイクロスケールの表面を露出させる標準的な電気生理学的セットアップと統合可能なシンプルなマイクロ流体デバイスの作製を実証する。...

マイクロ流体ネットワークを用いた脳スライスの刺激と標準灌流チャンバー

Microiontophoresisは、マイクロピペットの内側と外側との間の電位の差に応答して、マイクロピペットからのイオンの動きを伴います。生物学的活性分子は、それによって電流に比例して配信されます。我々は、微小循環の内皮依存性血管拡張を研究するためにマイクロマニピュレーションと連携してアセチルコリンのmicroiontophoresisを示しています。...

微小循環の生体内蛍光イメージングのためのMicroiontophoresisとマイクロマニピュレーション

出典: Vanegas, M. I., et al.薬物注入と電気生理学を組み合わせたマイクロインジェクトロードシステムJ. Vis.

マイクロ流体ベースのマイクロインジェストロードシステム(薬物注入と電気生理学の複合)

多くのマイクロ流体デバイスは、エレクトロタキシスの研究で使用するために開発されています。しかし、これらのチップのいずれも、細胞に対する化学的および電界(EF)の影響を同時に効率的に研究することはできません。私たちは、エレクトロタクシス研究で使用するために、より適切に制御された共存するEFおよび化学刺激を提供するポリメチルメタクリレートベースのデバイスを開発しました。...

マルチチャンネルデュアル電界マイクロ流体チップを用いて、肺癌細胞の走電性の研究

流体成分と統合された微細加工デバイスは、in vivoの微小環境を模倣した細胞研究のためのin...

シングルまたは共存化学/電気/せん断応力刺激下で細胞応答を研究するためのマイクロ流体デバイスを設計

本稿では、プロトン電極やパッチク...

電気生理学測定の電気中立運送者の活動を研究への応用

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神経細胞のコミュニケーションと軸索の信号伝搬特性を研究するためマイクロ電極アレイとのインタ フェース

電気生理学用に設計されたマイクロインジェクストローデシステムと、オプションの薬物注入による実験プローブ(ナノセンサ、マイクロ電極)の送達を支援します。広く利用可能なマイクロ流体成分は、プローブを含むカニューレに結合される。マイクロインジェクストロード構築のためのステップバイステッププロトコルが含まれており、マカク皮質におけるムスシモール注入中の結果が含まれています。...

複合薬物注入と電気生理学のためのマイクロインジェクストローデシステム

マイクロ流体チップ上のマウス胚組織の培養および操作のためのプロトコールが提供される。経路変調器のパルスを印加することにより、このシステムは、マウスのソミトジェネシスの機能的調査のためのシグナル伝達振動を外部的に制御するために使用することができる。...

ソミトジェネシスを支配するシグナル伝達振動の機能的調査のためのマイクロフルイディクスアプローチ

このプロトコルの目的は、生体整血、コラーゲンベースのヒドロゲル、心臓組織工学、薬物スクリーニング、および疾患モデリングにおける応用のために、心臓線維芽細胞(CF)と共培養された幹細胞由来心筋細胞で構成される、高度に整列したヒト心臓組織の三次元(3D)微小流体モデルの開発を説明し、実証することである。...

マイクロ流体プラットフォーム内での3D組織化ヒト心臓組織の開発

ここでは、上皮組織恒常性の電気機械的調節を研究するために、独自の2層マイクロ流体デバイスを製造するためのプロトコルを提示します。この装置は、組織面に垂直な静的な生理学的電流を印加し、細胞間の接着、増殖、および押し出しに影響を与えます。生細胞イメージングと機械的ストレス測定により、これらのプロセスのメカニズムが明らかになります。...

2層マイクロ流体デバイスを用いた組織恒常性の電気機械制御の解明

学ぶ マイクロ流体デバイスを用いた脳スライスの時空間刺激法。神経伝達物質の局所・時間制御による電気生理学実験の精度向上と、in vivoに近い刺激パターンの再現を可能にする革新的アプローチを解説する。

電気生理学的にマイクロ流体の適用

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