마이크로 전극 배열에 3D 엔지니어링의 연결을 문화의 인터페이스 : 혁신을<em&gt; 체외</em&gt; 실험 모델

Mariateresa Tedesco; Monica Frega; Sergio Martinoia; Mattia Pesce; Paolo Massobrio

doi:10.3791/53080

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방법 논문

마이크로 전극 배열에 3D 엔지니어링의 연결을 문화의 인터페이스 : 혁신을

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DOI:

10.3791/53080

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2015년 10월 18일

Mariateresa Tedesco¹ , Monica Frega¹^,² , Sergio Martinoia¹ , Mattia Pesce³ , Paolo Massobrio¹

¹Department of Informatics, Bioengineering, Robotics and System Engineering (DIBRIS), University of Genova, ²Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour, Department of Cognitive Neuroscience, Radboud University Medical Center, ³Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia (IIT)

이 논문에서

요약

이 연구에서는 3D 뉴런 배양이 평면 MEA(Micro-Electrode Arrays)에 결합되는 새로운 실험 모델을 presented. 3D 뉴런이 유리 마이크로비즈로 구성된 골격에 뉴런을 파종하여 네트워크를 구축하고, 그 위에서 뉴런이 자라나 상호 연결된 3D 구조를 형성합니다.

초록

현재 세포 외 마이크로 트랜스듀서 장치에서 체외에서 성장 및 발달하는 해리된 뉴런에서 파생된 대규모 네트워크는 뉴런 세포 어셈블리의 형성 및 유지와 관련된 기본 신경 생리학적 메커니즘을 연구하기 위한 황금 표준 실험 모델입니다. 그러나 체외 연구는 2차원(2D) 신경망에 의해 생성된 전기생리학적 활성을 기록하는 것으로 제한되었습니다. 그럼에도 불구하고 구조와 역학 사이의 복잡한 관계를 감안할 때 3차원(3D) 네트워크의 형성과 발전하는 역학을 조사하기 위해서는 상당한 개선이 필요합니다. 이 연구에서는 3D 해마 또는 피질 네트워크가 평면 MEA(Micro-Electrode Arrays)에 결합되는 새로운 실험 플랫폼을 제시합니다. 3D 네트워크는 유리 마이크로비즈(직경 30-40μm)로 구성된 골격에 뉴런을 파딩하여 구현되며, 이 골 위에서 뉴런이 성장하고 상호 연결된 복잡한 3D 어셈블리를 형성할 수 있습니다. 이러한 방식으로 예상되는 최종 셀 밀도를 가진 5-8개의 레이어로 구성된 엔지니어링된 3D 네트워크를 설계할 수 있습니다. 3D 어셈블리의 형태학적 조직의 복잡성이 증가함에 따라 이러한 유형의 네트워크가 표시하는 전기생리학적 패턴이 향상됩니다. 고정관념이 높은 파열 활동이 나타나는 표준 2D 네트워크와 비교했을 때, 3D 구조는 지속 시간과 빈도 측면에서 파열 활동을 변경할 뿐만 아니라 더 많은 무작위 스파이크 활동을 관찰할 수 있습니다. 이러한 의미에서 개발된 3D 모델은 생체 내 신경망과 더 유사합니다.

서론

마이크로 전극 배열 (다자간)에 결합 된 생체 외 2 차원 신경망에서 신경 역학과 기본 연결 사이의 상호 작용을 연구하기 위해 채택 금 표준 실험 모델을 arethe. 개발하는 동안, 신경이 잘 표시 복잡한 네트워크를 다시 definedspatio-temporalpatternsof 활동 ^{1, 2} (즉, 버스트, 네트워크 버스트, 임의의 급상승 활동). MEA의 네트워크 레벨에서 표현의 상세한 역학 조사를 허용 많은 위치에서 (수십 마이크로 전극으로부터 수천) 전기 생리 활성을 기록한다. 또한, 해리 배양의 사용은 설계 - 네트워크를 설계 할 possibile 만든다. 이것은 이런 식으로 이해하기 쉽게 기록 전기 생리 활성 간의 기능적 관계 및 셀 밀도 ^{3, 4, 5의} 모듈화 정도, 이종 신경 팝의 존재 등의 네트워크 조직의 파라미터등 ulations ^{6 그러나,} 배양 된 세포에 해리 된 모든 시험 관내 시험은 2D 신경 네트워크에 기초한다. ⁽⁷⁾ 모든 방향으로 확대 할 수 평탄화되어 2D 모델 인 somata 성장 콘 (I) 및 축색 돌기 - 생장이 방법은 생체 내 (본질적으로 3 차원, 3D) 시스템에 대해 oversimplifi....