Monitoring Seizure-Induced Neural Electrical Activity in Brain Slices Using Microelectrode Arrays(미세 전극 어레이를 사용한 뇌 절편에서 발작 유도 신경 전기 활동 모니터링)
0 조회수 • 5:15 분 • July 8th, 2025
테스트 약물이 포함된 인공 뇌척수액 또는 aCSF로 채워진 미세 전극 배열 또는 MEA 기록 챔버에 뇌 절편을 배치하는 것으로 시작합니다.
슬라이스의 위치를 조정하고 앵커로 고정합니다.
발작 유발 시험 약물을 포함하는 aCSF의 연속 흐름을 시작합니다.
슬라이스의 이미지를 캡처합니다.
뇌 절편과 접촉하는 적절한 미세 전극을 선택하십시오.
자극 장치를 활성화하고 전선을 MEA 장치에 연결합니다.
기준선 신호를 기록합니다.
최적의 자극 강도를 결정하기 위해 테스트 실행을 수행합니다.
이제 전기 펄스 전달을 시작하십시오.
이 펄스는 선택된 뇌 영역을 자극하여 인공 발작을 유발합니다.
발작 유발 반응을 포착하기 위해 결과 전기적 활동을 기록합니다.
4-AP aCSF 수준과 기록 온도가 원하는 대로 안정화되면 관류와 흡입 마개를 꺼짐 위치로 돌려 일시적으로 중지합니다. 거꾸로 된 유리 파스퇴르 피펫을 사용하여 하나의 뇌 절편을 MEA 기록 챔버로 빠르게 옮깁니다.
필요에 따라 불로 광택이 나는 컬 파스퇴르 피펫 또는 부드럽고 컴팩트한 작은 브러시를 사용하여 MEA 기록 영역에서 위치를 조정합니다. 브레인 슬라이스에 고정 앵커를 놓습니다. 마개를 다시 켜짐 위치로 돌려 관류와 흡입을 다시 시작합니다.
도립 현미경 스테이지에 장착된 카메라를 사용하여 뇌 절편 사진을 찍습니다. 그런 다음 컴퓨터 소프트웨어에서 mapMEA 스크립트를 실행하여 GUI를 시작하여 전극을 매핑합니다. 찾아보기 버튼을 클릭하여 뇌 슬라이스의 사진을 로드합니다. 기준 전극이 MEA의 왼쪽 절반 상단 열에 나타나는지 확인하십시오. 그런 다음 포인터 활성화 버튼을 클릭합니다.
어레이의 가장 왼쪽 열에서 상단 및 하단 전극을 선택하여 이미지 교정 및 전극 매핑을 위한 x, y 좌표를 표시합니다. 슬라이스 유형(Slice Type) 드롭다운 메뉴에서 수평(Horizontal) 을 선택합니다. 기본 구조 확인란을 선택합니다.
브레인 슬라이스 그림 아래에 있는 번호가 매겨진 푸시 버튼을 사용하여 ROI에 해당하는 전극을 선택하고 구조 패널에서 해당 푸시 버튼을 클릭하여 할당합니다. 각 ROI에 대해 이 단계를 반복합니다. 그런 다음 저장 버튼을 누릅니다. 소프트웨어는 선택한 전극과 ROI를 보고하는 테이블이 포함된 결과 폴더를 생성합니다.
전기생리학 연구의 경우 자극 프로토콜 최소 10분 전에 자극 장치를 켜서 자체 보정 및 안정화를 허용합니다. 그런 다음 자극 제어 소프트웨어를 시작하고 자극 제어 소프트웨어의 메인 패널에 녹색 LED로 표시된 대로 자극기와 MEA 증폭기가 올바르게 연결되어 있는지 확인합니다.
양극성 구성에서 자극을 설정합니다. 자극 장치를 지면에 연결합니다. 그런 다음 스크립트 mapMEA로 매핑된 전극 쌍 중 CA1 근위 하층의 피라미드 세포층과 접촉하는 전극 쌍을 연결합니다. 데이터를 수집하려면 녹화 소프트웨어의 메인 패널에서 재생 버튼을 누릅니다. 최소 4번의 발작 방전을 기록하십시오.
다음으로, 빠른 입력/출력 테스트를 실행하여 최상의 자극 강도를 식별합니다. 이렇게 하려면 메인 패널을 사용하여 위상당 100마이크로초의 지속 시간을 가진 정사각형 이상 양상-음극 전류 펄스를 설계합니다.
펄스 진폭 탭에서 위상당 100마이크로암페어의 초기 펄스 진폭을 입력합니다. 0.2초 이상의 인터펄스 간격을 추가하여 자극 펄스를 5헤르츠 이하로 설정합니다. 자극이 해마주위 피질에서 발작 간기 유사 사건을 안정적으로 유발할 수 있을 때까지 각 시도에서 자극 진폭을 50-100마이크로암페어 단계씩 증가시킵니다.
변연계 외형성의 전기적 변조를 위해 관심 있는 자극 프로토콜을 전달하도록 자극 장치를 프로그래밍하고 입력/출력 테스트 중에 식별된 자극 진폭을 사용합니다.
자극이 중지된 후 최소 4번의 발작 방전을 기록하여 자극 전 조건으로의 네트워크 회복을 확인합니다.
개요
본 논문은 미세전극 어레이(MEA)를 사용하여 뇌 절편에서 인공 발작을 유도하는 프로토콜을 상세히 설명합니다. 이 방법은 발작 역학을 연구하기 위해 뇌 절편의 정밀한 배치, 전기 자극 및 뉴런 활동 기록 과정을 포함합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 전기생리학
- 신경약리학
배경
- 발작 기전을 이해하는 것은 치료법 개발에 매우 중요합니다.
- 인공 발작 모델은 신경세포의 반응을 연구하는 데 도움이 됩니다.
- 미세전극 어레이를 통해 전기적 활동을 상세하게 기록할 수 있습니다.
- 4-AP는 실험적 환경에서 발작을 유도하기 위해 흔히 사용되는 약물입니다.
연구 목적
- 뇌 절편에서 발작을 유도하고 기록하기 위한 신뢰할 수 있는 방법을 수립한다.
- 유도된 발작과 관련된 전기적 활동을 분석한다.
- 일관된 결과를 얻기 위해 자극 매개변수를 최적화한다.
사용된 방법
- 뇌 슬라이스 준비 및 MEA 기록 챔버 배치.
- 인공 뇌척수액 내 4-AP를 이용한 발작 유도.
- 발작 유사 활동을 유발하기 위한 특정 뇌 영역의 전기 자극.
- 자극 중 뉴런 반응의 기록 및 분석.
주요 결과
- 뇌 슬라이스에서 인공 발작의 성공적인 유도.
- 관심 영역에 대한 전극 위치의 상세 매핑.
- 신뢰성 있는 발작 유도를 위한 최적의 자극 파라미터 식별.
- 네트워크 활동을 보여주는 발작성 방전의 기록.
결론
- 본 프로토콜은 발작 역학을 연구하기 위한 강력한 프레임워크를 제공합니다.
- 연구 결과는 발작 중 뉴런의 행동을 이해하는 데 기여합니다.
- 추후 연구에서 이 방법을 기반으로 치료적 개입 방안을 탐색할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
산업계 관련성 요약
본 프로토콜은 네트워크 과흥분성에 대한 화합물의 효과를 평가할 수 있는 재현 가능한 전기생리학적 모델을 제공함으로써, 발작 관련 타겟의 기전적 리스크를 낮출 수 있게 합니다. 또한, 발작성 방전 패턴을 기능적 판독값으로 정량화하여 신경약리학 탐색 파이프라인에서의 타겟 검증 및 분석법 개발을 지원합니다. 이 방법은 표준화된 고해상도 신경 활동 모니터링을 통해 항경련제 후보 물질의 초기 단계 스크리닝 시 예측 신뢰도를 높여줍니다.
바이오 제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 과학적 가치: 약리학적 또는 유전적 섭동에 대한 발작 유사 네트워크 반응을 측정하여 치료 가설을 검증합니다.
- 운영적 가치: 온전한 미세회로 내 신경세포 흥분성 변화의 직접적인 측정을 통해 기능적 타겟 검증을 가능하게 합니다.
- 예측적 가치: 용량 의존적 효능으로 인위적으로 유도된 발작성 사건을 억제하는 화합물을 식별함으로써 포트폴리오 우선순위 선정을 지원합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 분석 준비도: MEA 기반의 세포외 기록을 사용하여 하위 화합물 스크리닝을 위한 검증된 뇌 절편 모델을 준비합니다.
- 정량적 결과: 발작성 방전 빈도, 진폭 및 전파 역학과 같은 측정 가능한 전기생리학적 엔드포인트를 생성합니다.
- 재현성: 자극 및 관류 프로토콜을 표준화하여 실험 및 연구소 간에 일관된 발작 유도를 보장합니다.
중개 및 전임상 연구
- 질환 관련성: 인간의 측두엽 뇌전증 병태생리에 부합하는 해마 및 해마 주변 영역의 뇌전증성 활동을 모델링합니다.
- 중개 연속성: 생체 내(in vivo) 발작 부담을 예측하는 네트워크 수준의 판독값을 유지함으로써 발견 단계의 연구 결과와 전임상 검증을 연결합니다.
- 리스크 조정 결정: 발작 유사 활동의 억제 여부에 기반한 go/no-go 기준을 제공하여, 중추신경계(CNS) 프로그램에서의 잘못된 진척을 줄여줍니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
이 방법은 타겟 가설 검증부터 리드 화합물 발굴, 전임상 효능 평가에 이르는 발견 연속체 내에 적합하며, 신경망 전기생리학을 기반으로 항경련제 후보 물질의 반복적인 정교화를 가능하게 합니다.
- 발견 생물학(Discovery Biology): 발작 생성 및 전파에 관여하는 이온 채널 및 수용체 타겟의 기전적 조사를 지원합니다.
- 스크리닝(Screening): 질병 관련 신경망에서 화합물 라이브러리 평가를 위해 분석 가능한 수준의 재현성 있는 전기생리학적 판독값을 제공합니다.
- 분석(Analytics): 조건별 약물 효과를 비교하기 위해 뉴런 동기화 및 버스트 발화에 대한 정량적, 시간 분해능 측정값을 제공합니다.
- 중개 연구(Translational Research): 해마 회로의 무결성과 뇌전증성 역동성을 보존함으로써 전임상 모델과의 연속성을 유지합니다.
- 기업적 재활용(Enterprise Reuse): 뇌전증 외에도 불안 및 신경 퇴행을 포함한 여러 중추신경계(CNS) 적응증 프로그램에 활용 가능한 재사용 가능한 전기생리학적 플랫폼을 구축합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 생리학적으로 유효한 표본에서 분자 섭동과 기능적 네트워크 결과 사이의 연관성을 입증함으로써 표적에 대한 신뢰도를 높입니다.
- 운영적 가치: 표준화된 슬라이스 준비, 약물 관류 및 자극 프로토콜을 통해 재현성을 향상시킵니다.
- 전략적 가치: 효과가 없는 화합물을 조기에 발견할 수 있게 하여 후기 단계의 실패 위험을 줄이고 자본 효율성을 개선합니다.
- 포트폴리오 영향: 발작 유사 네트워크 활동에 미치는 입증 가능한 효과를 바탕으로 CNS 후보 물질의 위험 조정 우선순위 결정을 용이하게 합니다.
실행 시 고려 사항
- 전기생리학, 뇌 슬라이스 제작 및 MEA 데이터 분석에 대한 전문 지식이 필요합니다.
- 안정적인 관류 시스템, 온도 제어 및 저잡음 기록 장비에 의존합니다.
- 재현 가능한 결과를 위해 자극 파라미터 및 ROI 선택에 대한 팀 간 표준화가 필수적입니다.
- 질환 모델에 적용하려면 유전적 모델 또는 외상성 뇌 손상 모델에서 뇌전증 유사 유도(epileptiform induction)의 검증이 필요합니다.
- 슬라이스의 생존 기간이 통상 6–8시간으로 제한되어, 화합물의 종단적 테스트 가능 시간이 제약됩니다.
바이오 제약 FAQ
미세 전극 배열에서 신경 세포 배양의 자극에 대한 네트워크 반응의 시간 의존적 증가
관련 동영상
0 조회수
급성 Hippocampal 조각에 작은 볼륨 재활용-, 관류-침수 형 챔버 시스템 유지에 시 냅 스가 소성을 기록
관련 동영상
0 조회수
재발 동작 전위 기록을 위한 멀티웰 마이크로 전극 어레이의 인간 iPSC 유래 심근구 네트워크
관련 동영상
0 조회수
microelectrode array-based assessment of neuronal networks in mouse spinal cord slices(쥐 척수 절편에서 신경 네트워크에 대한 Microelectrode Array-based Assessment of Neuronal Networks in Mouse Spinal Cord Slices)
관련 동영상
0 조회수
발작 유도 물질에 대한 반응으로 multi-electrode array를 사용한 뇌 피질 모니터링
관련 동영상
0 조회수
인간의 간질 수술 후 두피 조직의 다중 전극 어레이 레코딩
관련 동영상
0 조회수
마우스 뇌 조각 준비에서 발작 같은 활동의 직류 자극 및 다중 전극 배열 기록
관련 동영상
0 조회수
녹음 및 Microelectrode 배열에 결합 하는 설치류 뇌 조각에 Epileptiform 활동의 변조
관련 동영상
0 조회수
Complementary Metal-Oxide-Semiconductor High-Density Microelectrode Array System을 사용한 급성 뇌 절편에서 고품질 발작 유사 활동
관련 동영상
0 조회수
인간 만능 줄기 세포 유래 뇌 조립체를 사용하여 간질을 모델링하기 위한 다중 전극 어레이 플랫폼
관련 동영상
0 조회수
마지막 업데이트: 29 8월 2026