$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Spontaniczne fale siatkówkowe to okresowe wybuchy skorelowanej aktywności obserwowane w rozwijającej się siatkówce przed pojawieniem się widzenia. U myszy obwody, które inicjują i propagują fale siatkówkowe, zmieniają się szybko podczas rozwoju, zaczynając się w zarodku i kończąc w momencie otwarcia oczu (14 dzień po urodzeniu)1. Wraz z rozwojem obwodów siatkówki czasoprzestrzenne właściwości fal siatkówkowych zmieniają się dramatycznie2,3. Kilka badań potwierdza, że te specyficzne właściwości czasoprzestrzenne instruują rozwój układu wzrokowego: asynchroniczna aktywność między oczami instruuje segregację specyficzną dla oka4, rozmiar obszaru fali instruuje udoskonalanie aksonów retinotopowych w obuocznych obszarach mózgu5,6, a kierunek rozchodzenia się fal został uwikłany w instruowanie obwodów selektywności kierunkowej w górnym wzgórku3. Poza obwodami neuronalnymi, fale siatkówkowe są odpowiedzialne za rozwój przepuszczalności układu krwionośnego7. Dodatkowo odkryto, że fale siatkówkowe II stopnia kontrolują rozrost obszarów pola recepcyjnego i stabilizują go w komórkach zwojowych siatkówki (RGC)8. Co krytyczne, nieprawidłowe fale siatkówki podczas rozwoju mogą być podstawą różnych zaburzeń neurorozwojowych i rzeczywiście, fale siatkówkowe są nieprawidłowe w mysim modelu wrodzonego oczopląsu3. Biorąc pod uwagę ich kluczową rolę we wczesnym rozwoju układu wzrokowego i implikacje dla choroby, istnieje potrzeba rejestrowania czasoprzestrzennej dynamiki fal siatkówkowych w każdym wieku i w dowolnym modelu zwierzęcym.
Pojawiło się kilka metod badania fal siatkówkowych. Zarówno elektrofizjologia jednokomórkowa9,10, jak i obrazowanie wapniowe11,12,13,14,15 doprowadziły do przełomowych odkryć dotyczących obwodów i funkcji fal siatkówkowych. W tym miejscu skupimy się na nagraniach z matrycą wieloelektrodową (MEA), metodzie, która jest stosowana od wczesnych badań fal siatkówkowych16 i jest nadal ulepszana jako technika2. MEA umożliwiają jednoczesne zewnątrzkomórkowe rejestrowanie potencjałów czynnościowych od setek do tysięcy RGC, umożliwiając naukowcom śledzenie inicjacji, propagacji i zakończenia fal podobnie jak jest to możliwe w przypadku obrazowania wapnia. Ponieważ MEA bezpośrednio rejestrują potencjał czynnościowy z RGC, MEA mogą być wykorzystywane do badania różnych genetycznych modeli myszy lub organizmów niemodelowych bez dodatkowej komplikacji w postaci wprowadzenia wskaźnika wapnia. Tkanka może być również hodowana bezpośrednio w MEA, co umożliwia bardzo długi czas rejestracji. MEA są również wysoce skalowalne, a obecne produkty umożliwiają jednoczesną realizację do sześciu aktywnych MEA, co może umożliwić szybką ocenę siatkówki i katalizować odkrywanie leków. Być może największą zaletą MEA jest ich zdolność do pobierania próbek z wielu komórek z dużą częstotliwością, co umożliwia laboratoriom na całym świecie szybkie uzyskanie bogatych zestawów danych, ale wymaga specjalistycznej wiedzy w zakresie przetwarzania końcowego.
Głównym celem tego protokołu jest dostarczenie szczegółowego i powtarzalnego protokołu do przygotowania tkanki siatkówki i wykonywania zapisów elektrofizjologicznych przy użyciu jednodołkowego systemu MEA O WYSOKIEJ GĘSTOŚCI (HD-MEA) do badania spontanicznych fal siatkówkowych ex vivo. Metoda ta zapewnia wysoką przepustowość i długotrwałe pozyskiwanie danych, dzięki czemu nadaje się do szerokiego zakresu badań rozwojowych i związanych z chorobami. Nowy, zaawansowany system HD-MEA oparty na technologii CMOS, który pozwala na jednoczesne >1000 miejsc na elektrodach, ma kilka zalet w porównaniu z tradycyjnymi metodami elektrofizjologicznymi. Układ elektrod o dużej gęstości (26 400 elektrod) umożliwia precyzyjne, jednoczesne zapisy zewnątrzkomórkowe z maksymalnie 1 012 RGC, rejestrując wzorce aktywności przestrzennej w precyzyjnej skali. Konstrukcja z jednym dołkiem zapewnia jednolite warunki nagrywania17. Dodatkowo system ten pozwala na długotrwałe zapisy trwające kilka godzin, dzięki czemu możliwe jest badanie dynamiki fal w różnych warunkach fizjologicznych i farmakologicznych bez znaczącej degradacji sygnału18. Dostarczając protokół, badanie to ma na celu udostępnienie technologii HD-MEA szerszemu gronu badaczy zajmujących się neurobiologią, okulistyką i naukami o wzroku. Metoda ta stanowi znaczący krok naprzód w badaniach fal siatkówkowych, oferując nowe możliwości badania wczesnego rozwoju układu wzrokowego, mechanizmów chorobowych i potencjalnych interwencji terapeutycznych.