Методическая статья

Построение трехмерных нейронных сетей, сопряженных с микроэлектродными массивами

8 июля 2025 г.

В этой статье

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Источник: Tedesco, M., et al., Сопряжение 3D-инженерных нейронных культур с микроэлектродными массивами: инновационная экспериментальная модель in vitro. J. Vis. Exp. (2015)

Это видео демонстрирует разработку 3D-культуры нейронов, связанной с планарной микроэлектродной матрицей с нейронами гиппокампа. Выделенные нейроны образуют 2D-сеть на активной области микроэлектродной матрицы и прикрепляются к стеклянным микрошарикам в многолуночной пластине с мембранной вставкой. После переноса этих покрытых нейронами микрогранул на электрод, они организуются во взаимосвязанную 3D-нейронную сеть.

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все процедуры, связанные со сбором образцов, были выполнены в соответствии с рекомендациями института IRB.

1. Рассечение эмбрионов и диссоциация тканей

  1. Взрослые самки крыс (200-250 г) содержатся при постоянной температуре (22 ± 1 °C) и относительной влажности (50%) при регулярном графике работы свет-темнота (освещение с 7 утра до 7 вечера) в помещении для животных. Убедитесь, что еда и вода находятся в свободном доступе.
  2. Обезболить беременную самку крысы после 18 дня развития (Е18) с использованием 3% изофлурана. Затем принесите животное в жертву при вывихе шейки матки.
  3. Удалите гиппокампы из каждого эмбриона крысы и поместите их в ледяной сбалансированный раствор соли Хэнка без Ca2+ и Mg2+. На 18 день развития ткани гиппокампа и коры головного мозга очень мягкие и их не нужно разрезать на мелкие кусочки. Более подробную информацию можно найти здесь.
  4. Диссоциировать ткань в 0,125% растворе Трипсина/Хэнка, содержащем 0,05% ДНКазы, в течение 18-20 мин при 37 °С.
  5. Удалите надосадочный раствор с помощью пастеровской пипетки и остановите ферментативное расщепление, добавив среду с 10% фетальной бычьей сывороткой (FBS) в течение 5 минут.
  6. Удалите среду с помощью FBS и промойте один раз средой с его добавкой, 1% L-глютамином, гентамицином 10 мкг/мл. Снова удалите среду с помощью пастеровской пипетки и снова наполните ее небольшим количеством (500 мкл) питательной среды с ее добавкой, 1% L-глутамина, гентамицина 10 мкг/мл.
  7. Диссоциируйте тканевую гранулу механическим способом с помощью узкой пастеровской пипетки до появления молочной суспензии клеток. Центрифугировать клеточную суспензию не нужно.
  8. Разбавьте небольшой объем клеточной суспензии питательной средой до получения конечного объема 2,0 мл. Подсчитайте полученную клеточную концентрацию с помощью камеры гемоцитометра. Разбавьте эту концентрацию в соотношении 1:5 для получения желаемой концентрации клеток 600-700 клеток/мкл.

2. Покрытие ячеек

  1. Пластинчатые клетки с плотностью около 2000 клеток/мм2 на активную область MEA, определенную ограничением PDMS, для создания двумерной нейронной сети.
    заметка: Каждый гиппокамп содержит примерно 5 x 105 клеток (1 x 106 для одного эмбриона). Препарируйте 6 эмбрионов, чтобы получить общее количество 6 x 106 клеток в 2 мл и предполагаемую концентрацию 3000 клеток/мкл. Разбавьте эту концентрацию в соотношении 1:5 с целью получения желаемой концентрации клеток и наденьте около 600-700 клеток/мкл. Если площадь MEA, ограниченная ограничением PDMS, составляет около 7,065мм2, а общее количество пластинчатых ячеек 600 ячеек/мкл х 24 мкл = 14 400 ячеек, то итоговая плотность составит 2038 ячеек/мм2.
  2. Поместите устройства MEA в инкубатор с увлажненной атмосферойCO2 (5%) при температуре 37 °C.
  3. Распределите 160 мкл суспензии с концентрацией клеток 600-700 клеток/мкл (около 100 000 клеток) на поверхность монослоя микрогранул, расположенных внутри многолуночных планшетов, чтобы завершить предварительный этап построения трехмерной культуры. Поместите многолуночные планшеты в инкубатор с увлажненной атмосферой CO2 (5%) при температуре 37 °C.

3. 3D Построение нейронной сети

  1. Через 6-8 ч после нанесения покрытия очень осторожно перенесите суспензию (микрошарики с нейронами) из многолуночных планшетов внутрь зоны, ограниченной ограничением PDMS, с помощью набора пипеток объемом около 30-40 мкл. После каждого переноса подождите около полуминуты, чтобы микрошарики могли самостоятельно собраться в шестиугольную компактную структуру.
  2. После того, как все слои будут осаждены и спонтанно собраны, заполните большую каплю около 300 мкл среды верхнюю часть области, ограниченной ограничением PDMS.
  3. Поместите 3D-структуру, соединенную с MEA, в инкубатор (T = 37,0 °C, CO2 = 5%) на 48 часов перед добавлением окончательного объема (около 1 мл) культуры питательной среды с ее добавкой.
    заметка: Рассмотрим общее количество валиков на многолуночных планшетах с мембранной вставкой (30 000) и количество бусин на одном слое на устройстве MEA (6 000). Полученная 3D-структура состоит из 5 слоев микрогранул и клеток. Учитывая, что трехмерная нейронная сеть не является геометрически совершенной, полученная 3D-структура может состоять из 5-8 слоев.
  4. На следующий день после нанесения покрытия осторожно добавьте окончательный объем среды (около 900 μл) внутрь кольца MEA. Выдерживайте 3D-культуры во влажной атмосфере с содержаниемCO2 (5%) при температуре 37 °C в течение 4-5 недель. Заменяйте половину среды раз в неделю.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
Конфликт интересов не декларируется.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
ЛамининСигма-ОлдричЛ20200,05 мкг/мл
Поли-D-лизинСигма-ОлдричП64070,05 мкг/мл
трипсинGibcoNo 25050-0140,125% разбавленный 1:2 в HBSS без ионов кальция и магния
ДНКазаСигма-ОлдричД50250,05% разведенный в растворе Ганкса
НейробазальныйGibco Invitrogen21103049Питательная среда
В27Gibco Invitrogen175040442% средний запас
Фетальная бычья сыворотка (FBS)Сигма-ОлдричФ-244210%
Глутамакс-IGibco350500380,5 мМ
ГентамицинСигма-ОлдричГ.12725 мг/литр
Поли-диметил-силоксан (PDMS)Корнинг Сигма481939Отвердитель и полимер
Микроэлектродные матрицыМногоканальные системы (MCS)60МЭА200/30-Ти-прMEA с: Электродной сеткой 8x8; Расстояние между электродами и диаметр 200 и 30 мкм соответственно; пластиковое кольцо без резьбы
МикрогранулыDistrilab-Duke Scientific9040Стеклянная деталь 1гр.Размер Stds 40 μм
ТрансвеллКостар СигмаКЛС 3413Планшеты Multiwell с мембранной вставкой (диаметр 6,5 мм, пористый, 0,4 мкм)
HBSS без ионов кальция и магнияGibco Invitrogen14175-052
Буферное решение ХэнксасигмаН8264
крысаСпрэг ДоулиКрыса Вистар

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

3D

Похожие статьи