توضح هذه المخطوطة بروتوكول لتنمو في الشبكات وحدات المختبر يتكون من محصورة مكانيا، وظيفيا المترابطة الدوائر العصبية. ويستخدم قناع البوليمرية لنمط طبقة البروتين لتعزيز التصاق الخلايا على الركيزة زراعة. الخلايا العصبية مطلي تنمو على المناطق المغلفة إقامة صلات عفوية وعرض النشاط الكهربية.
يعمل الدماغ من خلال تفعيل التنسيق والتواصل الديناميكي المجالس العصبية. سؤال مفتوح الرئيسي هو كيف ذخيرة واسعة من الزخارف الديناميكية، التي تكمن وراء وظائف المخ الأكثر تنوعا، يمكن أن يخرج من منظمة الطوبوغرافية وحدات ثابتة من الدوائر الكهربائية في المخ. مقارنة في الدراسات المجراة الدوائر العصبية التي تمثل الصعوبات التجريبية الجوهرية، والأعمال التحضيرية في المختبر توفر إمكانية أكبر بكثير للتلاعب وتحقيق خصائص الهيكلية، والديناميكية والكيميائية للأنظمة العصبية التجريبية. يصف هذا العمل منهجية تجريبية في المختبر الذي يسمح متزايد من الشبكات وحدات ألحان متميزة مكانيا، والجمعيات الخلايا العصبية المترابطة وظيفيا. بروتوكول يسمح السيطرة على ثنائية الأبعاد (2D) الهندسة المعمارية للشبكة العصبية على مستويات مختلفة من التعقيد الطوبوغرافية.
والزخرفة الشبكة المطلوبة يمكن أن يكونحقق كل من زلات غطاء العادية والركيزة جزءا لا يتجزأ من صفائف الكهربائي الصغير. وتنقش الهياكل مجهريا على رقاقة السيليكون وتستخدم لخلق الإستنسل البوليمرية حيويا، التي تتضمن الميزات السلبية للبنية الشبكة المطلوبة. يتم وضع الإستنسل على ركائز زراعة أثناء إجراء طلاء السطح بطبقة الجزيئية لتعزيز التصاق الخلوية. بعد إزالة الإستنسل، ومطلي الخلايا العصبية، وأنها توجيهها تلقائيا إلى المناطق المغلفة. من خلال خفض المسافة بين المقصورة، فمن الممكن الحصول على الدوائر العصبية إما معزولة أو مترابطة. لتعزيز بقاء الخلية، الخلايا شارك في تربيتها مع شبكة الخلايا العصبية دعم الذي يقع في المحيط الخارجي للصحن الثقافة. وتعرض التسجيلات الكهربية والضوئية لنشاط الشبكات وحدات الحصول على التوالي باستخدام الركيزة جزءا لا يتجزأ من صفائف الكهربائي الصغير والتصوير الكالسيوم. بينما تظهر كل وحدة مذكورة عفوياتزامن العالمية aneous، وينظم وقوع المشتركة بين وحدة المزامنة كثافة اتصال بين الدوائر.
الأدلة التجريبية والنظرية تدعم إمكانية أن الدماغ يعمل من خلال تفعيل منسقة المجالس خلية 1-5، والتي يمكن اعتبارها وحدات وظيفية الديناميكية التي تتفاعل بشكل عابر مع بعضها البعض لتشكيل والكامنة الدول الدماغ المختلفة. نمطية وظيفي هو أيضا يعتمد على والمرتبطة بتنظيم وحدات الهيكلية للدوائر الدماغ 6،7. كيف ظيفة وبنية الدوائر الكهربائية في المخ تشكيل كل منهما الآخر لا يزال واحدا من الأسئلة المفتوحة الرئيسية في علم الأعصاب. لتوفير فهم أعمق لهذا السؤال، فمن المهم تحديد الأطر التجريبية الأمثل حيث أنه من الممكن أن تتناول، جزئيا على الأقل، وتلك القضايا. منذ تسيطر التلاعب في ديناميات المكانية والزمانية للشبكات العصبية في التجارب في الجسم الحي هو التحدي، وتطوير شبكات الخلايا العصبية في المختبر نماذج ذات اهتمام بسبب سهولة لجنة التنسيق الإدارية الخاصةessibility، والرصد، والتلاعب والنمذجة 8،9. في السنوات الأخيرة، قد سمحت في تقنيات المختبر بدعم من أساليب الزخرفة الركيزة المتقدمة للحث على الشبكات العصبية لتطوير مجموعة من الهياكل وحدات محددة مسبقا 3 ودراسة الخصائص الفنية للشبكات مع طبولوجيا فرض 10. على وجه الخصوص، استخدمت أساليب مؤخرا لتنظيم شبكات من خلال فرض القيود المادية 4،11. في الواقع، لدراسة العلاقة بين البنية والوظيفة في الشبكات العصبية وتوفير تمثيل مبسط لكن معقول من التفاعل المجالس العصبية، يجب في المختبر النظم أن توفر مترابطة الخلايا العصبية السكان الفرعية. درس على نطاق واسع 2D الثقافات العصبية متجانسة لا تفرض أي قيود مكانية على التنظيم الذاتي الأسلاك الناشئة من الدوائر. لذلك نهجا الممكن تشكيل المجالس خلية مترابطة بشكل مصطنع هو موقف مختلف السكان العصبية في الخلافمجالات متميزة ially. المسافة بين هذه المناطق لا يمنع الاتصالات بين المجالس. هذا النهج، مع ضمان سيطرة كبيرة على تعقيد الشبكة، وقد تبين لتوفير ذخيرة غنية من النماذج تزامن 6،7،12.
من أجل تسهيل زراعة استنساخه المجالس العصبية وحدات، وبروتوكول لتجميع التنظيم الذاتي للشبكات في مجموعات الخلايا العصبية التي ربطها محاور عصبية والتشعبات يرد وصفها. تم إنشاء هيكل البوليمرية لالحبس المادي للثقافات العصبية من (PDMS) polydimtheylsiloxane. PDMS هو المطاط الصناعي تستخدم على نطاق واسع للتطبيقات الطبية الحيوية نظرا لفي توافق مع الحياة، والشفافية، والنفاذية للغازات 13. تم إعداد PDMS واستبعادها من SU8 مجهريا 2075 14،15 الهياكل من قبل PDMS السائلة إلى "سيد" كما هو موضح سابقا في جاكمان وآخرون طلاء زيادة ونقصان. 16 Tحقق نمط وتتكون من وحدات مترابطة من حجم مختلف الشبكات العصبية، وأنها قد تم الحصول عليها بنجاح على كلا coverslips ومايكرو الكهربائي صالحة (الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف) 17-20. كثافة الاتصالات بين وحدات يمكن أن تتغير ملامح تزامن الشبكة، من شبكة متزامنة تماما، نموذجية من الثقافات موحدة، إلى دول عابرة التزامن بين الوحدات.
يوصف بروتوكول لتنمو 2D الشبكات العصبية في المختبر وحدات تتألف من الدوائر مترابطة وظيفيا. ويستند هذا الإجراء على الزخرفة طبقة لاصقة الخلوية. ويتحقق الزخرفة مع PDMS الإستنسل استنساخ ميزة سلبية للبنية الشبكة المطلوبة. الإستنسل PDMS تحدد المناطق التي يتم فيها إيداع طبق…
The authors have nothing to disclose.
وأيد هذا العمل من قبل مشروع BRIANBOW الأوروبي (FP7- يونغ المستكشفين، فإن الكتاب أود أن أشكر الدكتور جاكوبو Tessadori لتعليقات مفيدة على المخطوطة، وسيلفيا Chiappalone لمساعدتها في إنتاج الرسومات المستخدمة في الفيديو.
PDMS, Sylgard 184 | Dow Corning | ||
Nalgene Vacuum Chamber | Thermo | 5305-0609 | |
Poly-D-Lysine PDL | Sigma | P7886 | |
silicone grease – SILICAID 1010 | aidchim Ltd | H3375 | |
Spin Coater | Laurell – Technologies Corporation | WS-650-23 | |
12 well culture plate | Sigma | CLS3336 | |
5-Fluoro-2’-deoxyuridine | Sigma | F0503 | |
Uridine | Sigma | U3003 | |
silicone grease – SILICAID 1010 | aidchim Ltd | H3375 | |
MEA1060-Inv-BC | Multi Channel Systems | ||
TC02 | Multi Channel Systems | ||
Pen Strep | Biological Industries Beit Haemek | 03-033-1c | |
B-27 | Gibco | 17504044 | |
glutaMAX | Gibco | 35050-038 | |
MEM Minimum Essential Medium-Eagle | Biological Industries Beit Haemek | 01-025-1B | |
Micro Electrode Arrays 4Q | Multi Channel Systems | 60-4QMEA1000iR-Ti-pr | cleaning manual: http://www.multichannelsystems.com |
silicon wafer | microchem | SU8-2075 | Preparation protocol: www.microchem.com |