Name: Mikro Elektrot Diziler 3D Engineered Nöronal Kültürler Arayüz: Yenilikçi İn Vitro Deneysel Model (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-10-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 47 s
Description: Keşfedin, mikro elektrot dizileriyle birleştirilmiş üç boyutlu nöronal ağlar oluşturma yöntemini. Cam mikroboncuk iskeletleri kullanarak gelişmiş elektrofizyolojik kayıtlar ve fizyolojik olarak daha uygun bir in vitro model elde edin.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Yazarlar lohusalık yapısı ve dott gelişmekte teknik destek Giorgio Carlini teşekkür ederiz. Yazının kapsamlı revizyon için Ornella LoBrutto. Bu sonuçlara önde gelen araştırma Avrupa Birliği&#39;nin 7. Çerçeve Programı&#39;ndan fon aldı (ICT-FET FP7 / 2007-2013, FET Genç Kaşifler düzeni) hibe anlaşması 284.772 BEYİN BOW altında (www.brainbowproject.eu).

Deneysel protokol DL 116/1992 uyarınca ve Genova (Prot Üniversitesi kurallar tarafından İtalyan Sağlık Bakanlığı tarafından Avrupa Hayvan Bakım Mevzuatı (2010/63 / EU), tarafından kabul edildi. N. 13130, Mayıs 2011). Tüm çabalar proje için hayvanların sayısını azaltmak ve onların acılarını en aza indirmek için yapılmıştır. Malzeme ve Destekler 1. Hazırlık <ol><li> CNC (Computer Numerical Control) freze makinesi vasıtasıyla PDMS (Poly-Dimetil-Siloxane) kısıtlama oluşturmak için kalıp Construct. Bu tür bir kalıp politetrafloroetilen merkezi silindir (PTFE), polikarbonat gerçekleştirilmektedir. PDMS sertleştikten sonra bu malzeme maske daha kolay bir çıkarma verir. NOT: kalıp tasarımı Bilgisayar Destekli-Tasarım (CAD) tarafından gerçekleştirilen ve daha sonra CNC Freze makinesine teslim edilmiştir. </li><li> PDMS elastomer hazırlayın. PDMS bir organik polimerdir. Bu iki eleman oluşmaktadır, Bir kürleme maddesi ve bir polimer içerir. 1:10 hacim oranında karıştırın, sertleştirici madde bir kısmı ve polimerin dokuz kısım. Bir Petri kabındaki iki bileşen koymak sallamak ve hava kabarcıklarını yok etmek için 10 dakika süreyle vakum odasında karışımı yerleştirin. PDMS 3 g bir kısıtlama için yeterlidir. </li><li> PDMS kısıtlamayı Construct. Kalıpçı içine PDMS malzemeyi yerleştirin ve 120 ° C&#39;de 30 dakika süreyle fırına koyun. PDMS kısıtlama, sırasıyla 22,0 ve 3,0 mm&#39;lik bir dış ve iç çapa ve 650 mm yüksekliğe sahip ideal bir silindir şekline sahiptir. </li><li> Kaplama bir gün önce, çiftin bir stereo mikroskop altında bir cımbız yardımıyla Mikro Elektrot Diziler (ÇÇA) aktif alana maske ve 120 ° C&#39;de fırında PDMS maskesi sterilize edin. </li><li> Konik bir cam şişede 2 saat boyunca% 70 etanol içinde ve EV döndürme (42,3 ± 1,1 um onaylı ortalama çapı 40 ± 2 um nominal çap), cam mikro-boncuklar sterilizeery 30 dakika tüm mikroboncukları ortaya çıkarmak. </li><li> Tüpten etanol çözüm çıkarın ve mikroboncukları steril su ile iki kez yıkayın. </li><li> 0,05 ug / ml poli-D-Lisin, Laminin karışık çözeltisi 24 ul (çap 3.0 mm eşittir) PDMS maske tarafından sınırlanan MEA alanının orta kısmını hale getirin. </li><li> Coat 0,05 ug / ml&#39;de yapışma proteinleri, önceden laminin ve poli-D-lisin ile mikro-mi ve stabil ve uzun süreli bir nöronal ağ elde etmek için, 37 ° C &#39;de gece boyunca inkübatör içinde bırakın. </li><li> MEA cam yüzeyinden ve cam mikro hem yapışma faktörleri çıkarın. Aspire bir pipet ile kaplama çözeltisinin yaklaşık olarak% 95 ve MEA yüzeyi üzerinde, steril su, küçük bir hacimlerinde 24μl- uygulanır. Aspire yine 95&#39;den fazla su ve% hücreleri kaplama önce 1 saat boyunca laminer kaputun altında MEA kurumaya bırakın. Not: yerine mikro-boncuk halinde, kaplama aspireçözüm ve nöronlar kaplama olacak cam yüzeyi kondisyon için, sterilize su ve bazal orta ve B27 olarak ek ikinci bir biriyle ilk yıkama yapın. Mikro-kuru izin vermeyin. Şişe içine kültür ortamı içinde süspansiyon halinde bırak. </li><li> Bunlar tek biçimli bir tabakasını oluşturan kendi kendini monte edecek ve membran deliğinden (gözenek çapı 0,4 um) olan, çok oyuklu bir plaka üzerine bir pipet -200 μl-, tedavi edilen mikro-boncuk süspansiyonu (yaklaşık 32000) aracılığıyla, dağıtın. </li><li> Orta 0.5 ml membran Her çukurun doldurun ve inkübatör koydum (T = 37.0 o C, CO 2 =% 5) nöronlar (3.2) kaplama için hazır olana kadar. </li></ol> 2. Embriyolar diseksiyonu ve Doku Ayrılma <ol><li> Normal bir ışık-karanlık program dahilinde sabit bir sıcaklıkta (22 ± 1 ° C) ve nem (% 50) Ev yetişkin dişi sıçanlar (200-250 g) (ışık-07:00-7 pm) &#39;dehayvan tesisi. Bu yiyecek sağlanması ve su serbestçe kullanılabilir. </li><li> % 3 izofluran kullanarak geliştirme 18 gün (E18) sonra hamile kadın sıçan anestezisi. Ardından, servikal dislokasyon ile hayvan kurban. </li><li> Her sıçan embriyo hippocampi çıkarın ve Ca 2+ ve Mg olmadan buz Hank dengeli tuz çözeltisi 2+ içine koyun. Günde gelişim hipokampus ve korteks dokuları 18 Çok yumuşak ve küçük parçalar halinde kesmek için gerek yoktur. Daha fazla detay 18,19 bulunabilir. </li><li> 37 ° C&#39;de 18-20 dakika boyunca DNAz% 0.05 ihtiva eden tripsin / Hank çözeltisi 0.125% olarak doku ayırmak. </li><li> Pasteur pipeti ile süpernatan çözeltisi çıkarın ve 5 dakika boyunca,% 10 fetal sığır serumu (FBS) ile orta eklenerek enzimatik sindirim durdurun. </li><li> FBS ile Ortamı çıkarın ve eki,% 1 L-glutamin, gentamisin 10 ug / ml ortam maddesi ile bir kez yıkanır. Pasteur pip ile tekrar orta kaldırmakette eki,% 1 L-glutamin, gentamisin 10 ug / ml ile bir yetiştirme ortamı küçük bir miktarı (500 ul) ile yeniden dolum ve. </li><li> Hücre süt rengi süspansiyon görünceye kadar dar bir Pasteur pipeti ile mekanik olarak doku topağı ayrıştırmaları. Bu hücre süspansiyonu santrifüj gerekli değildir. </li><li> 2,0 ml&#39;lik bir son hacim elde etmek için büyüme ortamı hücre süspansiyonuna küçük hacimli seyreltilir. Bir hemositometre odası ile elde edilen hücresel konsantrasyon güvenin. / Ml 600-700 hücreleri istenen hücre konsantrasyonunu elde etmek üzere 5: 1 ile, bu konsantrasyon seyreltilir. </li></ol> 3. Hücre Kaplama <ol><li> PDMS kısıtlaması ile tanımlanır MEA aktif alan üzerine yaklaşık 2000 hücre / mm2 yoğunluğunda plakası hücreleri, 2B nöronal ağ oluşturmak için. NOT: Her hipokampus yaklaşık 5 x 10 5 hücreler içeren, (tek bir embriyo için 1 x 10 6). 6 x 10 toplam miktar almak için 6 embriyolar teşrih6 2 ml hücre ve / ml 3000 hücre tahmini konsantrasyonu. İstenilen hücre konsantrasyonunu elde etmek ve yaklaşık 600-700 hücre / ul plaka için 5: 1 bu konsantrasyon sulandırmak. PDMS kısıtlaması tarafından sınırlanan MEA alanı yaklaşık 7,065 mm 2 ve kaplama toplam hücre sayısı ise 600 hücre / ml x 24 ul = 14.400 hücre / mm 2 &#39;2038 hücrelerin nihai yoğunluğu. </li><li> 37 ° C&#39;de nemlendirilmiş bir CO2 atmosferi (% 5) ile inkübatör içine MEA cihazları yerleştirin. </li><li> Üç boyutlu kültür yapımı için ön hazırlık aşamasını tamamlamak için yuvalı plakalarda içine yerleştirilen mikro-mono-katman yüzeyi üzerine / ml 600-700 hücreleri (yaklaşık 100,000 hücre) hücre konsantrasyonuna sahip süspansiyon 160 ul dağıtın. 37 ° C&#39;de nemlendirilmiş bir CO2 atmosferi (% 5) ile, çok kuyucuklu bir inkübatör plakaları koyun. </li></ol> 4. 3D Nöronal Şebeke İnşaatı <ol><li> 6-8 saat sonra kaplama, yaklaşık 30-40 ul&#39;lik bir hacim için ayarlanmış bir pipet kullanılarak PDMS kısıtlaması tarafından sınırlanan bölgenin içine tamamen çok dikkatli bir şekilde, çok oyuklu plakalar ile süspansiyonu (nöronlar ile mikro-) aktarın. Her aktarımdan sonra, bir altıgen kompakt yapıda kendine monte mikroboncukları izin, yaklaşık yarım dakika bekleyin. </li><li> Tüm katmanlar yatırılır ve kendiliğinden monte edildikten sonra, ortam yaklaşık 300 ul PDMS kısıtlaması tarafından sınırlanan alanın üst büyük bir düşüş ile doldurun. </li><li> Inkübatör (T = 37,0 o C, CO 2 =% 5) MEA bağlanmış 3 boyutlu yapının koyun 48 saat için takviyesi ile büyüme ortamı kültürünün bir son hacim (yaklaşık 1 mi) ilave edilmeden önce. NOT: Membran parçası (30.000) ve MEA cihazı (6000) üzerine tek bir tabaka üzerinde tanelerin sayısı ile yuvalı plakalarda boncuk sayısı göz önünde bulundurun. Elde edilen 3D yapı mi 5 tabakadan oluşurcrobeads ve hücreler. 3D nöronal ağ geometrik mükemmel olmadığı dikkate alındığında, ortaya çıkan 3D yapı 5-8 tabakadan oluşur olabilir. </li><li> Günlük kuluçkadan sonra dikkatli bir şekilde MEA halka içinde ortam (yaklaşık 900 ul) son hacim ekleyin. 4-5 hafta boyunca 37 ° C&#39;de nemlendirilmiş bir CO2 atmosferi (5%) 3D kültürleri koruyun. Haftada bir kez orta yarısı değiştirin. </li></ol> 5. Konfokal Mikroskopi Toplama <ol><li> Bir tutucu içinde mikroskop sahneye biyolojik örnekler sabitleyin. Doğru bant emisyon filtresi ve sırayla yakalamak için her resim için PMT imajı, kazanç ve ofset (-0.3%) elde etmek için hangi lazer (Argon, 496-555 nm), tarama hızı (400 Hz) olarak ayarlayın doymasını önlemek için ve sinyal gürültü oranını geliştirmek için. Sonuçlar Bölüm Şekil 4 görüntüler elde etmek için kullanılan değerler bildirir. </li><li> Z -stack dizisi, köknar edinimi içinst, üst ve numunenin alt tabakanın z pozisyonuna değerini seçin ve sonra satın alma yapmak için adım boyutunu seçin. </li></ol>

<ol><li>Van Pelt, J., Corner, M. A., Wolters, P. S., Rutten, W. L. C., Ramakers, G. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+stability+and+developmental+changes+in+spontaneous+network+burst+firing+patterns+in+dissociated+rat+cerebral+cortex+cell+cultures+on+multi-electrode+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci.+Lett%22%5BJournal%5D)">Long-term stability and developmental changes in spontaneous network burst firing patterns in dissociated rat cerebral cortex cell cultures on multi-electrode arrays.</a> Neurosci. Lett. 361, 86-89 (2004).</li>
<li>Rolston, J. D., Wagenaar, D. A., Potter, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Precisely+timed+spatiotemporal+patterns+of+neural+activity+in+dissociated+cortical+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscienc%22%5BJournal%5D)">Precisely timed spatiotemporal patterns of neural activity in dissociated cortical cultures.</a> Neuroscienc. 148, 294-303 (2007).</li>
<li>Frey, U., Egert, U., Heer, F., Hafizovic, S., Hierlemann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microelectronic+system+for+high-resolution+mapping+of+extracellular+electric+fields+applied+to+brain+slices%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens.+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Microelectronic system for high-resolution mapping of extracellular electric fields applied to brain slices.</a> Biosens. Bioelectron. 24, 2191-2198 (2009).</li>
<li>Macis, E., Tedesco, M., Massobrio, P., Raiteri, R., Martinoia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+microdrop+delivery+system+for+neuronal+network+patterning+on+microelectrode+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Meth%22%5BJournal%5D)">An automated microdrop delivery system for neuronal network patterning on microelectrode arrays.</a> J. Neurosci. Meth. 161, 88-95 (2007).</li>
<li>Kanagasabapathi, T. T., Ciliberti, D., Martinoia, S., Wadman, W. J., Decre, M. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual+compartment+neurofluidic+system+for+electrophysiological+measurements+in+physically+segregated+and+functionally+connected+neuronal+cell+culture%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Neuroeng%22%5BJournal%5D)">Dual compartment neurofluidic system for electrophysiological measurements in physically segregated and functionally connected neuronal cell culture.</a> Front. Neuroeng. 4, (2011).</li>
<li>Kanagasabapathi, T. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+connectivity+and+dynamics+of+cortical-thalamic+networks+co-cultured+in+a+dual+compartment+device%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neural.+Eng%22%5BJournal%5D)">Functional connectivity and dynamics of cortical-thalamic networks co-cultured in a dual compartment device.</a> J. Neural. Eng. 9, (2012).</li>
<li>Cullen, D. K., Wolf, J. A., Vernekar, V., Vukasinovic, J., LaPlaca, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+tissue+engineering+and+biohybridized+microsystems+for+neurobiological+investigation+in+vitro+%28Part+1%29%5BTitle%5D)+AND+%22Crit.+Rev.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Neural tissue engineering and biohybridized microsystems for neurobiological investigation in vitro (Part 1).</a> Crit. Rev. Biomed. Eng. 39, 201-240 (2011).</li>
<li>Wagenaar, D. A., Madhavan, R., Pine, J., Potter, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+Bursting+in+Cortical+Cultures+with+Closed-Loop+Multi-Electrode+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Controlling Bursting in Cortical Cultures with Closed-Loop Multi-Electrode Stimulation.</a> J. Neurosci. 25, 680-688 (2005).</li>
<li>Shany, B., Vago, R., Baranes, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+primary+hippocampal+neuronal+tissue+on+an+aragonite+crystalline+biomatrix%5BTitle%5D)+AND+%22Tiss.+Eng%22%5BJournal%5D)">Growth of primary hippocampal neuronal tissue on an aragonite crystalline biomatrix.</a> Tiss. Eng. 11, 585-596 (2005).</li>
<li>Schmidt, C. E., Leach, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+tissue+engineering%3A+strategies+for+repair+and+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rev.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Neural tissue engineering: strategies for repair and regeneration.</a> Ann. Rev. Biomed. Eng. 5, 293-347 (2003).</li>
<li>Ma, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CNS+stem+and+progenitor+cell+differentiation+into+functional+neuronal+circuits+in+three-dimensional+collagen+gels%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">CNS stem and progenitor cell differentiation into functional neuronal circuits in three-dimensional collagen gels.</a> Exp. Neurol. 190, 276-288 (2004).</li>
<li>Baranes, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interconnected+network+of+ganglion-like+neural+cell+spheres+formed+on+hydrozoan+skeleton%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+En%22%5BJournal%5D)">Interconnected network of ganglion-like neural cell spheres formed on hydrozoan skeleton.</a> Tissue En. 13, 473-482 (2007).</li>
<li>Lee, J., Cuddihy, M. J., Kotov, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+cell+culture+matrices%3A+state+of+the+art%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+engineering.+Part+B%2C+Review%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional cell culture matrices: state of the art.</a> Tissue engineering. Part B, Review. 14, 61-86 (2008).</li>
<li>Schuz, A., Palm, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Density+of+neurons+and+synapses+in+the+cerebral+cortex+of+the+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Density of neurons and synapses in the cerebral cortex of the mouse.</a> J. Comp. Neurol. 286, 442-455 (1989).</li>
<li>Pautot, S., Wyart, C., Isacoff, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloid-guided+assembly+of+oriented+3D+neuronal+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Method%22%5BJournal%5D)">Colloid-guided assembly of oriented 3D neuronal networks.</a> Nat. Method. 5, 735-740 (2008).</li>
<li>Frega, M., Tedesco, M., Massobrio, P., Pesce, M., Martinoia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Network+dynamics+of+3D+engineered+neuronal+cultures%3A+a+new+experimental+model+for+in-vitro+electrophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Network dynamics of 3D engineered neuronal cultures: a new experimental model for in-vitro electrophysiology.</a> Sci. Rep. 4, (2014).</li>
<li>Tang-Schomer, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioengineered+functional+brain-like+cortical+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S%22%5BJournal%5D)">Bioengineered functional brain-like cortical tissue.</a> Proc Natl Acad Sci U S. 111, 13811-13816 (2014).</li>
<li>Banker, G., Goslin, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBanker%2C+G+%22Culturing+Nerve+Cell%22">Culturing Nerve Cell</a>. , 2nd edition, MIT Press. (1998).</li>
<li>Hales, C. M., Rolston, J. D., Potter, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+to+culture%2C+record+and+stimulate+neuronal+networks+on+Micro-electrode+arrays+%28MEAs%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">How to culture, record and stimulate neuronal networks on Micro-electrode arrays (MEAs).</a> J. Vis. Exp. (39), (2010).</li>
<li>Jayakumar, R., Prabaharan, M., Nair, S. V., Tamura, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+chitin+and+chitosan+nanofibers+in+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biotech.+Adv%22%5BJournal%5D)">Novel chitin and chitosan nanofibers in biomedical applications.</a> Biotech. Adv. 28, 142-150 (2010).</li>
<li>Crompton, K. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polylysine-functionalised+thermoresponsive+chitosan+hydrogel+for+neural+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterial%22%5BJournal%5D)">Polylysine-functionalised thermoresponsive chitosan hydrogel for neural tissue engineering.</a> Biomaterial. 28, 441-449 (2007).</li>
<li>3D engineered neural networks coupled to Micro-Electrode Arrays: Development of an innovative in-vitro experimental model for neurophysiological studies. Frega, M., et al. Neural Engineering Conference, , IEEE. 957-960 (2013).</li>
</ol>

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Bu çalışmada, 3D oluşan in vitro platformda yeni bir deneysel ağ elektrofizyoloji için ÇÇA sunulmuştur bağlanmış nöronal kültürleri mühendislik. Z -Axis boyunca nöritik büyümesine izin iskele olarak mikro kullanımı düzlemsel MEA ile entegre edilmek üzere özel olmuştur. Bu şekilde, geçerli ve güvenilir bir in vitro 3D model elde mikro sistem sonuçları ortaya çıkan elektrofizyolojik dinamiklerini 16 incelemek için. MEA kayıt set-up <p class="jove_conte...

Mikro-Elektrot Diziler (ÇÇA) bağlanmış in vitro iki boyutlu (2D) sinir ağları nöronal dinamikleri ve temel bağlantı arasındaki etkileşimi incelemek için benimsenen altın standart deneysel bir model arethe. Gelişimi sırasında, nöronlar iyi görüntüler karmaşık ağların yeniden definedspatio-temporalpatternsof aktivite 1,2 (yani patlamaları, ağ patlamaları, rastgele spike aktivitesi). ÇÇA ağ düzeyinde ifade dinamiklerin ayrıntılı bir soruşturma izin birçok sitelerden (onlarca Mikroelektronlar binlerce) elektrofizyolojik etkinliğini kaydedebilirsiniz. Buna ek olarak, ayrışmış kültürlerin kullanılması mühendislik-ağları tasarım possibile yapar. Bu şekilde anlamak kolaydır kaydedilen elektrofizyolojik aktivite arasındaki fonksiyonel ilişkiler ve hücre yoğunluğu 3, modülerlik 4,5 derecesi, heterojen nöronal pop varlığı gibi ağ organizasyonu parametrelerivb ulations 6 Ancak, ayrışmış kültürlenmiş hücreler üzerindeki in vitro çalışmalar, 2D nöronal ağlar dayanmaktadır. Her yönde 7 yayılmış düzleştirilmiş olan 2 boyutlu modeli, somata ve büyüme konilerinin (i) ve akson-dentritler büyümesinin: Bu yaklaşım, in vivo (doğal olarak 3 boyutlu, 3D) sisteme göre basitleştirmeler yol açar. (ii) 2D in vitro ağlar sergi ağının 8 nöronların çoğu içeren aktivitesini patlama hakim elektrofizyolojik dinamikleri kalıplaşmış. Son zamanlarda, farklı çözüm 3D nöronal ağlar ayrışmış in vitro yapımına izin vermek için geliştirilmiştir. Ortak fikir, nöronlar 3D moda yetişebilen bir iskele oluştururken oluşur. Bu tür bir yapı iskelesi polimer jeller ve katı gözenekli matrisler 9-13 ile gerçekleştirilebilir. Polimerlerin mekanik özelliklerini istismar ederek, bu thes içinde hücrelerin gömmek mümkünneurospheres 11 3D kültürleri üniform bir blok tanımlayarak e yapıları. Bu yaklaşımın temel özelliği neurospheres 9,12 katı mekanik özelliğidir. Ancak, bu malzemelerin gözeneklilik sınırlı ve onlar matrisi içinde hücre göçü garanti etmemektedir. Bu dezavantajı aşmak için, olası bir çözüm &#39;birim&#39; modülleri matrisi dilimleme ibarettir. Ne yazık ki, parçacıkların büyüklüğü ve şekli çeşitliliği düzenli katmanlı yapılara ambalaj engel olabilir. 7&#39;de, Cullen ve arkadaşları, biyoaktif bir hücre dışı matris bazlı iskele içinde nöronlar ve / veya astrositlerin oluşan bir 3D nöronal yapı olarak tasarlanmıştır. Böyle bir mühendislik nöral doku 3D mikro-ortamlar içinde nörobiyolojik yanıtları incelemek ve işlemek için in vitro araştırmalarda izin verdi. Bu model ekstrasellüler matriks (ECM) ve / veya hidrojel iskeleleri (500-600 mikron kalınlığında) boyunca dağıtılan nöron ve glia oluşuyordu. Bu co/ mm3 5000 hücreleri - ndition, optimum hücre canlılığı (% 90&#39;dan fazla) 3.750 nihai yoğunlukta hücreler kaplanarak bulunmuştur. Böyle bir yoğunluk değeri fare beyin korteks hücre yoğunluğu yaklaşık 90,000 hücre / mm3 14, in vivo bir durumda bir, çok daha düşük olduğunu belirtmek gerekir. Bu sınırlama Pautot üstesinden gelmek ve 15 hücre yoğunluğu ve ağ bağlantı ağının gerçek zamanlı görüntüleme sağlarken in vivo koşullarında benzer şekilde kontrol edilmektedir 3B, in vitro bir sistem hayata coworkers için. Pratikte, bu yöntem kültürlü nöronlar silis mikro büyümeye edebiliyoruz ayrışmış kavramına dayanmaktadır. Bu boncuklar uyması nöronal hücre gövdeleri ve olgun büyümek uzatmak ve diğer nöronlara sinaptik kişileri tanımlamak için kendi arborizations için yeterince büyük bir büyüme yüzey sağlar. Bu yöntem, fo mono-disperse boncuk kendiliğinden düzeneği özelliklerini kullananrm 3D farklı boncuklar üzerinde nöronlar arasındaki kısıtlı bağlantısı ile farklı katmanlarda nöronların farklı alt kümelerini içeren altıgen diziler katmanlı. Bu yöntemle elde edilen hücre yoğunluğu / mm3 yaklaşık 75,000 hücre idi. Son zamanlarda, biz ÇÇA&#39;lar 16 Pautot yöntemi adapte olması: Elde edilen sonuçlar 3D elektrofizyolojik aktivite 2D ağlar tarafından ifade olandan faaliyetlerinin geniş bir repertuara sunan olduğunu göstermektedir. 3D olgun kültürler gelişmiş bir dinamik sergiler hangi ağ patlaması ve rastgele başak aktivite bir arada hem. Benzer şekilde, Tang ve arkadaşları, 17 Schomer birkaç ay in vitro primer kortikal kültür muhafaza eden bir ipek proteini bazlı gozeneklı iskeleyi fark ve tungsten elektrot ile elektrofizyolojik aktivite göstermiştir. Bu çalışmada, deneysel prosedürleri ÇÇA bağlanmış 3D nöron ağları kurmak için tarif edilecektir.

<table><tbody><tr><td>Laminin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L2020</td><td>0.05 ve mikro; g / ml</td></tr><tr><td>Poli-D-lizin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P6407</td><td>0.05 ve mikro; g / ml</td></tr><tr><td>Tripsin</td><td>Gibco</td><td>25050-014</td><td>CA ++ <olmadan HBSS'de %0.125 seyreltilmiş 1: 2 seyreltilmiş Sigma-sup>++</td></tr><tr><td>DNAase</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D5025</td><td>%0.05 seyreltilmiş&nbsp; Hanks çözeltisinde</td></tr><tr><td>Nörobazal</td><td>Gibco Invitrogen</td><td>21103049</td><td>kültür ortamı</td></tr><tr><td>B27</td><td>Gibco Invitrogen</td><td>17504044</td><td>%2 orta takviyeli</td></tr><tr><td>Fetal sığır serumu (FBS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F-2442</td><td>%10</td></tr> <tr><td>Glutamax-I&nbsp;</td><td>Gibco</td><td>35050038</td><td>0.5 mM</td></tr><tr><td>gentamisin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G.1272</td><td>5 mg / L</td></tr><tr><td>Poli-Dimetil-Siloksan (PDMS)</td> <td>Corning Sigma</td><td>481939</td><td>kürleme maddesi ve polimer</td></tr><tr><td>Mikro Elektrot Dizileri</td><td>Çok Kanallı Sistemler (MCS)</td> <td>60MEA200 / 30-Ti-pr</td><td>MEA ile: Elektrot ızgarası 8x8; Elektrot aralığı ve çapı 200 ve 30 & m, sırasıyla; İpliksiz plastik halka</td></tr><tr><td>Microbead</td><td>Distrilab-Duke Scientific</td><td>9040</td><td>&nbsp; 1 gr Cam Parça. Ölçü Stds 40 & m</td></tr><tr><td>Transwell</td><td>Costar Sigma</td><td>CLS 3413</td><td>membran uçlu çok kuyulu plakalar (6,5 mm çap, gözenekli 0,4 &; mikro; m)</td></tr><tr><td>HBSS w\o Ca++ ,Mg++&nbsp;</td><td>Gibco Invitrogen</td><td>14175-052</td><td></td></tr><tr><td>Hanks Tampon Çözeltisi&nbsp;</td><td>Sigma&nbsp;</td><td>H8264</td><td></td></tr><tr><td>Teflon</td><td>Sigma</td><td>430935-5G</td><td>politetrafloroetilen</td></tr><tr><td>Sıçan</td><td>Sprague Dawley</td><td>Wistar Sıçan</td><td></td></tr><tr><td>Konfokal Mikroskopi Dik</td><td>Leica</td><td>TCS SP5 AOBS</td><td></td></tr><tr><td>20.0x0.50 SU objektifi</td><td>Leica</td><td>Leica HCX APO L UVI&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>40.0x0.80 SU objektifi</td><td>Leica Leica</td><td>HCX APO L U-V-I&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>25.0x0.95 SU objektif</td><td>Leica</td><td>HCX IRAPO L</td><td></td></tr></tbody></table>

mikro elektrot diziler 3d engineered nöronal kültürler arayüz: yenilikçi<em&gt; İn vitro</em&gt; deneysel model

Interfacing 3D Engineered Neuronal Cultures to Micro-Electrode Arrays: An Innovative In Vitro Experimental Model

Şu anda, hücre dışı mikro dönüştürücü cihazlarda in vitro olarak büyüyen ve gelişen ayrışmış nöronlardan türetilen büyük ölçekli ağlar, nöronal hücre düzeneklerinin oluşumu ve sürdürülmesinde rol oynayan temel nörofizyolojik mekanizmaları incelemek için altın standart deneysel modeldir. Bununla birlikte, in vitro çalışmalar, iki boyutlu (2D) sinir ağları tarafından üretilen elektrofizyolojik aktivitenin kaydedilmesi ile sınırlı kalmıştır. Bununla birlikte, yapı ve dinamikler arasındaki karmaşık ilişki göz önüne alındığında, üç boyutlu (3D) ağların oluşumunu ve gelişen dinamiklerini araştırmak için önemli bir gelişme gereklidir. Bu çalışmada, 3D hipokampal veya kortikal ağların düzlemsel Mikro-Elektrot Dizilerine (MEA'lar) bağlandığı yeni bir deneysel platform sunulmaktadır. 3D ağlar, nöronların büyüyebildiği ve birbirine bağlı karmaşık 3D düzenekler oluşturabildiği cam mikroboncuklardan (30-40 μm çapında) oluşan bir iskelede nöronların tohumlanmasıyla gerçekleştirilir. Bu şekilde, beklenen nihai hücre yoğunluğuna sahip 5-8 katmandan oluşan mühendislik ürünü 3D ağlar tasarlamak mümkündür. 3D düzeneğin morfolojik organizasyonundaki artan karmaşıklık, bu tür ağlar tarafından görüntülenen elektrofizyolojik modellerin artmasına neden olur. Son derece stereotip patlama aktivitesinin ortaya çıktığı standart 2D ağlarla karşılaştırıldığında, 3D yapı, bursting aktivitesini süre ve frekans açısından değiştirir ve daha rastgele spiking aktivitesinin gözlemlenmesine izin verir. Bu anlamda, geliştirilen 3D model, in vivo sinir ağlarına daha çok benzemektedir.

. Bu deneysel prosedürde, ilgili bir rol 3D nöronal ağın büyüme için mekanik iskele tanımlayan mikro-oynanır Şekil 1A ve B Ekran mikro-boncuk düzenlemesi (40 ± 2 um nominal çap diyagramlarıdır; sertifikalı ortalama çapı düzlemde 42.3 ± 1.1 mikron). Bu tür yapıların özelliği mikroboncukları kendiliğinden kompakt altıgen geometri (Şekil 1B ve C) tanımlayan kendine monte olmasıdır. Böylece oluşturulan iskele nörit ve hücre gövdeleri metabolik değişimi için...

Bu çalışmada, 3 boyutlu nöronal kültürlerin düzlemsel Mikro-Elektrot Dizilerine (MEA'lar) bağlandığı yeni bir deneysel model presented. 3D ağlar, nöronların üzerinde büyüdüğü ve birbirine bağlı 3B yapılar oluşturduğu cam mikro boncuklardan oluşan bir iskelede nöronların tohumlanmasıyla inşa edilir.

Mikro Elektrot Diziler 3D Engineered Nöronal Kültürler Arayüz: Yenilikçi<em&gt; İn Vitro</em&gt; Deneysel Model

Currently, large-scale networks derived from dissociated neurons growing and developing in vitro on extracellular micro-transducer devices are the ...

Bu prosedürün genel amacı, mikro elektrot dizileriyle eşleştirilmiş yeni bir in vitro üç boyutlu nöronal ağlar modeli sunmaktır. Bu işlem, öncelikle MEA'nın merkezi kısmının poli-D-lisin ve laminin içeren karışık bir solüsyonla koşullandırılması, ardından mikroboncukların adezyon proteinleri olan laminin ve polilisin ile kaplanmasıyla gerçekleştirilir. İkinci adım, işlem görmüş mikroboncuk süspansiyonunun, kendi kendine birleşerek homojen bir tabaka oluşturacakları çok kuyucuklu bir plakaya dağıtılmasıdır.Prosedürün üçüncü adımı, 2D nöronal ağlar oluşturmak için hücrelerin MEA'nın aktif alanına milimetrekare başına 2000 hücre yoğunluğunda ekilmesidir. Ekimden altı ila sekiz saat sonra süspansiyon, çok kuyucuklu plakalardan MEA'ya aktarılır ve mikroboncukların hekzagonal kompakt bir yapıda kendi kendine organize olmasına izin verilir. Son olarak, 3D ağları görselleştirmek için konfokal mikroskopi kullanılır ve bu ağlar MEA üzerinde büyütülen geleneksel 2D nöronal ağlar ile karşılaştırılır.Bu tekniğin, in vitro 2B boyutlu hücre kültürleri gibi mevcut yöntemlere göre temel avantajı, 2B boyutlu bir modelde somaların ve büyüme konilerinin basık olması, aksonların ve dendritlerin her yön

interfacing-3d-engineered-neuronal-cultures-to-micro-electrode-arrays

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Sinirbilim

Bu protokol kurmak, bakımını, kayıt ve elektriksel uyarıcı ÇÇA üzerindeki kültürleri için gerekli bilgileri sağlar.

Nasıl Kültür, Kayıt ve mikro-elektrot Diziler Sinir Ağları Teşvik (ÇÇA)

Bu video, hipokampal nöronlara sahip düzlemsel bir mikroelektrot dizisine bağlı bir 3D nöronal kültürün gelişimini göstermektedir. İzole edilmiş nöronlar, mikroelektrot dizisinin aktif alanı üzerinde 2 boyutlu bir ağ oluşturur ve bir zar eki olan çok kuyulu bir plakada cam mikro boncuklara yapışır. Bu nöron kaplı mikro boncukları elektroda aktardıktan sonra, birbirine bağlı bir 3D sinir ağı halinde düzenlenirler.

Mikro elektrot dizilerine bağlı üç boyutlu nöronal ağlar oluşturma

Bu video, 3B kokültür kürelerinde sinaptik fizyolojiyi ölçmek için çoklu elektrot dizisinin (MEA) kullanılması prosedürünü göstermektedir. Bu yöntem, 3B küreler içindeki sinir ağı dinamiklerini ve sinaptik ağ patlama aktivitesini anlamayı sağlar.

3D Kokültür Kürelerinde Sinaptik Fizyolojiyi Ölçmek için Çoklu Elektrot Dizilerinin Kullanılması

Bu yazıda mekansal sınırlandırılmış işlevsel birbirine bağlı nöronal devrelerin oluşturduğu nitro modüler ağlarda büyümek için bir protokol açıklamaktadır. Bir polimerik maske kültürleme alt-tabaka üzerine hücresel yapışmayı teşvik etmek için model bir protein tabakası kullanılır. Kaplama nöronlar kaplı alanlarda kendiliğinden bağlantılarının kurulması ve elektrofizyolojik aktivite sergileyen üzerinde büyür.

Tasarım, Tedavi, Hücresel Kaplama ve Fonksiyonel Inter-bağlantılı Devreler oluşan Modüler Nöronal Ağları Kültüre Yüzey

Nöronal yanıt profillerini incelemek ve stimülasyon parametrelerini optimize etmek için çoklu elektrot dizileri üzerinde primer murin spiral ganglion nöron eksplantlarını kültürlemek için bir protokol sunuyoruz. Bu tür çalışmalar, koklear implantların nöron-elektrot arayüzünü, hastalarda işitmeye ve cihazın enerji tüketimine fayda sağlayacak şekilde iyileştirmeyi amaçlamaktadır.

Çok elektrot dizilerde Spiral Ganglion Nöron Eksplantasyon Kültür ve Elektrofizyoloji

Biz değiştirmek ve uyarıcı kortikal nöronların 12 içine insan kaynaklı pluripotent Kök Hücre (hiPSCs) arasında hızlı, tekrarlanabilir ve verimli farklılaşma anlatan bir önceden yayınlanmış protokolü uygulamak. Özellikle, modifikasyon ağ düzeyinde elektrofizyolojik özelliklerini ölçmek için, mikro-elektrot dizileri üzerinde nöronal hücre yoğunluğu ve kullanım kontrol edilmesini sağlar.

Mikro-elektrot dizileri Ağ Aktivite Ölçüm uyarılmış pluripotent kök hücrelerin Rapid Nöronal Farklılaşma

Bu iletişim kuralı, ayrışmış birleştirerek insan pluripotent kök hücre elde edilen nöronlar için tekrarlanabilir bir yöntemi açıklamak için amacımız ve astrocytes 3D içine birlikte cocultures, bunlar yuvar ücretsiz kayan koşulları ve daha sonra korumak küre immunoanalysis ve multielectrode dizi kayıtları ile küre sinaptik devre etkinliğin ölçülmesi.

Sinaptik Microcircuit modelleme 3D Cocultures Astrocytes ve Neurons insan Pluripotent kök hücre ile

Bu iletişim kuralı mikrosıvısal aygıtlarla çalışmak için nöronal kültürler iletimde Aksiyon potansiyeli vitro elektrot dizilerin nasıl göstermek amaçlamaktadır. Veri analizi, yani algılama ve karakterizasyonu Aksiyon potansiyelleri, yayma, gerçekleştirilen yeni bir kullanarak gelişmiş, henüz Kullanıcı dostu ve serbestçe kullanılabilir, hesaplama aracı.

Nöronal iletişim ve aksonal sinyal yayma çalışmak için elektrot dizileri ile ara yüz kullanımını Havacilik

Mikrometre ölçeğinde 3D baskı, nöronal hücre kültürleri için polimerik cihazların hızlı prototiplenmesini sağlar. Bir prensip kanıtı olarak, nöronlar arasındaki yapısal bağlantılar, nörit büyümesini etkileyen bariyerler ve kanallar oluşturularak kısıtlanırken, bu tür manipülasyonun işlevsel sonuçları hücre dışı elektrofizyoloji tarafından gözlemlendi.

Mikro Ölçekli Nöronal Hücre Kültürü Cihazlarının İki Foton Polimerizasyonu 3D Baskısı

Burada, özellikle hipokampal, koku soğanı devreleri ve insan nöronal ağlarında, büyük ölçekli nöronal toplulukların hesaplama dinamiklerini araştırmak için HD-MEA'yı kullanıyoruz. Hesaplama araçlarıyla birlikte uzay-zamansal aktiviteyi yakalamak, nöronal topluluk karmaşıklığı hakkında içgörüler sağlar. Yöntem, beyin fonksiyonlarının anlaşılmasını geliştirir, potansiyel olarak biyobelirteçleri ve nörolojik bozukluklar için tedavileri tanımlar.

CMOS Entegre Yüksek Yoğunluklu Mikroelektrot Dizisi Üzerinde Multimodal Büyük Ölçekli Nöronal Topluluk Dinamiğinin Kaydedilmesi ve Analizi

Bu protokol, in vitro epilepsiyi modellemek için dorsal-ventral kaynaşmış asembloidleri çoklu elektrot dizileri üzerinde stabil bir şekilde plakalamayı amaçlamaktadır.

İnsan Pluripotent Kök Hücre Kaynaklı Beyin Topluluklarını Kullanarak Epilepsiyi Modellemek için Çok Elektrotlu Bir Dizi Platformu

Keşfedin, mikro elektrot dizileriyle birleştirilmiş üç boyutlu nöronal ağlar oluşturma yöntemini. Cam mikroboncuk iskeletleri kullanarak gelişmiş elektrofizyolojik kayıtlar ve fizyolojik olarak daha uygun bir in vitro model elde edin.

Mikro Elektrot Diziler 3D Engineered Nöronal Kültürler Arayüz: Yenilikçi

Daha fazla video keşfet