Name: Microelectrode 배열 마이크로 신경 통신 및 Axonal 신호 전파 공부에 대 한 인터페이스 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-12-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 27 s
Description: 배우세요 마이크로전극 배열과 마이크로유체 장치를 통합하여 신경 세포의 활동전위 전파를 연구하는 방법을. 이 플랫폼은 신경 회로의 정보 전달 메커니즘을 이해하는 데 활용됩니다.

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이 작품은 페더-경쟁 2020을 통해 푼도 최고 드 Desenvolvimento 지역 자금에 의해 융자 되었다-체제 프로그램 경쟁력 및 국제화 (POCI), 포르투갈 2020 그리고 포르투갈어에 의해 자금 FCT-Fundação 통해 파라 과학 전자는 기술 / Ministério 다 과학, 기술 전자 Ensino 우수한 PTDC/CTM-할머니/3146/2014 (POCI-01-0145-페더-016623) 프로젝트의 프레임 워크에서. 호세 C Mateus FCT (PD/BD/135491/2018)에 의해 지원 되었다. 파울로 Aguiar 과학적 고용의 프로그램이 과학-프로그램이 체제 Potencial Humano (POPH)-승진, ESF와 MCTES 및 프로그램 Investigador FCT, POPH 및 푼도 사회 최고에 의해 지원 되었다. 미세 소자 주앙 페드로 콘 데과 버지니아 추의 감독 아래 INESC-마이크로 및 나노기술, 포르투갈에서 조작 했다.

동물 관련 된 모든 절차는 유럽 연합 (EU) 지침 2010/63/유럽 ( Decreto Lei 113/2013에 의해 포르투갈 법안 transposed)에 따라 수행 했다. 실험 프로토콜 (0421/000/000/2017) 모두 포르투갈어 공식 권위의 동물 복지 및 실험 (Direção Geral 드 음식 e Veterinária-DGAV)와의 호스트 기관 윤리 위원회에 의해 승인 되었다.
1. 문화 미디어 및 다른 솔루션의 준비
참고: 사용 당일 갓 코팅 솔루션을 준비 합니다. 사용 하지 않는 코팅 솔루션 및 문화 미디어는-20 ° C에 4 ° C 아래로 저장할 수 있습니다.
<ol><li>0.05% (v/v) Poly(ethylene imine) (페이) 작업 솔루션의 10 mL를 준비 합니다.<ol>
<li>순화 페이 용 해 하 여 0.25% (w/v) 페이 재고 솔루션의 20 mL를 준비 ( 재료의 표참조) 살 균 물에.</li>
		<li>8 mL의 멸 균 증류수에 0.25% (w/v) 페이 재고 솔루션의 2 개 mL를 희석. 잘 혼합 하 고 사용 합니다. 사용 하지 않는 솔루션 4 ° c.에 저장 될 수 있다</li>
	</ol>
</li>
	<li>5 µ g/mL laminin 솔루션의 1 mL를 준비 합니다.<ol>
<li>기저 매체의 995 µ L에서 1mg/mL laminin 재고 솔루션의 5 µ L를 희석 ( 재료의 표참조). 잘 혼합 하 고 사용 합니다. 사용 하지 않는 솔루션은 최대 1-2 주 동안-20 ° C에서 냉동 저장할 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>HEPES 버퍼링 행 크의 균형된 소금물 (HBSS H) 1 리터를 준비 합니다.<ol>
<li>초순의 50 mL에 HEPES 가루 11.9 g을 용 해 하 여 1 M HEPES 솔루션을 준비 합니다. PH 7.2 조정 합니다.</li>
		<li>5.33 m m 염화 칼륨, 0.44 mM 칼륨 인산 이수소, 138 m m 염화 나트륨, 인산 염기 나트륨 0.3 m m 및 초순 물 800 mL 포도 당 5.6 m m를 용 해 하 여 (칼슘, 마그네슘) 없이 H HBSS 솔루션을 준비 합니다.</li>
		<li>1 M HEPES 솔루션 (15 m m의 최종 농도)의 15 mL를 추가 합니다.</li>
		<li>0.2-0.3 pH 조정 원하는 pH 7.4 1를 사용 하 여 아래 단위 N HCl 또는 1 N NaOH. 최종 솔루션 볼륨을 구성 하는 초순 물을 추가 합니다. 참고 산도 여과 하는 동안 상승 해 경향이 있다.</li>
		<li>0.22 μ m 다공성 poly(ether sulfone) (PES) 멤브레인을 사용 하 여 여과 하 여 소독.</li>
	</ol>
</li>
	<li>10 mL를 준비 H HBSS의 10%에 포함 된 열-비활성화 소 태아 혈 청 (hiFBS).<ol>
<li>H-HBSS 9 mL에 hiFBS의 1 mL를 희석. 잘 혼합 하 고 사용 합니다. 사용 하지 않는 솔루션 4 ° C에서 3-4 주 동안 저장할 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>5 mL 1.5 mg/mL의 트립 신 솔루션을 준비 합니다.<ol>
<li>즉시 사용 하기 전에, H HBSS의 5 ml에서 trypsin의 7.5 mg을 디졸브. 0.22 μ m 다공성 PES 멤브레인을 사용 하 여 여과 하 여 소독.</li>
	</ol>
</li>
	<li>보충된 매체의 50 mL를 준비 합니다.<ol>
<li>50 mL 원뿔 튜브 혼합 기저 매체의 48.5 mL ( 재료의 표참조), 2% (v/v) B-27 보충, 0.5 m m L-글루타민 및 1% 펜/Strep (10000 U/mL 페니실린 및 10000 µ g/mL 스). 3-4 주 4 ° C에서 보충된 매체를 저장할 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 미세 및 MEA 장치 준비
참고: 셀 뿌리기 전에 하루에 2.1 2.11 단계를 수행 합니다.
<ol><li>미세 소자 제작 및 비닐 테이프를 사용 하 여 다른 파편 제거를 청소. 부드럽게 장치의 모든 영역을 장치에 대 한 테이프를 누릅니다.</li>
	<li>공기 플라즈마 청소 표면 청소 하 고 더 친 하 게 3 분 (0.3 mbar) MEA.</li>
	<li>짧게 잠수함 70% 에탄올에 미세 장치 하 고 층 류 두건 내부 건조 하도록 허용.</li>
	<li>각 MEA를 살 균 90 mm 페 트리 접시에에서 놓고 15 분의 자외선 (UV) 빛의 노출에 의해 소독 합니다.</li>
	<li>MEA 중앙 면적 37 ° c.에 적어도 1 시간에 대 한 0.05% (v/v) 페이 솔루션의 500 µ L로 배양 하 여 코트 참고:17다른 사람에 의해 설명, 페이 코팅 MEAs의 클러스터링 poly(lysine) 코팅을 사용 하 여 보다 적은 셀에 발생 합니다.</li>
	<li>MEA 표면에서 페이 코팅 솔루션을 발음 하 고 씻어 MEAs 4 x 1 mL의 멸 균 증류수. 이 전극을 손상 시킬 수 있는 단계를 세척 하는 동안 MEA 표면을 만지지를 주의 해야 합니다.</li>
	<li>층 류 두건 내부 stereomicroscope에 의해 유도, MEA 칩 센터 고 MEA의 중앙 지역에 살 균 물의 1 mL을 추가.</li>
	<li>MEA 표면 위에 미세 장치를 놓습니다.</li>
	<li>신중 하 게 미세 소자의 microgrooves는 MEA의 microelectrode 그리드와 맞춥니다.</li>
	<li>정확 하 게 맞춰질 때는 MEA 미세 장치를 건드리지 않고 신중 하 게 초과 하는 물을 발음.</li>
	<li>하룻밤 건조 하 고 완전 한 첨부 파일을 허용 37 ° C에서 µEFs를 품 어. 첨부 파일을 용이 하 게, 부드럽게 미세 장치는 MEA에 대 한 누릅니다. 참고: 셀 시드 당일 단계 2.12를 수행 합니다.</li>
	<li>µEFs는 완전히 건조 되 면 5 µ g/mL laminin 코팅 솔루션의 150 µ L 미세 우물을 로드 하 고 셀 뿌리기 전에 적어도 2 시간 동안 37 ° C에서 품 어. 주: laminin 솔루션 µEF를 로드할 때 확인 솔루션은 microgrooves를 채웁니다. microgrooves 내에서 있을 수 있는 모든 기포를 제거 하는 진공을 사용 합니다.</li>
</ol>3. 전 두 엽 피 질 절 개
<ol><li>배아 제거에 대 한 해 부 영역을 준비 합니다.<ol>
<li>작업 표면 및 70% 에탄올과 수술 기구를 소독. 참고: 비록이 해 부는 살 균 절차, 소독의 오염 가능성을 줄일 수 있습니다.</li>
		<li>깨끗 한 일회용 기저귀를 사용 하 여 해 부 영역을 제한 하 고 배아 제거를 위한 수술 기구 배치.</li>
		<li>가득 찬 H HBSS 4 90 m m 접시를 준비 하 고 해 부 지역 근처 얼음 쟁반에 그들을 배치.</li>
	</ol>
</li>
	<li>이산화탄소 (CO2) 흡입에 의해 E-18 시간 임신 Wistar 쥐를 안락사.</li>
	<li>완료 되 면 절차, CO2 약 실에서 동물을 제거 하 고 안락사, exsanguination 등의 보조 방법으로 죽음을 확인 합니다.</li>
	<li>동물 복 부 측을 일회용 기저귀에, 아랫 70% 에탄올 스프레이 놓고, 집게와가 위의 도움으로 U 자형 잘라 피부 노출 자 궁을 통해 확인 합니다.</li>
	<li>조심 스럽게 어떤 결합 조직 멀리 절단 하 여 자 궁에서 태아를 제거 하 고 차가운 H HBSS로 페 트리 요리 중 하나에 그들을 배치.</li>
	<li>그것의 미 발달 sac에서 각 배아를 제거 하 고, 도움으로 집게와가 위, 태아 목을 벨.</li>
	<li>두 번째 페 트리 접시에 전송 embryo´s 머리 감기 H HBSS 가득합니다.</li>
	<li>각 태아 단계 3.6 3.7 반복 합니다.</li>
	<li>전 두 엽 피 질을 해 부.<ol>
<li>세 번째 페 트리 접시에 embryo´s 머리를 전송 합니다.</li>
		<li>집게의 쌍을 사용 하 여 뇌를 노출.</li>
		<li>그것의 구멍에서 두뇌를 제거 하 고 차가운 H HBSS로 그것을 커버.</li>
		<li>있으면, 제거 하 고 삭제 후 각 전구. 전 두 엽 피 질을 해 부하 고 meninges 제거 합니다.</li>
		<li>전 두 엽 피 질 조각 4 페 트리 접시 가득 찬 H HBSS 전송.</li>
		<li>3.9.1-3.9.5 각 태아에 대 한 단계를 반복 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 대뇌 피 질의 신경 분리와 µEF에 문화
참고: 다음 절차 되었습니다 수행 층 류 두건 내부 자외선 살 균의 주기는 15 분 후. 표면적으로 후드 안에 배치 하는 모든 자료를 작업 70% 에탄올과 이전 소독 되어야 한다.
<ol><li>1.5 단계에 설명 된 대로 이전 가중치 trypsin H HBSS의 5 mL에 녹이 고 필터링 솔루션.</li>
	<li>이전 H HBSS의 5 mL의 총에서 해 부 피 질 조각 수집 합니다. 살 균 15 mL 원뿔 튜브에 그들을 전송.</li>
	<li>피 질 조각이 들어 있는 튜브에 갓된 1.5 mg/mL trypsin 솔루션의 2.3 mL를 추가 합니다.</li>
	<li>현 탁 액을 혼합 하 고 15 분 동안 37 ° C에서 품 어 (짧게 선동 매 5 분).</li>
	<li>조직 소화를 중지 하 고 트립 신에 밖으로 씻어.<ol>
<li>포함 하는 트립 신 상쾌한을 삭제 합니다. 나머지 트립 신; 비활성화를 H HBSS 포함 10 %hiFBS 5 mL을 추가 부드럽게 교 반 하십시오.</li>
		<li>피 질 조각 정착 하 고는 상쾌한 다음 삭제 하자.</li>
		<li>H-HBSS hiFBS 잔류물을 제거 하 5 mL를 추가 합니다. 피 질 조각 아래로 침전 하 고는 상쾌한을 삭제 하자.</li>
		<li>H-HBSS의 5 mL와 함께 피 질 조각 다시 씻는 다.</li>
		<li>피 질 조각 아래로 침전 하 고는 상쾌한을 삭제 하자. 보충된 신경 매체의 5 mL를 추가 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>기계적으로 천천히 아래로에 pipetting으로 5 mL 혈 청 학적인 피 펫과 피 질 조각 해리 10-15 회. 필요한 경우 작은 구경 피 펫을 사용 하 여 동질적인 셀 정지 될 때까지 절차를 반복 합니다.</li>
	<li>셀 서 스 펜 션 물 40 µ m 셀 스 트레이너를 필터링 하 여 나머지 undissociated 조직 삭제 합니다.</li>
	<li>실행 가능한 세포를 계산 하 고 셀 밀도 결정 합니다.<ol>
<li>microtube에 0.4% (w/v) Trypan 파랑 20 µ L 세포 현 탁 액을의 20 µ L를 추가 합니다. 솔루션 homogenate을 잘 혼합 하 고 챔버 세 Neubauer 10 µ L 전송.</li>
		<li>실행 가능한 셀 고 가능한 셀의 셀 밀도 결정 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>107 셀/mL x 3.6으로 세포 밀도 조정 (필요한 경우, 원심 세포 현 탁 액).</li>
	<li>셀 시드, 직전에 µEF의 모든 우물에서 laminin 코팅을 제거 합니다. µEF axonal 구획의 각 잘 보충된 매체의 50 µ L 플라스틱</li>
	<li>µEF somal 구획에 세포 현 탁 액의 5 µ L 씨 세포 부착 기판에 수 있도록 1 h, 37 ° C에서 품 어.</li>
	<li>각 채우기 부드럽게 잘 데워 진된 보충된 매체와 µEF의. 5% CO2와 함께 제공 되는 37 ° C에서 가습기 인큐베이터에 있는 µEF를 전송 합니다. 참고: 빠른 문화 매체 증발을 방지 하는 µEF를 들고 페 트리 접시 안에 물이 가득한 열린된 microtube 장소.</li>
	<li>문화 초 3 매일 문화 매체의 50%를 대체 하 여 필요한 기간에 대 한 문화를 유지 합니다. 참고: 실험, 후에 마이크로 수 수 분리 MEAs에서 하룻밤 물에 µEF를 immersing 하 여. 필요한 경우, 집게의 도움으로 마이크로 껍질을 부드럽게. MEAs 1% (v/v) 상업 효소 세제로 야간 보육에 의해 청소 될 수 있다 ( 재료의 표참조).</li>
</ol>5. 자연 신경 활동을 기록
최대한 빨리 7 일 체 외 (DIV), 그러나 포획 2-3 주 (14-21 DIV) 성숙 하 고 전시에 안정적인 활동 참고: MEAs에 배아 대뇌 피 질의 뉴런 문화는 일반적으로 자발적인 활동 전시. 그것은 연구의 목적에 따라 electrophysiological 측정을 시작을 결정 하는 실험입니다. 이 프로토콜에서 µEF에서 신경 활동의 기록 상업 기록 시스템을 사용 하 여 설명 된다 (하드웨어 세부 사항에 대 한 재료의 표 참조), 난방 모듈 통합. 녹음을 수행 하는 데 사용 하는 자유롭게 사용할 수 있는 소프트웨어 (소프트웨어 정보에 대 한 재료의 표 참조).
<ol><li>MEA 녹음 시스템 및 온도 컨트롤러 설정 하 고 37 ° c.를 도달 하는 프리 앰프의 온수 베이스 플레이트를 허용 참고: 장기 기록에 대 한 (> 30 분 한 번에) 하나 있어야 CO2 분위기를 유지 하는 시스템.</li>
	<li>프리 앰프 (headstage)에 µEF를 놓습니다. 주: 확인 MEA 칩을 가장자리를 왼쪽 위에서 참조 번호를 올바르게 맞춰집니다. 우리가 사용 하는 MEA 칩은 회전 대칭, 하지만이 정렬 전극 및 하드웨어 Id의 핀 레이아웃의 올바른 방향과 일치.</li>
	<li>닫고 래치 프리 앰프 뚜껑.</li>
	<li>를 녹음 하려면 녹음 소프트웨어 열고 녹음 매개 변수 및 기록된 데이터 스트림 (기록 체계를 설정 하는 방법에 대 한 자세한 내용은 소프트웨어 설명서를 참조)의 경로 정의 합니다. 참고: 20 kHz의 샘플링 속도 수집 충분히 일반적으로 대부분의 응용 프로그램은. 높은 샘플링 주파수 더 정밀 스파이크 타이밍에 필요로 하는 경우에 적당 하다.입니다. 하나 하고자만 기록 스파이크, 낮은 주파수 성분의 신호를 감쇠 300 Hz에서 하이 패스 필터 설정. 원시 및 필터링 된 데이터는 동시에 기록 하는 경우 이것은 크게 데이터 파일 크기를 증가. 그것은 항상 원시 데이터의 오프 라인 필터링 할 수 있습니다. 데이터를 줄이기 위해 파일 크기는 기록 (예: microgrooves 내의 유일한 microelectrodes)에 있는 microelectrodes를 제한할 수도 있습니다.</li>
	<li>데이터 수집을 시작 하려면 DAQ 시작 을 클릭 합니다. 디스플레이 표시 활동 및 시작 기록의 실행 흔적을 확인 하십시오. 참고: 소음 레벨은 일반적으로 해당 하는 microgrooves microelectrodes에서 약간 더 높은. 소음 수준이 너무 높은 경우 (피크 대 피크 진폭 > 50 µ V) 또는 여러 microelectrodes에서 불안정, 그것은 좋은 핀 패드 접촉을 방해 하는 먼지 때문일 수 있었다. 이 문제는 일반적으로 부드럽게 MEA 접촉 패드 70% 에탄올을 적신 면봉을 사용 하 여 프리 앰프 핀 청소에 의해 해결 된다.</li>
	<li>분석 소프트웨어에서 녹화 된 파일을 엽니다 ( 테이블의 자료참조)를 신속 하 게 데이터를 탐험.</li>
</ol>6. 데이터 분석
참고: 다음 단계는 µSpikeHunter 소프트웨어, µEF와 함께 기록 된 데이터를 분석 하 (자유롭게 사용할 수 있는 pauloaguiar@ineb.up.pt에 이메일 요청에 따라), Aguiar의 연구소에서 개발 된 계산 도구를 사용 하는 방법을 보여 줍니다. 그래픽 사용자 인터페이스 (그림 2)는 데이터를 로드, 전파 스파이크 파도 식별, 그들의 방향을 결정 하는 데 사용 됩니다 (참가자 또는 역행) 전파 속도 추정 하는 고. µSpikeHunter 60-120 / 256-전극 MEAs와 함께에서 사용 될 수 있는 MEA2100 가족 시스템을 사용 하 여 얻은 녹음에서 생성 된 HDF5 파일와 호환 됩니다. 멀티 채널 실험을 사용 하 여 얻은 녹음 자유롭게 사용할 수 있는 소프트웨어를 사용 하 여 HDF5 파일을 쉽게 변환할 수 있습니다 ( 재료의 표참조).
<ol><li>녹음 파일을 선택 하려면 찾아보기 를 클릭 합니다. 다음, 샘플링 속도, 녹음 기간으로 기록 된 데이터 스트림 (예를 들어, 원시 데이터, 필터링 된 데이터)의 목록이 목록 파일 정보 단추를 클릭 합니다. 참고: 사실 전파 속도 의견, 그것 것이 좋습니다 분석에 대 한 원시 데이터 스트림을 선택 하려면.</li>
	<li>분석을 위한 microelectrodes (단일 행 또는 열 microgroove와 관련 된)을 선택 하 고 신호 잡음의 표준 편차 (SD) x 6에서 스파이크 감지 임계값 값 (양수 또는 음수 단계)를 설정 합니다. 데이터 읽기 이벤트 검출기를 적용 하 고 확인 된 전파 시퀀스를 얻을를 클릭 합니다. 참고: 조건이 충족 하는 경우 검색된 전파 시퀀스 목록 분석 패널을 채울 것 이다. 사용자 다음 보기 고 전압 추적, 간 microelectrode 간 상관 관계, 단일 시퀀스 전파 속도, kymograph, 및 오디오 재생 도구를 포함 하 여 전파 시퀀스에 대 한 여러 가지 분석 도구와 상호 작용 수 있습니다. 모든 쌍에 대 한 견적의 평균 또는 microelectrodes의 어떤 쌍 든 지에 대 한 전파 속도 추정을 얻을 수 있습니다, 하지만이 추정 먼 쌍을 선택 하는 경우 더욱 안정적입니다.</li>
	<li>관심의 microelectrode 집합에 대해 이전 단계를 반복 합니다. 때마다 CSV 파일에 모든 전파 식별 된 시퀀스에 대 한 시간 및 스파이크의 진폭 (각는 microelectrodes)에 저장 하 모든 이벤트 저장 을 클릭 합니다.</li>
	<li>(예를 들어, 발사 속도, 간 스파이크 간격) 문화 활동의 패턴의 추가 분석을 위해 데이터 분석 환경에 CSV 파일을 가져옵니다.</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 없다.

여기에 제시 된 프로토콜 미세 장치 및 표준 상용 디자인, MEA의 구성 하는 µEF를 조립 하는 방법 및 기록된 데이터를 분석 하는 방법을 보여 줍니다.
실험을 설계할 때 연구 해야 고려 생체 외에서 모델 microgroove 준비 구속 MEA 고정된 격자에 의해 제한 됩니다. 특정 미세 또는 MEA 디자인을 사용 하 여 특정 실험적인 요구에 따라 달라 집니다 하지만, 일반적으로, 동일한 절차 단계 다른 µEF 구성에 적용 한다.
전에 µEF 어셈블리 사용자 조립된 µEF를 나중에 다시 사용 하고자 하는 여부는 중요 한 결정 실험. 두 표면에 산소 플라즈마 치료 covalently MEAs20미세 장치를 결합 할 수 있습니다. 그러나,이 씰링 자주 만드는 MEA 칩 추가 실험을 위해 사용할 수 없게 패 시 베이 션 레이어를 손상 돌이킬 미세 장치를 분리. 이 문제를 회피...

신경 회로에 전기 통신 이해 정상적인 기능을 공개 하 고 역 기능을 해결 하기 위해 치료 전략을 고안 하는 기본 단계입니다. 신경 통합, 계산 및 활동 전위 (APs) 얇은 그들의 축 삭을 따라 전파를 릴레이. 전통적인 electrophysiological 기법 (예를 들어, 패치 클램프) 강력한 기술을 신경 활동을 공부 하지만 종종 soma 또는 모 수석 같은 큰 셀룰러 구조 제한. 높은 공간 해상도, axonal 신호를 공부 하는 대안을 제공 하는 이미징 기술을 하지만 그들은 기술적으로 어려운 수행 하 고 장기적인 측정1을 허용 하지 않습니다. 이러한 맥락에서 microelectrode 배열 (MEAs) 및 마이크로의 조합 공개 생체 외에서신경 네트워크2 내 neuron´s 활동 및 신호 전송의 기본적인 속성에 강력한 기여를 할 수 있습니다. , 3.
MEA 기술은 신경 문화의 extracellular 녹음에 의존합니다. 이 electrophysiological 방법론의 주요 장점은 장기, 동시 자극 및 기록 및 비-침략 적 방법3에 여러 사이트에서 지원 하는 기능입니다. MEAs 생체, 높은 전도성과 부식 방지 microelectrodes 유리 웨이퍼 기판에 만들어집니다. 그들은 기존의 셀 문화 바이오 코팅, 어떤 세포 접착을 크게 홍보 하 여 기판 및 셀3,4사이 봉인 저항 증가와 호환 됩니다. 또한, 그들은 디자인에서 다재 다능 한 그리고 microelectrodes 크기, 형상 및 밀도에 따라 달라질 수 있습니다. 전반적으로, MEAs 허용 동시 라이브 이미징 및 electrophysiological 녹음/자극의 장점과 함께 기존의 셀 문화 혈관으로 작동 합니다.
MEA 기술 사용 하 여 신경망5의 중요 한 특징의 연구에 기여 했다. 그러나, 통신 및 신경 회로에 Ap 전파 공부 MEAs의 성능을 제한 하는 고유의 기능이 있습니다. MEAs 단 세포와 축 삭, 같은 심지어 subcellular 구조에서 녹음 있지만 somal 신호에 비해, axonal 신호는 매우 낮은 신호 대 잡음 비율 (SNR)6. 또한, 모든 microelectrode 주위 모든 소스에서 세포 외 필드 전위를 감지의 특성에는 신경 회로에 신호 전파의 추적 지장을 초래할 수 있습니다.
그러나 최근 학문은 설명 했다,, 더 나은 녹음 상태는 축 삭이 성장할 수 있는 좁은 microchannels 내 맞춤 microelectrodes 함으로써 달성 될 수 있다. 이러한 구성을 통해 SNR에 상당한 증가 쉽게 수 axonal 신호 전파 감지7,,89,10,11,12, 13. MEA 기술을 미세 장치를 점 락의 전략 axonal 신호11증폭에 적합 한 전기적으로 절연된 microenvironment를 만듭니다. 또한,는 microgroove 따라 여러 감지 microelectrodes의 존재 검출 및 axonal 신호 전파의 특성에 대 한 근본 이다.
높은 제어 신경 네트워크 topographies와 플랫폼 생체 외에서 이러한 많은 연구 질문14에 적용할 수 있습니다. 이러한 플랫폼 신경 문화의 맥락에서 사용 되 게 적당 하지만 공동 문화 구성, 신경 세포와 다른 세포 유형 간의 통신 감시 되 고 평가 될 수 있습니다 어디를 확장 될 수 있다. 이 설치는 따라서 매우 흥미로운 조건을 neurodevelopment, 신경 회로, 정보 코딩, neurodegeneration, neuroregeneration 등 신경 관련 연구의 여러 탐험을 제공 합니다. 또한, 인간 유도 만능 줄기 세포15,16 의 신흥 모델 조합 신 경계에 영향을 주는 인간의 질병을 위한 잠재적인 치료의 개발에 새로운 길을 열 수 있습니다.
우리의 실험실 셀룰러 및 네트워크 수준 및 물리 치료사 및 pathologic 신 경계에 그들의 암시에 신경 프로세스를 이해 하 마이크로 (µEF)와 microelectrodes을 결합 하는이 플랫폼을 사용 하는. 신경 과학의 분야에서 이러한 플랫폼의 가치를 감안할 때,이 프로토콜의 목적은 기판 통합 MEAs 전면 compartmentalized 신경 문화를 창조 하는 방법을 보여 주는 문화 신경이이 플랫폼에 성공적으로 기록 하는 방법 하는 방법 분석 하 고 이러한 실험에서 결과 해석. 이 프로토콜은 신경 통신의 연구에서 신경 문화에 대 한 실험 도구 상자 풍부 하 게 확실히 것입니다.

<table><tbody><tr><td>B-27 Suplement (50X)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>LTI17504-044</td><td></td></tr><tr><td>Branched poly(ethylene imine) (PEI), 25 kDa</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>408727</td><td>4°C에서 3일 동안 2.5 kDa cut-off membrane을 사용하여 투석으로 분지형 PEI를 정제합니다. 5mM HCl 용액에 대한 C(매일 갱신). 정제된 PEI를 동결 건조합니다.</td></tr><tr><td>세포 스트레이너(40 &micro; m)&nbsp;</td><td>Falcon</td><td>352340</td><td></td></tr><tr><td>원뿔형 마이크로튜브(1.5ml)</td><td>VWR</td><td>211-0015</td><td></td></tr><tr><td>일회용 기저귀, 60x40cm</td><td>Bastos Viegas SA</td><td>455-019</td><td></td></tr><tr><td>집게 Dumont #5, 직선</td><td>Fine Science Tools</td><td>91150-20</td><td></td></tr><tr><td>집게 Dumont #5/45</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-35</td><td></td></tr><tr><td>집게 Dumont #7, 곡선형</td><td>Fine Science Tools</td><td>91197-00</td><td></td></tr><tr><td>열 비활성화 태아 소 세럼 프리미엄</td><td>Biowest</td><td>S181BH-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Engelbreth-Holm-Swarm에서 제공하는 라미닌;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L2020-1MG</td><td>비보충 배지의 해당 부피에 분말을 용해시켜 1mg/mL에서 라미닌 원액을 준비합니다. 라미닌 용액을 -20°C에 보관하십시오. 작은 부분 표본의 C (20 &micro; L) 반복되는 동결/해동 주기를 피하기 위해.</td></tr><tr><td>L-글루타민 200mM&nbsp;</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>LTID25030-024</td><td></td></tr><tr><td>Neubauer 개선된 계수 챔버 (혈구계)</td><td>Marienfeld</td><td>630010</td><td></td></tr><tr><td>Neurobasal Medium (1X)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>21103-049</td><td>신경 배양</td></tr><tr><td>PDMS 미세유체 장치에 사용되는 Basal medium&nbsp;</td><td>해당 사항</td><td>없음 해당 사항 없음</td><td>450 &mu와 20 마이크로 홈으로 상호 연결된 두 개의 세포 파종 구획으로 구성; m 길이 &times; 10 &뮤; m 높이 &시간; 14 &뮤; m 너비 치수 및 86 &micro로 분리; m (총 100 사이의 사이 공간 &mu; m)을 사용합니다.</td></tr><tr><td>페니실린-스트렙토마이신 (P/S) 용액 (100X)</td><td>Biowest</td><td>L0022-100</td><td></td></tr><tr><td>PES 주사기 필터 유닛 (&Oslash; 30 mm), 0.22 &마이크로; 엠&nbsp;</td><td>Frilabo</td><td>1730012</td><td></td></tr><tr><td>폴리프로필렌 원뿔형 튜브, 15 ml</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>07-200-886</td><td></td></tr><tr><td>폴리프로필렌 원뿔형 튜브, 50 ml</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>05-539-13</td><td></td></tr><tr><td>폴리스티렌 disposabel 혈청학 피펫, 10 ml&nbsp;</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>1367811D</td><td></td></tr><tr><td>폴리스티렌 디스포사벨 혈청학 피펫, 5 ml&nbsp;</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>1367811D</td><td></td></tr><tr><td>표준 재생 셀룰로오스 멤브레인(2kDa)&nbsp; &nbsp;</td><td>스펙트럼 연구실</td><td>132107</td><td></td></tr><tr><td>표준 수술용 가위,</td><td>Fine Science Tools</td><td>, 91401-14</td><td></td></tr>, <tr><td>기판 통합 평면 MEA(256 미세 전극),</td> <td>다중 채널 시스템</td>, <td>256MEA100/30iR-ITO</td><td>252 질화티타늄(TiN) 기록 전극 및 16 x 16 정사각형 그리드로 구성된 4개의 내부 기준 전극. 각 기록 전극은 30 &micro입니다. m의 직경과 100 &m의 간격을 둡니다.</td></tr><tr><td>주사기 루어락 팁, 10 ml&nbsp;</td><td>Terumo Europe</td><td>5100-X00V0</td><td></td></tr><tr><td>주사기 루어락 팁, 50 ml&nbsp;</td><td>테루모 유럽</td><td>8300006682</td><td></td></tr><tr><td>Terg-A-Zyme</td><td>시그마-알드리치</td><td>Z273287&nbsp;</td><td>MEA 세척에 사용되는 효소 활성 분말 세제</td></tr><tr><td>조직 배양 플레이트, 35 mm&nbsp;</td><td>StemCell Technologies</td><td>27150</td><td></td></tr><tr><td>조직 배양 플레이트, 90mm</td><td>Frilabo</td><td>900095</td><td></td></tr><tr><td>Trypan Blue 용액(0.4%)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8154</td><td></td></tr><tr><td>Trypsin (1:250)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>27250018</td><td></td></tr><tr><td>비닐 테이프 471</td><td>3M</td><td>B40071909</td><td></td></tr></tbody></table>

microelectrode 배열 마이크로 신경 통신 및 axonal 신호 전파 공부에 대 한 인터페이스

Interfacing Microfluidics with Microelectrode Arrays for Studying Neuronal Communication and Axonal Signal Propagation

Microelectrode 배열 (MEAs) 널리 신경 기능에 생체 외에서연구 하는 데 사용 됩니다. 이 소자 들은 오랜 기간 동안 동시 비-침략 적 기록/자극 electrophysiological 활동의 허용. 그러나, 모든 microelectrode 주위 모든 소스 로부터 신호를 감지의 통신을 이해 하 고 신경 회로에 전파 신호를 하려고 할 때 불리 될 수 있다. 신경 네트워크에서 여러 뉴런 동시에 활성화 될 수 있다 하 고 차별 하 고 신호 전파를 추적 하 고 어려운 겹치는 활동 전위를 생성할 수 있습니다. 이 한계를 고려 하면 우리는 생체 외에서 설치 electrophysiological 통신, 격리 및 높은 공간 및 시간적 해상도 axonal 신호를 증폭 할 수 있는 평가에 초점을 맞춘을 설립 했다. 미세 장치 및 MEAs 인터페이스, 우리 신경 축 삭과 microelectrodes의 잘 제어 맞춤 문화 분류 수 있습니다. 이 설치는 몇 주에 걸쳐 높은 신호 대 잡음 비율 스파이크 전파의 녹음을 수 있습니다. 함께 전문된 데이터 분석 알고리즘, 그것 제공 합니다 여러 통신의 상세한 정량화 관련 전파 속도, 전도 장애, 발사 속도, 참가자 스파이크, 속성 및 메커니즘을 코딩.
이 프로토콜 기판 통합 MEAs에 compartmentalized 신경 문화 설치를 만드는 방법을,이 설정에서 뉴런 문화 하는 방법 및 성공적으로 기록, 분석 하 고, 같은 실험에서 결과 해석 하는 방법을 보여 줍니다. 여기, 우리가 설립된 설치 신경 통신 및 axonal 신호 전파의 이해를 단순화 하는 방법을 보여줍니다. 이러한 플랫폼 설계 하 고 관리할 수 있는 신경 네트워크 topographies와 새로운 생체 외에서 모델에 대 한 방법을 포장. 그들은 균질 신경 문화, 또는 공동 문화 구성, 예를 들어 감각 신경 세포와 다른 세포 유형 간의 통신은 모니터링 및 평가 컨텍스트에서 사용할 수 있습니다. 이 설치 매우 흥미로운 조건을 연구, 예를 들어 neurodevelopment, 신경 회로, 코딩, neurodegeneration 및 neuroregeneration 접근 하는 정보를 제공 합니다.

여기 설명 된 프로토콜을 사용 하 여, µEF에 시드 E-18 쥐 대뇌 피 질의 뉴런 개발 하 고 한 달 이상에 대 한 이러한 문화 조건에서 건강 하 게 유지 수 있습니다. 3 ~ 5 일에 문화, 곧 대뇌 피 질의 뉴런 µEF (그림 1)의 axonal 구획으로 microgrooves 통해 그들의 축 삭 성장. 15 일 후에 문화, µEF에 경작 하는 대뇌 피 질의 뉴런 활동의 꾸준한 수준을 전시 하 것으로 예상 된다 고는 microgrooves 따라 활동 전위의 전파는 있습니다. 오래 된 문화 (&gt; 14 DIV) 기존의 MEA 녹음18,19로 활동 금지에 의해 지배 하는 경향이 있다.
...

이 프로토콜 신경 문화에 활동 전위 전송 공부에 대 한 미세 장치 microelectrode 배열 시험관에서 결합 하는 방법을 설명 하는 것을 목표로. 데이터 분석, 즉 탐지 및 전파 하는 활동 전위의 특성은 수행을 사용 하 여 새로운 고급, 아직 사용자 친화적이 고 자유롭게 사용할 수, 계산 도구.

Microelectrode 배열 마이크로 신경 통신 및 Axonal 신호 전파 공부에 대 한 인터페이스

Microelectrode arrays (MEAs) are widely used to study neuronal function in vitro. These devices allow concurrent non-invasive recording/stimulation of ...

이 프로토콜의 전반적인 목표는 마이크로 유체와 마이크로 전극 어레이의 사용을 결합하여 신경 통신 및 축산 신호 전파를 연구하는 데 적합한 플랫폼을 생성하는 방법을 입증하는 것입니다. 안녕하세요, 나는 파울로 아구아르이고 나는 INEB에서 신경 공학 및 전산 신경 과학 연구소의 PI입니다, 포르투 대학에서 생물 의학 공학을 코딩하는 데 사용, 포르투갈. 신경 회로에서 정보 전송을 이해하는 것은 신경 과학에서 가장 큰 과제 중 하나입니다.오늘, 나는 우리가 우리의 실험실에서 여기에서 개발 된 마이크로 유체 및 소프트웨어 도구와 개별 마이크로 액추에이터 어레이를 결합하여 전파 작업 잠재력을 감지하고 특성화 할 수있는 방법을 보여 드리겠습니다. 우리는 다양한 연구, 즉 신경 코딩 및 디코딩, 감각 뉴런과 다른 세포 유형 간의 통신에서이 설정을 사용합니다. 우리는이 프로토콜의 시각적 데모가 중요하다고 생각합니다.마이크로 유체 및 마이크로 전극 어레이 조립은 관리에 어려움이 있고 프로토콜을 재현하는 것만으로는 재현하기가 어렵기 때문에. 시장의 경우, 이 플랫폼의 컬트 판매는 기존의 ABA로서 간단하지 않으며, 세포 앉아 물건과 배양 자석에 특별한주의가 필요합니다. 이 설정을 통해 잘 통제된 환경에서 전파 속도 및 방향과 같은 여러 통신 관련 특성을 연구할 수 있습니다.기록 절차는 간단하지만 데이터 분석에는 지식과 올바른 계산 도구의 사용이 필요합니다. 세포 가 앉아 전날, 비닐 테이프로 청소하여 마이크로 유체 장치를 준비하여 시작합니다. 장치에 테이프를 부드럽게 눌러 마이크로 유체의 모든 영역에 도달합니다.공기 플라즈마는 표면을 청소하고 더 친수성 만들기 위해 3 분 동안 MEA를 청소합니다. 라미나르 플로우 후드 내부에 미세 유체를 70% 에탄올에 담급합니다. 공기를 건조하게 하십시오.각 MEA를 페트리 접시에 놓고 15분간 UV 광 노출로 소독합니다. 그런 다음 500 마이크로리터의 PEI 솔루션이 있는 MEA의 중앙 지역으로 이동하십시오. 적어도 한 시간 동안 배양하십시오.라미나르 플로우 후드 내부에 는 MEA 표면에서 PEI 코팅 용액을 흡인시합니다. 그런 다음, 멸균 수의 1 밀리리터로 MEA를 네 번 씻으시다. 멸균 현미경의 도움으로, 라미나르 흐름 후드 내부에 배치.MEA 칩을 중앙에 두어 MEA의 중앙 영역에 멸균 수분 1밀리리터를 추가합니다. 다음으로, 마이크로 유체 장치를 MEA 표면 위에 놓고 MEA의

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

전기 생리학에 Microfluidics 적용

BioMEMS : 생물학 자와 엔지니어 사이에 새로운 협력 단조

이 연구는 소설 neuronal 축삭과 (천체) glia 공동 문화 플랫폼을 설정하는 절차를 설명합니다. 이 공동 문화 시스템에서 하나의 축삭 (및 단일 glial 세포) 사이의 직접 상호 작용 조작은 glial 신호에 대한 상호 신경 세포의 기계론의 분석을 수 있도록 가능한된다.

마이크로 유체 문화 플랫폼에 Glia 상호 작용 (MCP) 기반 Neuronal 축삭과 Glia 공동 문화 시스템에 신경의 영상 분석

출처: Vanegas, M. I., et al. 약물 주입 및 전기생리학을 결합하기 위한 Microinjectrode 시스템. J. Vis. 경험. (2019년)이 비디오는 정확한 부피 추적을 위해 유성 마커 용액을 사용하고 신경 기록 및 약물 주입을 동시에 가능하게 하는 모세관을 통해 약물 용액을 전달하는 미세 전극 기반 미세유체 장치를 보여줍니다.

약물 주입 및 전기생리학 결합을 위한 미세유체 기반 미세 주입 시스템

하나의 신경 세포의 미세 유체의으로 배열 및 생체 적합 물질 코팅의 칩 플라즈마 패턴 물 마스킹을위한 프로토콜을 설명합니다. 고도로 상호 공동 배양은 최소 셀 입력을 사용하여 제조 될 수있다.

단일 셀의 정밀도와의 연결을 공동 문화의 준비

이 원고는 공간적으로 제한, 기능적으로 상호 연결된 신경 회로로 구성된 체외 모듈 형 네트워크에서 성장하는 프로토콜을 설명합니다. 마스크는 폴리머 기판 위에 배양 세포 접착을 촉진하는 단백질 패턴 층을 사용한다. 도금 뉴런 코팅 분야 자발적인 연결을 설정 및 전기 생리 활성을 나타내는에서 성장.

설계, 치료, 세포 도금 및 기능적으로 간 연결 회로의 구성, 모듈 형 신경 네트워크의 배양 표면

여기, vivo에서 microdialysis 뇌 파 기록 함께에서 간 질 및 간 질 비 쥐의 복 부 해 마에 aspartate 및 조미료 자료를 분석 하는 방법을 설명 합니다. Extracellular 농도 aspartate 및 조미료의 질병의 다른 단계와 상관 될 수 있습니다.

자유롭게 이동 하는 쥐에서 뇌 파 기록 하는 동안 흥분 성의 아미노산의 Microdialysis

당사는 전기 생리학을 위해 설계된 마이크로인로드 시스템을 제시하고 선택적 약물 주입과 함께 실험 프로브(즉, 나노센서, 마이크로전극)의 보조 전달을 지원합니다. 널리 이용 가능한 미세유체 성분은 프로브를 함유하는 캐뉼라에 결합된다. 마이크로 인젝트 로드 건설을위한 단계별 프로토콜이 포함되어 있으며, 마카크 피질에서 muscimol 주입 중 결과가 있습니다.

결합 된 약물 주입 및 전기 생리학을위한 마이크로 인젝트 로드 시스템

최근 작품은 고급 소아 신경 교종에 신경 영향을 발견 (pHGG) 세포와 그들의 상호 작용. 본 작품은 생체 외 모델의 발달을 pHGG 세포와 글루타미터기뉴런과 기록하여 그 간 작용을 모방하였다.

글루타미터기뉴런과 소아 고학년 신경교세포의 공동 배양을 미세유체 장치로 결합하여 전기 적 상호 작용을 평가합니다.

여기서, 당사는 체외 세포 인터페이싱을 위한 유기 전하 변조된 필드 효과 트랜지스터(OCMFET) 기반 장치의 제조 프로토콜을 제시합니다. 마이크로 OCMFET 어레이라고 하는 이 장치는 유연하고 저렴한 비용 및 기준이 없는 장치로 전기 활성 세포 배양의 전기 및 대사 활동을 모니터링할 수 있습니다.

시험관 내 마이크로 유기 전하 변조 필드 효과 트랜지스터 어레이에 의한 다단계 세포 분석

이 프로토콜은 축삭 손상 후 신경 대사 역학을 모델링하는 미세유체 시스템을 설명하여 내재 대사 리모델링의 이미징, 다중 오믹스 분석 및 기계론적 연구를 가능하게 합니다.

축삭 손상 모델 구성 및 다중 오믹스 분석 가능을 위한 미세유체 칩

배우세요 마이크로전극 배열과 마이크로유체 장치를 통합하여 신경 세포의 활동전위 전파를 연구하는 방법을. 이 플랫폼은 신경 회로의 정보 전달 메커니즘을 이해하는 데 활용됩니다.

Microelectrode 배열 마이크로 신경 통신 및 Axonal 신호 전파 공부에 대 한 인터페이스

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