لقد أظهرنا ان النقش من الهندسة المعمارية نانو في الاجهزه المجهرية داخل الاوعيه الدقيقة قد يقلل من الاستجابة التهابيه ولديه القدرة علي تحسين التسجيلات الكهربائية الفسيولوجية. الطرق الموصوفة هنا الخطوط العريضة لنهج لحفر نانو-البنيات في السطح من غير وظيفية ووظيفية السيليكون عرقوب أحاديه القطب المجهرية داخل الإطار.
ومع التقدم في تكنولوجيا الكترونيات والتصنيع ، خضعت الأقطاب المجهرية داخل الصناعة لتحسينات كبيره تمكن من إنتاج أقطاب مجهريه متطورة ذات دقه أكبر وقدرات موسعه. وقد دعم التقدم في تصنيع التكنولوجيا تطوير الأقطاب الكهربائية الحيوية ، والتي تهدف إلى الاندماج بسلاسة في الدماغ parenchyma ، والحد من استجابه التهابات العصبية التي لوحظت بعد الادراج الكهربائي وتحسين نوعيه طول عمر التسجيلات الكهربية الفسيولوجية. هنا نحن وصف بروتوكول لتوظيف نهج الحيوية التي تصنف مؤخرا علي انها الهندسة المعمارية نانو. استخدمت الطباعة الحجرية المركزة شعاع الأيونات (الاكذوبه) في هذا البروتوكول لحفر سمات الهندسة المعمارية نانو محدده في سطح الأقطاب المجهرية أحاديه الساق غير وظيفية والوظيفية. النقش نانو-البنيات في سطح القطب أشارت إلى تحسينات ممكنة من التوافق الحيوي ووظائف الجهاز مزروع. واحده من فوائد استخدام الاكذوبه هو القدرة علي حفر علي الاجهزه المصنعة ، بدلا من خلال تصنيع الجهاز ، وتسهيل إمكانيات لا حدود لها لتعديل العديد من الاجهزه الطبية بعد التصنيع. يمكن تحسين البروتوكول المعروض هنا لأنواع المواد المختلفة وميزات هندسه النانو وأنواع الاجهزه. يمكن زيادة سطح الاجهزه الطبية مزروع تحسين أداء الجهاز والاندماج في الانسجه.
الأقطاب المجهرية الداخلية (IME) هي أقطاب الغازية التي توفر وسيله للتفاعل المباشر بين الاجهزه الخارجية والسكان الخلايا العصبية داخل القشرة المخية1,2. هذه التكنولوجيا هي أداه لا تقدر بثمن لتسجيل إمكانات العمل العصبية لتحسين قدره العلماء علي استكشاف وظيفة الخلايا العصبية ، والفهم المسبق للامراض العصبية وتطوير العلاجات المحتملة. القطب المجهري الداخلي ، المستخدم كجزء من أنظمه واجهه اله الدماغ (BMI) ، تمكن من تسجيل إمكانات العمل من مجموعه فرديه أو صغيره من الخلايا العصبية للكشف عن النوايا الحركية التي يمكن استخدامها لإنتاج المخرجات الوظيفية3. في الواقع, وقد استخدمت أنظمه مؤشر كتله الجسم بنجاح لأغراض الاصطناعية والعلاجية, مثل السيطرة علي إيقاع حسي المكتسبة لتشغيل مؤشر الكمبيوتر في المرضي الذين يعانون من التصلب الجانبي الضموري (ALS)4 وإصابات الحبل الشوكي5 واستعاده الحركة في الناس يعانون من رباعي المزمنة6
لسوء الحظ ، غالبا ما تفشل imes لتسجيل باستمرار مع مرور الوقت بسبب عده طرق الفشل التي تشمل العوامل الميكانيكية والبيولوجية والمادية7،8. الاستجابة التهابيه العصبية التي تحدث بعد غرس القطب الكهربائي ويعتقد ان يكون تحديا كبيرا المساهمة في فشل القطب9,10,11,12,13,14. وبدات استجابه التهابات العصبية خلال الادراج الاولي لل IME الذي يقطع حاجز الدم في الدماغ, الاضرار المحلية الدماغ حمه ويعطل الشبكات العصبية والعصبية15,16. وتتميز هذه الاستجابة الحاده من خلال تفعيل الخلايا الدبقيه (ميكروليا/الضامة و astrocytes) ، والتي تطلق الجزيئات الموالية للالتهابات والسمية العصبية حول موقع زرع17،18،19،20. يؤدي التنشيط المزمن للخلايا الدليج إلى تفاعل الجسم الخارجي الذي يتميز بتشكيل ندبه غليال التي تعزل القطب عن انسجه المخ الصحية7،9،12،13،17،21،22. في نهاية المطاف ، وعرقله قدره القطب لتسجيل إمكانات العمل العصبية ، وذلك بسبب الحاجز المادي بين القطب والخلايا العصبية وانحطاط وموت الخلايا العصبية23،24،25.
وقد ادي الفشل المبكر لأقطاب مجهريه داخل الشركات إلى اجراء بحوث كبيره في تطوير أقطاب الجيل القادم ، مع التركيز علي الاستراتيجيات البيولوجية26،27،28،29،30. ومن الاهميه بمكان بالنسبة للبروتوكول الموصوف هنا ، هو استخدام الهندسة المعمارية نانو كفئة من التعديلات السطحية الحيوية ل IMEs31. وقد ثبت ان الأسطح محاكاة الهندسة المعمارية للبيئة الطبيعية في البيئة الحيوية لديها استجابه محسنه بيومتوافق32،33،34،35،36. وهكذا ، فان فرضيه مقنعه هذا البروتوكول هو ان الانقطاع بين الهندسة المعمارية الخام من انسجه المخ والهندسة المعمارية علي نحو سلس من الأقطاب المجهرية داخل الاوعيه الدقيقة قد تسهم في التهاب العصبي والمزمن استجابه الجسم الأجنبي لزرع IMEs (للمراجعة الكاملة تشير إلى كيم etal. وقد سبق لنا ان أظهرت ان استخدام ميزات الهندسة المعمارية نانو مماثله لهندسه مصفوفة الدماغ خارج الخلية يقلل من العلامات التهابيه تموت من الخلايا المستزرعة علي ركائز نانو المعمارية ، مقارنه أسطح التحكم المسطحة في كل من المختبر والنماذج السابقة فيفو من التهاب العصبي37،38. وعلاوة علي ذلك ، لقد أظهرنا تطبيق الاشعه الايونيه المركزة (الاكذوبه) الطباعة الحجرية لحفر نانو المعمارية مباشره علي تحقيقات السيليكون ادي إلى زيادة كبيره في القدرة علي البقاء العصبية وانخفاض التعبير عن الجينات الموالية للالتهابات من الحيوانية مزروع مع تحقيقات العمارة نانو مقارنهمع مجموعه ال ولذلك ، فان الغرض من البروتوكول المعروض هنا هو وصف استخدام الطباعة الحجرية المؤسسية لحفر الهندسة النانويه علي الاجهزه المجهرية المصنعة داخل القطب الصناعي. تم تصميم هذا البروتوكول لحفر ميزات الحجم نانو الهندسة المعمارية في أسطح السيليكون من السيقان المجهرية داخل القطب باستخدام كل من العمليات اليه واليدوية. هذه الطرق غير معقده ، قابله للتكرار ، ويمكن بالتاكيد ان الأمثل لمواد الجهاز المختلفة والاحجام ميزه المطلوب.
ويستخدم بروتوكول التصنيع المبين هنا التخطيط الحجري المركز لشعاع الأيونات بشكل فعال والتكرار حفر النانو المعمارية في سطح الأقطاب المجهرية أحاديه الساق السيليكون غير الوظيفية والوظيفية. يركز شعاع الأيون (الاكذوبه) الطباعة الحجرية يسمح للاستئصال الانتقائي للسطح الركيزة باستخدام شعاع الأ…
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذه الدراسة من قبل أداره الولايات المتحدة الامريكيه لشؤون المحاربين القدامى جوائز خدمه البحث والتطوير لأعاده التاهيل: #RX001664-01A1 (هيئه التنمية المجتمعية-1 ، Ereifej) و #RX002628-01A1 (د-2 ، Ereifej). ولا تمثل المحتويات اراء الاداره الامريكيه لشؤون قدامي المحاربين أو حكومة الولايات المتحدة. ويود المؤلفون ان يشكروا شركه فاي (الآن جزء من العلوم الحرارية العلمية) لمساعده الموظفين واستخدام الاجهزه ، والتي ساعدت في تطوير البرامج النصية المستخدمة في هذا البحث.
16-Channel ZIF-Clip Headstage | Tucker Davis Technologies | ZC16 | The headstage and headstage holder may need to be changed, depending on the electrode used. https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html |
1-meter cable, ALL spring wrapped | Thomas Scientific | 1213F04 | Any non treated petri dish will suffice. https://www.thomassci.com/Laboratory-Supplies/Cell-Culture-Dishes/_/Non-Treated-Petri-Dishes?q=petri%20dish%20cell%20culture |
32-Channel ZIF-Clip Headstage Holder | Tucker Davis Technologies | Z-ROD32 | The headstage and headstage holder may need to be changed, depending on the electrode used. https://www.tdt.com/zif-clip-digital-headstages.html |
Acetone, Thinner/Extender/Cleaner, 30ml | Ted Pella | 16023 | https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062 |
Baby-Mixter Hemostat | Fine Science Tools | 13013-14 | Any curved hemostat will suffice. https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Hemostats/Baby-Mixter-Hemostat |
Carbon Conductive Tape, Double Coated | Ted Pella | 16084-7 | The protocol suggested three options for mounting the functional electrode to the aluminum stub (copper or carbon conductive tape or a low profile clip. We utilized the carbon conductive tape in our study. https://www.tedpella.com/semmisc_html/semadhes.htm |
Corning Costar Not Treated Multiple Well Plates – 6 well | Sigma Aldrich | CLS3736-100EA | Any non-treated 6 well plate will suffice. https://www.sigmaaldrich.com/catalog/substance/ |
Dumont #5 Fine Forceps | Fine Science Tools | 11251-30 | Either this fine forceps or the vacuum pump will suffice. https://www.finescience.com/en-US/Products/Forceps-Hemostats/Dumont-Forceps/Dumont-5-Forceps/11251-30 |
Ethanol, 190 proof (95%), USP, Decon Labs | Fisher Scientific | 22-032-600 | Any 95% ethanol will suffice. https://www.fishersci.com/shop/products/ethanol-190-proof-95-usp-decon-labs-10/22032600 |
Falcon Cell Strainer | Fisher Scientific | 08-771-1 | https://www.fishersci.com/shop/products/falcon-cell-strainers-4/087711 |
FEI, Tescan, Zeiss (also for Philips, Leo, Cambridge, Leica, CamScan), aluminum, grooved edge, Ø32mm | Ted Pella | 16148 | Depending on the SEM machine used, you may need a different size stub. https://www.tedpella.com/SEM_html/SEMpinmount.htm#_16180 |
Fisherbrand Aluminum Foil, Standard-gauge roll | Fisher Scientific | 01-213-101 | Any aluminum foil will suffice. https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-aluminum-foil-7/p-306250 |
Fisherbrand Low- and Tall-Form PTFE Evaporating Dishes | Fisher Scientific | 02-617-149 | Any Teflon plate will suffice, this is used to dry the probes after washing on a surface they will not stick onto. https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-low-tall-form-ptfe-evaporating-dishes-12/p-88552 |
Michigan-style silicon functional electrode | NeuroNexus | A1x16-3mm-100-177 | http://neuronexus.com/electrode-array/a1x16-3mm-100-177/ |
Model 1772 Universal holder | KOPF | Model 1772 | Other stereotaxic frames and accessories will suffice. http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/ |
Model 900-U Small Animal Stereotaxic Instrument | KOPF | Model 900-U | Other stereotaxic frames and accessories will suffice. http://kopfinstruments.com/product/model-900-small-animal-stereotaxic-instrument1/ |
Model 960 Electrode Manipulator with AP Slide Assembly | KOPF | Model 960 | Other stereotaxic frames and accessories will suffice. http://kopfinstruments.com/product/model-1772-universal-holder/ |
Parafilm M 10cm x 76.2m (4" x 250') | Ted Pella | 807-5 | https://www.tedpella.com/grids_html/807-2.htm |
PELCO Vacuum Pick-Up System, 220V | Ted Pella | 520-1-220 | Either this vacuum pump or the fine forceps will suffice. http://www.tedpella.com/grids_html/Vacuum-Pick-Up-Systems.htm#anchor-520 |
PELCO Conductive Silver Paint | Ted Pella | 16062 | https://www.tedpella.com/SEMmisc_html/SEMpaint.htm#anchor16062 |
SEM FIB FEI Helios 650 Nanolab | Thermo Fisher Scientific | Helios G2 650 | This is the specific focused ion beam and scanning electron microscope used in the protocol. The Nanobuilder software is what it comes with. If a different FIB instrument is used, it may not be completely compatible with the protocol, specifically the steps requiring the Nanobuilder software. https://www.fei.com/products/dualbeam/helios-nanolab/ |