Fabricação de plataformas magnéticas para organização em escala de micron de neurônios interligados

Ganit Indech; Reut Plen; Dafna Levenberg; Naor Vardi; Michal Marcus; Alejandra Smith; Shlomo Margel; Orit Shefi; Amos Sharoni

doi:10.3791/62013

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Artigo de método

Fabricação de plataformas magnéticas para organização em escala de micron de neurônios interligados

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DOI:

10.3791/62013

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14 de julho de 2021

Ganit Indech¹^,⁴ , Reut Plen²^,⁴ , Dafna Levenberg²^,⁴ , Naor Vardi¹^,⁴ , Michal Marcus²^,⁴ , Alejandra Smith²^,⁴ , Shlomo Margel³^,⁴ , Orit Shefi²^,⁴ , Amos Sharoni¹^,⁴

¹Department of Physics, Bar-Ilan University, ²Faculty of Engineering, Bar-Ilan University, ³Department of chemistry, Bar-Ilan University, ⁴The Institutes of Nanotechnology & Advanced Materials, Bar-Ilan University

Neste artigo

Resumo

Este trabalho apresenta uma abordagem de baixo para cima para a engenharia de forças magnéticas locais para o controle da organização neuronal. Células semelhantes a neurônios carregadas com nanopartículas magnéticas (MNPs) são banhadas no topo e controladas por uma plataforma micro-padronizada com magnetização perpendicular. Também são descritas caracterização magnética, captação celular MNP, viabilidade celular e análise estatística.

Resumo

A capacidade de direcionar neurônios para redes neurais organizadas tem grandes implicações para medicina regenerativa, engenharia de tecidos e bio-interligação. Muitos estudos têm como objetivo direcionar neurônios usando pistas químicas e topográficas. No entanto, os relatos de controle organizacional em escala de micron sobre grandes áreas são escassos. Aqui, um método eficaz foi descrito para colocar neurônios em locais predefinidos e orientar o crescimento neuronal com resolução em escala de micron, usando plataformas magnéticas incorporadas com elementos magnéticos micro-padronizados. Foi demonstrado que carregar neurônios com nanopartículas magnéticas (MNPs) os converte em unidades magnéticas sensíveis que podem ser influenciadas por gradientes magnéticos. Após essa abordagem, uma plataforma magnética única foi fabricada na qual as células PC12, um modelo comum semelhante a neurônios, foram banhadas e carregadas com nanopartículas superparammagnéticas. Filmes finos de multicamadas ferromagnéticas (FM) com magnetização perpendicular estável foram depositados para fornecer forças de atração eficazes em direção aos padrões magnéticos. Estas células PC12 carregadas de MNP, banhadas e diferenciadas no topo das plataformas magnéticas, foram preferencialmente ligadas aos padrões magnéticos, e o crescimento de neurita estava bem alinhado com a forma de padrão, formando redes orientadas. São apresentados métodos quantitativos de caracterização das propriedades magnéticas, captação de MNP celular, viabilidade celular e análise estatística dos resultados. Essa abordagem permite o controle da formação da rede neural e melhora a interface neurônio-eletrodo através da manipulação de forças magnéticas, que pode ser uma ferramenta eficaz para estudos in vitro de redes e pode oferecer novas direções terapêuticas biointerfacing.

Introdução

A micropatters de neurônios tem grande potencial para a regeneração tecidual^1,^2,^3,⁴^,⁵ e o desenvolvimento de dispositivos neuroeletráticos^6,⁷^,⁸. No entanto, o posicionamento em escala de micron de neurônios em alta resolução espacial, como nos tecidos biológicos, representa um desafio significativo. A formação de estruturas pré-escaladas nesta escala requer a orientação dos processos de células nervosas controlando....