體外細胞電生理模擬系統(tǒng)

體外細胞電生理模擬系統(tǒng)

細胞機械拉伸系統(tǒng)

機械拉伸對肌源性祖細胞的多重影響

機械拉伸的骨骼肌在結構、質量和功能上發(fā)生了巨大的變化。

使用細胞機械拉伸系統(tǒng)建立的體外拉伸應變模型已經(jīng)證明，海馬切片電生理模擬系統(tǒng)，成肌祖細胞，包括衛(wèi)1星細胞和成肌細胞，是高度機械敏感的細胞，對機械應變的反應是多方面的。然而，不同研究人員和實驗室的實驗結果并不總是相互支持的。

此外，根據(jù)不同研究的陳述，一些特定的分子或信號通路被顯示在拉伸的成肌細胞中發(fā)揮不同的作用。

通過整合進行衛(wèi)1星細胞或成肌細胞體外培養(yǎng)的研究，并利用細胞機械拉伸系統(tǒng)探索其機械反應。這些反應將被分為幾組，如激1活、增殖、肌源性分化、細胞損傷或凋亡、質膜的特性、轉分化、重新定向等。

目前已知的一些機械敏感途徑之間的相互聯(lián)系被描繪出來，以便更好地了解肌原細胞對機械拉伸反應的復雜調節(jié)。通過對已發(fā)表的有關成肌細胞祖細胞機械反應的研究進行總結，可以使該領域的研究人員對未來的方向和前景更加清晰。

體外神經(jīng)活動記錄系統(tǒng)

記錄體外神經(jīng)活動的一種方法是使用微電極陣列(MEA)。與單電極電生理記錄相比，MEA能夠研究由多達數(shù)千個神經(jīng)元組成的神經(jīng)元網(wǎng)絡的高階行為。

由于能夠從多個站點同時記錄，可用MEA的一個限制是它們的剛性性質，這阻止了直接測試將電生理功能變化與機械轉導機制相關的假設。以前，體外細胞電生理模擬系統(tǒng)，我們展示了使用早期的SMEA（可拉伸微電極陣列）監(jiān)測機械拉伸損傷后海馬切片培養(yǎng)物電生理功能的能力。在本研究中，我們利用了新一代SMEA的優(yōu)勢，記錄更多電極和更小的特征尺寸，細胞電生理，以檢驗我們的假設，即持久的海馬網(wǎng)絡同步被TBI破壞。

復1發(fā)性網(wǎng)絡活動或同步由抑制性1神經(jīng)遞質γ-氨基丁酸(GABA)調節(jié)。由GABA能信號傳導中斷引起的去抑制可能是病理持續(xù)活動的主要原因。急性地，GABAA 拮抗劑荷包牡丹堿用于誘導癲1癇樣爆發(fā)通過阻斷 GABA 能抑制在腦切片培養(yǎng)中的活性，并在沖洗后數(shù)小時和數(shù)天誘導持久的、反復的同步爆發(fā)。通過利用 SMEA 將長期電生理記錄與機械刺激相結合的獨1特功能，我們研究了輕度至中度機械拉伸損傷對荷包牡丹堿誘導的持久網(wǎng)絡同步的影響。

體外腦皮質電生理功能測定系統(tǒng)

創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）的有限元（FE）模型能夠預測損傷引起的腦組織變形。

然而，目前的FE模型不具備預測組織變形的生物學后果的能力，這需要確定與機械刺激的影響和生物相關的功能反應有關的容忍標準。

為了解決這一缺陷，我們提出了大腦皮層對受控機械刺激的神經(jīng)元網(wǎng)絡電生理功能改變的功能耐受標準，細胞電生理培養(yǎng)設備，使用體外腦皮質電生理功能測定系統(tǒng)來進行驗證。

器1官型皮層切片培養(yǎng)物通過體外腦皮質電生理功能測定系統(tǒng)進行等軸拉伸進行機械損傷，在組織應變和應變率與TBI相關的體外模型（Lagrangian應變達0.59，應變率達29。在損傷后4-6天，使用微電極陣列同時評估整個皮層的電生理功能。

與未受刺激的自發(fā)網(wǎng)絡活動有關的電生理參數(shù)（神經(jīng)事件率、持續(xù)時間和幅度）、受刺激的誘發(fā)反應（蕞大反應、半蕞大反應所需的刺激電流以及代表發(fā)射均勻性的電生理參數(shù)），以及在不同刺激間期的誘發(fā)配對脈沖比，對每個皮質切片培養(yǎng)進行量化。

在作為自變量的機械損傷參數(shù)（組織應變和應變率）和作為輸出的每個電生理參數(shù)之間進行非線性回歸。通過十倍的交叉驗證，從大量的候選方程中確定了擬合的蕞佳方程。

電生理參數(shù)的變化以一種復雜的方式依賴于應變和應變率。與海馬相比，大腦皮層的自發(fā)活動較少，興奮性較低，對受控變形（應變或應變率）的反應，電生理功能不易發(fā)生明顯變化。

我們通過體外腦皮質電生理功能測定系統(tǒng)的研究提供了可以納入FE模型的功能數(shù)據(jù)，以提高其對TBI的體內后果的預測能力。

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