細胞電刺激生物力學(xué)實驗系統(tǒng)

細胞電刺激生物力學(xué)實驗系統(tǒng)

創(chuàng)傷性腦損傷體外模型

創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）是由大腦的快速變形引起的，導(dǎo)致一連串的病理事件，蕞終導(dǎo)致神經(jīng)變性。

了解大腦變形的生物力學(xué)如何導(dǎo)致組織損傷仍然是一個相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。我們開發(fā)了一個TBI創(chuàng)傷性腦損傷體外模型，利用可拉伸微電極陣列SMEA膜上的海馬切片培養(yǎng)物，以及創(chuàng)傷性腦損傷體外模擬系統(tǒng)裝置，通過拉伸硅基質(zhì)產(chǎn)生組織變形。我們的損傷裝置通過反饋控制拉伸的生物力學(xué)參數(shù)，從而產(chǎn)生可重復(fù)的、等軸的變形刺激。1器1官型培養(yǎng)物在變形過程中仍然很好地粘附在膜上，因此在X軸和Y軸上，組織應(yīng)變分別為膜應(yīng)變的93%和86%。損傷后的細胞損傷與應(yīng)變呈正相關(guān)。

總之，我們開發(fā)了一個獨1特的創(chuàng)傷性腦損傷體外模型來研究復(fù)雜的細胞環(huán)境中機械刺激的影響，模仿體內(nèi)環(huán)境。

我們相信這個模型可以成為研究TBI急性期的有力工具，細胞電生理，誘導(dǎo)的細胞變性可以為開發(fā)潛在的治1療方法提供一個良好的平臺，并可能成為TBI動物模型的一個有用的體外替代品。

可拉伸微電極陣列

可拉伸微電極陣列（SMEA）是一種用于記錄和電刺激急性腦切片中神經(jīng)活動的密集微1針陣列，是高密度微1針陣列的設(shè)計、微細加工、電氣特性和生物評估。可拉伸微電極陣列可同時記錄和電刺激急性腦組織切片中的單個神經(jīng)元。

急性切片可以說是蕞接近大腦的體外模型，它有一個受損的表面層。由于電生理記錄方法在很大程度上依賴于電極-細胞的接近性，這一層明顯地削弱了信號的振幅，使得傳統(tǒng)的平面電極不適合使用。為了繞過組織表面滲透到組織中，細胞電生理機械力刺激聯(lián)用系統(tǒng)，并記錄和刺激切片內(nèi)部健康體積的神經(jīng)活動，我們研究開發(fā)了可拉伸微電極陣列。

可拉伸微電極陣列被證明可以記錄急性皮層切片中單個神經(jīng)元的細胞外動作電位，信噪比高達0000000。對單個神經(jīng)元的電刺激是以0000000的刺激閾值實現(xiàn)的。

該可拉伸微電極陣的創(chuàng)新之處在于結(jié)合了緊密的針距（60微米）、高達250微米的針高和?。?-10微米直徑）的電極，允許記錄單體活動。該陣列與特定系統(tǒng)相結(jié)合，形成一個強大的電生理工具，允許與急性腦片中的神經(jīng)元群體進行雙向的電極-細胞交流。

體外神經(jīng)電活動監(jiān)測系統(tǒng)

在具有機械活性的生物組織中連接電子器件和記錄電生理活動是一項非常困難的挑戰(zhàn)。

這種挑戰(zhàn)延伸到記錄腦組織在創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）情況下的神經(jīng)功能，創(chuàng)傷性腦損傷是由快速（數(shù)百毫秒內(nèi)）和大（大于5%的應(yīng)變）的大腦變形引起的。連接電極必須在多個層面上具有生物相容性，并應(yīng)與組織一起變形以防止額外的機械損傷。

我們的體外神經(jīng)電活動監(jiān)測系統(tǒng)擁有一種彈性可拉伸的微電極陣列（SMEA），它能夠經(jīng)受大的、雙軸的、二維的拉伸而保持功能。

新的SMEA由硅膜上的可彈性拉伸的薄金屬膜組成。它可以在大的雙軸變形之前、期間和之后刺激和檢測來自培養(yǎng)的腦組織（海馬片）的電活動。

我們已經(jīng)將SMEA納入了一個特性良好的體外TBI研究平臺——體外神經(jīng)電活動監(jiān)測系統(tǒng)，該平臺通過拉伸SMEA和粘附的腦片培養(yǎng)，再現(xiàn)了TBI的生物力學(xué)特性。

機械損傷參數(shù)，細胞電生理特性機械刺激加載系統(tǒng)，如應(yīng)變和應(yīng)變率，可以被精1確控制以產(chǎn)生特定水平的損傷。

SMEA允許在損傷前后對神經(jīng)元功能進行量化，而不需要打破培養(yǎng)的無菌性或為損傷事件重新定位電極，因此可以進行連續(xù)和長期的測量。

我們報告了SMEA的測試以及研究機械刺激對神經(jīng)元功能影響的初步應(yīng)用，它可以作為一個高含量的、用于TBI的藥1物篩查平臺。