การวิจัยก่อนการตรวจทางคลินิกเกี่ยวกับความผิดปกติทางระบบประสาทถูกจำกัดด้วยความซับซ้อนของสมอง เช่นเดียวกับการขาดแบบจำลองที่เพียงพอในการประเมินยาที่มีศักยภาพ ซึ่งแสดงให้เห็นโดยความล้มเหลวที่น่าท้อใจของผู้สมัครใช้ยาในขั้นตอนสุดท้ายของการทดลองทางคลินิก การเพาะเลี้ยงเซลล์แบบสองมิติสามารถเลียนแบบลักษณะบางอย่างของความผิดปกติของเซลล์ประสาท
แต่ไม่มีสัณฐาน
วิทยาที่ซับซ้อน แบบจำลองสัตว์มักจะไม่เกี่ยวข้องเพียงพอสำหรับการศึกษาสมองของมนุษย์แบบจำลองเซลล์สามมิติที่เรียกว่าระบบไมโครสรีรวิทยา (MPS) สามารถเลียนแบบโครงสร้างและการทำงานของเนื้อเยื่อประสาทได้แม่นยำยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม การบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาท
แต่ละตัว ซึ่งเป็นการวัดการทำงานของเซลล์ประสาทที่เกี่ยวข้องมากที่สุด ยังคงเป็นสิ่งที่ท้าทายในโครงสร้างเซลล์ประสาทแบบ 3 มิติ“ระบบ 3 มิติ ในหลอดทดลองที่เกี่ยวข้องกับระบบประสาทที่สามารถประเมินประสิทธิภาพหรือความเป็นพิษของสารโดยการวัดการทำงานของเซลล์ประสาทยังขาดหายไป”
เปาโล เซซาเรจากสถาบันวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและการแพทย์NMI ในเมืองรอยทลิงเงนอธิบาย “นี่เป็นส่วนใหญ่เนื่องจากความท้าทายทางเทคนิคในการรวมการอ่านค่ากิจกรรมทางไฟฟ้าโดยตรงด้วยความละเอียดระดับมิลลิวินาทีและความไวสูง”เพื่อเติมเต็มช่องว่างนี้ และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาแบบใหม่
ที่ให้การอ่านค่าอิเล็กโทรสรีรวิทยาของเครือข่ายเซลล์ประสาท 3 มิติอย่างต่อเนื่องและไม่รุกรานการออกแบบอุปกรณ์ที่อธิบายไว้อิงจากอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกแก้วหลายหลุม แต่ละหลุมประกอบด้วยชั้นไฮโดรเจล 3 มิติ ซึ่งเซลล์สมองที่แยกออกจากกันจะกระจายตัว ปกคลุมด้วยชั้นของเหลว
ที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อ ไมโครอิเล็กโทรดที่รวมเข้ากับฐานของแต่ละหลุมจะบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าจากเซลล์ประสาทในไฮโดรเจล นักวิจัยกล่าวว่านวัตกรรมที่สำคัญ คือ การแนะนำไมโครอิเล็กโทรดแบบปิดฝา (CME) ซึ่งหุ้มฉนวนด้วยฝาบางที่มีอุโมงค์กว้าง 5 µm เมื่อเซลล์ประสาทที่ฝังตัวโตเต็มที่
พวกมันขยาย
การฉายภาพที่เรียกว่า นิวไรต์ (แอกซอนหรือเดนไดรต์) ออกไปทุกทิศทาง รวมทั้งในอุโมงค์ CME เมื่อเซลล์ประสาททำงาน สัญญาณไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ไปตามเซลล์ประสาทเหล่านี้และเข้าสู่เซลล์ประสาท สร้างศักยะงานได้ถึงหลายร้อยไมโครโวลต์เทคโนโลยีหลักได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ
โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากกระบวนการทางชีววิทยาของเปลือกหุ้มเส้นประสาทผ่านเยื่อไมอีลิน ซึ่งเป็นเยื่อบางๆ ที่แยกแอกซอนด้วยไฟฟ้า และก่อให้เกิดการส่งสัญญาณไฟฟ้าในระบบประสาทอย่างรวดเร็ว” กล่าว “กระบวนการนี้ถูกทำซ้ำที่ NMI โดยใช้เทคโนโลยี กระบวนการ และวัสดุที่แตกต่างกัน
เพื่อผลิตไมโครอิเล็กโทรดที่มีฉนวนที่สามารถวัดสัญญาณไฟฟ้าขนาดเล็กที่แพร่กระจายไปตามแอกซอนในการเพาะเลี้ยงเซลล์ประสาท 3 มิติ”นักวิจัยใช้การกำหนดค่า CME ต่างๆ เพื่อบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาท ของเมาส์หลักที่เพาะเลี้ยงแบบ 3 มิติ พวกเขาพบว่าการมีอุโมงค์มากขึ้น
ในแต่ละฝาปิดเพิ่มความสะดวกในการเข้าถึงสำหรับเซลล์ประสาท และทำให้อัตราการยิงเฉลี่ยลดลง แต่อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนลดลง เปิดอิเล็กโทรดที่ไม่มีฝาปิดตรวจพบศักยภาพในการดำเนินการเล็กน้อย แสดงความไม่เหมาะสมสำหรับการบันทึกจากเซลล์ประสาทในไฮโดรเจล 3 มิติ
สำหรับ ในการให้ตัวแทน ในการศึกษา ในหลอดทดลองสิ่งสำคัญคือเซลล์ประสาทแต่ละตัวสร้างเครือข่าย 3 มิติที่ใช้งานได้ ศักยภาพของการกระทำที่ซิงโครไนซ์ที่บันทึกโดย CME บ่งชี้ว่าเซลล์ประสาทมีการเชื่อมต่อแบบซินแนปติก แต่เพื่อยืนยันว่า CME ที่ผนวกรวมสารตั้งต้นนั้นไม่ได้บันทึก
จากเซลล์ประสาทที่อยู่ใกล้ก้นบ่อเป็นพิเศษ นักวิจัยได้ทำการบันทึกทางไฟฟ้าพร้อมกับการถ่ายภาพแคลเซียมเพื่อระบุเซลล์ประสาทที่ทำงานอยู่ การถ่ายภาพแคลเซียมที่วัดกิจกรรมได้อย่างน้อย 500 µm เหนืออิเล็กโทรด และ CMEs บันทึกกิจกรรมที่เกิดขึ้นพร้อมกัน ซึ่งบ่งชี้ว่ากิจกรรมเหล่านี้
กำลังบันทึก
จากเครือข่ายเซลล์ประสาท 3 มิติทั้งหมดต่อไป ทีมงานวัดปริมาณการตอบสนองต่อ ซึ่งเพิ่มและลดการทำงานของเครือข่ายประสาทตามลำดับ ความเข้มข้นของ PTX ต่ำส่งผลต่อกิจกรรมเครือข่ายอย่างมาก เพิ่มอัตราการยิงเฉลี่ยและอัตราการยิงเฉลี่ยในการระเบิดเครือข่าย และลดความถี่
การระเบิดเครือข่าย TTX ที่ความเข้มข้นสูงจะลดการทำงานของเซลล์ประสาทลงอย่างมากนักวิจัยยังได้ตรวจสอบการกระตุ้นด้วยแสงใน neuro-MPS โดยใช้เซลล์ประสาทที่ตอบสนองต่อแสงพัลส์ 470 นาโนเมตร พวกเขาส่องสว่างพื้นที่ในวัฒนธรรม 3 มิติด้วยแสงพัลส์และบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้า
ของเครือข่ายประสาททั้งหมด การกระตุ้นด้วยแสงของเซลล์ประสาทในบริเวณที่มีการส่องสว่างจะกระตุ้นการระเบิดของเครือข่ายที่ซิงโครไนซ์ทั่วทั้งหลุม ซึ่งวัดโดย CME แต่ละตัว ทีมงานแนะนำว่าการกระตุ้นด้วยแสงดังกล่าวอาจเป็นแนวทางใหม่ในการศึกษาการเรียนรู้และความจำในหลอดทดลอง
การวิเคราะห์ต่อเนื่องหลายรูปแบบคุณลักษณะอีกประการหนึ่ง คือความสามารถในการรวมการวิเคราะห์การทำงานและโครงสร้าง เนื่องจากฐานแก้วโปร่งใสทำให้สามารถใช้กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลของโครงสร้างเซลล์ประสาท 3 มิติได้ ทีมงานได้สาธิตสิ่งนี้โดยการตรวจสอบผลกระทบของโรทีโนน
ซึ่งเป็นยาฆ่าแมลงที่สร้างการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับโรคพาร์กินสันต่อการเพาะเลี้ยงเซลล์ประสาทที่โตเต็มที่บันทึกการเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมของเซลล์ประสาทเพียง 10 นาทีหลังจากได้รับสารโรทีโนน 0.05 µM อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาที่ประเมินผ่านการถ่ายภาพเซลล์
Credit : ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ / สล็อตแตกง่าย
