نشاط شبيه بالنوبات عالية الجودة من شرائح الدماغ الحادة باستخدام نظام صفيف أقطاب كهربائية دقيقة عالي الكثافة من أكسيد المعادن وأشباه الموصلات

Summary

هنا ، نحدد بروتوكولا لاستخدام أنظمة صفيف الأقطاب الكهربائية الدقيقة عالية الكثافة التكميلية لأكسيد المعادن وأشباه الموصلات (CMOS-HD-MEAs) لتسجيل النشاط الشبيه بالنوبات من شرائح الدماغ خارج الجسم الحي .

Abstract

يمكن لأنظمة مصفوفة الأقطاب الكهربائية الدقيقة عالية الكثافة لأشباه الموصلات المعدنية التكميلية (CMOS-HD-MEA) تسجيل النشاط الفسيولوجي العصبي من مزارع الخلايا وشرائح الدماغ خارج الجسم الحي بتفاصيل فيزيولوجية كهربية غير مسبوقة. تم تحسين CMOS-HD-MEAs لأول مرة لتسجيل نشاط وحدة عصبية عالية الجودة من مزارع الخلايا ولكن ثبت أيضا أنها تنتج بيانات عالية الجودة من شرائح الشبكية والمخيخ الحادة. استخدم الباحثون مؤخرا CMOS-HD-MEAs لتسجيل إمكانات الحقل المحلي (LFPs) من شرائح دماغ القوارض القشرية الحادة. أحد LFP المثير للاهتمام هو النشاط الشبيه بالنوبات. في حين أن العديد من المستخدمين قد أنتجوا تصريفات صرعية قصيرة وعفوية باستخدام CMOS-HD-MEAs ، فإن قلة من المستخدمين ينتجون نشاطا شبيها بالنوبات عالية الجودة. قد تساهم العديد من العوامل في هذه الصعوبة ، بما في ذلك الضوضاء الكهربائية ، والطبيعة غير المتسقة لإنتاج نشاط يشبه النوبات عند استخدام غرف التسجيل المغمورة ، والقيود التي تسجلها رقائق 2D CMOS-MEA فقط من سطح شريحة الدماغ. يجب أن تمكن التقنيات المفصلة في هذا البروتوكول المستخدمين من حث وتسجيل نشاط شبيه بالنوبات عالية الجودة باستمرار من شرائح الدماغ الحادة باستخدام نظام CMOS-HD-MEA. بالإضافة إلى ذلك ، يحدد هذا البروتوكول المعالجة المناسبة لرقائق CMOS-HD-MEA ، وإدارة المحاليل وشرائح الدماغ أثناء التجريب ، وصيانة المعدات.

Introduction

تعد أنظمة صفيف الأقطاب الكهربائية الدقيقة عالية الكثافة (HD-MEA) المتاحة تجاريا ، والتي تشمل شريحة MEA مع الآلاف من نقاط التسجيل ^1,2 ومنصة MEA لتضخيم البيانات ورقمنتها ، أداة ناشئة لأبحاث الفيزيولوجيا الكهربية. تستخدم أنظمة HD-MEA هذه تقنية أشباه الموصلات المعدنية التكميلية (CMOS) لتسجيل البيانات الفيزيولوجية الكهربية بحساسية عالية من مزارع الخلايا ومستحضرات شرائح الدماغ خارج الجسم الحي. توفر أنظمة MEA هذه دقة مكانية وزمانية غير مسبوقة لأبحاث الفسيولوجيا العصبية من خلال كثافة عالية للأقطاب الكهربائية ونسب إشارة إلى ضوضاء^{عالية الجودة 3}. تم استخد....

Protocol

تمت الموافقة على الإجراءات التي تنطوي على الفئران من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام (IACUC) في جامعة بريغهام يونغ. تم استخدام ذكور وإناث (ن = 8) C57BL / 6 الفئران التي تتراوح أعمارها بين P21 على الأقل في التجارب التالية.

الشكل 1: الشكل التخطيطي لتجربة CMOS-HD-MEA. (A) يتم تحضير شريحة الدماغ بطريقة القطع المفضلة لدى الشخص ويتم تشريحها لتناسب MEA. (ب) إعداد الح....

النتائج

كما هو معتاد عند تصور النشاط من العديد من القنوات^1،4،5،10 ، نجد أنه من المفيد أولا إنشاء مخطط نقطي للبيانات التي نحصل عليها باستخدام CMOS-HD-MEA (الشكل 4A ، C ، E). يمكن أن تخلق .......

Discussion

يتضمن هذا البروتوكول إرشادات محددة تتعلق بإدارة شرائح الدماغ الحادة التي تعالج المشكلات الشائعة التي يواجهها مستخدمو CMOS-HD-MEA ، وهي تطوير الضوضاء تحت شريحة الدماغ والحفاظ على بيئة صحية لشريحة الدماغ. يحدث تطور الضوضاء تحت الشريحة عندما لا تلتصق الشريحة بشكل صحيح بالمصفو.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
2D Workbench	Cloudray	LM04CLLD26B
4-Aminopyridine	Sigma-Aldrich	275875
Accura Chip	3Brain	Accura HD-MEA	CMOS-HD-MEA chip
Agarose	Thermo Fisher Scientific	BP160-100
Vibration isolation table	Kinetic Systems	91010124
Beaker for the slice holding chamber, 270 mL	VWR	10754-772
BioCam	3Brain	BioCAM DupleX	CMOS-HD-MEA platform
Brainwave Software	3Brain	Version 4	CMOS-HD-MEA software
Calcium Chloride	Thermo Fisher Scientific	BP510-500
Carbogen	Airgas	X02OX95C2003102
Carbogen	Airgas	12005
Carbogen Stones	Supelco	59277
Compresstome	Precissionary	VF-300-0Z
Computer	Dell	Precission3650
Crocodile Clip Grounding Cables	JWQIDI	B06WGZG17W
Detergent	Metrex	10-4100-0000
D-Glucose	Macron Fine Chemicals	4912-12
Dihydrogen Sodium Phosphate	Thermo Fisher Scientific	BP329-500
DinoCam	Dino-Lite	AM73915MZTL
Ethanol	Thermo Fisher Scientific	A407P-4
Forceps	Fine Science Tools	11980-13
Hot plate	Thermo Fisher Scientific	SP88857200
Ice Machine	Hoshizaki	F801MWH
Inflow and outflow needles	Jensen Global	JG 18-3.0X
Inline Solution Heater	Warner Instruments	SH-27B
Isofluorine	Dechra	08PB-STE22002-0122
Kim Wipes	Thermo Fisher Scientific	06-666
Magnesium Chloride	Thermo Fisher Scientific	FLM33500
Micropipets	Gilson	F144069
Mili-Q Water Filter	Mili-Q	ZR0Q008WW
Paintbrush	Daler Rowney	AF85 Round: 0
Paper Filter	Whatman	EW-06648-24
Parafilm	American National Can	PM996
Perfusion System	Multi Channel System	PPS2
Pipetor	Thermo Fisher Scientific	FB14955202
Platinum Harp	3Brain	3Brain
Potassium Chloride	Thermo Fisher Scientific	P330-3
Razor blade	Personna	BP9020
Scale	Metter Toledo	AB204
Scissors	Solingen	92008
Slice Holding Chamber	Custom	Custom	Custom 3D Printer Design, available upon request
Sodium Bicarbonate	Macron Fine Chemicals	7412-06
Sodium Chloride	Thermo Fisher Scientific	S271-3
Temperature Control Box	Warner Instruments	TC344B
Transfer Pipettes	Genesee Scientific	30-200
Tubing	Tygon	B-44-3 TPE
Vibratome VZ-300	Precissionary	VF-00-VM-NC
Weigh Boat	Electron Microscopy Sciences	70040