使用互补金属氧化物半导体高密度微电极阵列系统从急性脑切片中获得高质量的癫痫样活性

摘要

在这里，我们概述了一种使用互补金属氧化物半导体高密度微电极阵列系统 （CMOS-HD-MEA） 记录 离体 脑切片的癫痫样活动的协议。

摘要

互补金属氧化物半导体高密度微电极阵列 （CMOS-HD-MEA） 系统可以以前所未有的电生理学细节记录细胞培养物和 离体 脑切片的神经生理活动。CMOS-HD-MEA 最初被优化为记录来自细胞培养物的高质量神经元单位活性，但也已被证明可以从急性视网膜和小脑切片中产生高质量的数据。研究人员最近使用 CMOS-HD-MEA 记录了急性皮质啮齿动物脑切片的局部场电位 （LFP）。一种值得关注的 LFP 是癫痫样活动。虽然许多用户使用 CMOS-HD-MEA 产生了短暂的自发性癫痫样放电，但很少有用户能够可靠地产生高质量的癫痫样活动。许多因素可能导致这种困难，包括电噪声、使用浸没式记录室时产生癫痫样活动的不一致性质，以及 2D CMOS-MEA 芯片只能从脑切片表面记录的限制。本协议中详述的技术应使用户能够使用 CMOS-HD-MEA 系统从急性脑切片中持续诱导和记录高质量的癫痫样活动。此外，该协议概述了 CMOS-HD-MEA 芯片的正确处理、实验期间溶液和脑切片的管理以及设备维护。

引言

市售的高密度微电极阵列 （HD-MEA） 系统，包括具有数千个记录点的 MEA 芯片 ^1,2 和用于放大和数字化数据的 MEA 平台，是电生理学研究的新兴工具。这些 HD-MEA 系统使用互补金属氧化物半导体 （CMOS） 技术，以高灵敏度记录细胞培养物和离体脑切片制备的电生理数据。这些 MEA 系统通过高电极密度和高质量的信噪比为神经生理学研究提供了前所未有的空间和时间分辨率³。该技术主要用于研究细胞外动作电位，但它也可以从各种神经元脑切片制备物中捕获高质量的局部场电位 （LFP） 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 ^<....

研究方案

涉及小鼠的程序由杨百翰大学的机构动物护理和使用委员会 （IACUC） 批准。在以下实验中使用年龄至少为 P21 的雄性和雌性 （n = 8） C57BL/6 小鼠。

图 1：CMOS-HD-MEA 实验示意图。 （A） 通过自己喜欢的切割方法制备脑切片，并进行二次解剖以适合 MEA。（B） 制备溶液和 CMOS-HD-MEA 芯片。（C） 将子解剖的脑切片放在电极阵列上，并浸泡在适当的溶液中。（D） 从收集的数据中选择相关渠道。然后准备数据，以便在用户的首选程序中进行分析。 请单....

讨论

该协议包括与急性脑切片管理相关的具体指南，以解决 CMOS-HD-MEA 用户面临的常见问题，即脑切片下的噪声产生和维持脑切片的健康环境。当切片未正确粘附到数组时，切片下方会产生噪声;如果脑切片没有充分粘附，切片下方会形成气穴，从而导致噪音。这将导致无法获取数据。为了缓解这些挑战，该协议强调了两个关键步骤：首先，确保在放置过程中正确的竖琴方向，?.......

材料

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