マルチウェル微小電極アレイにおけるヒト in vitro 神経培養の集束超音波ニューロモジュレーション

集束超音波ニューロモデュレーション。この新進気鋭のエキサイティングな分野は、現在進行中の研究のトピックです 集束超音波の分野では、特定のアプリケーションに最適な刺激パラメータはしばしば不明です。この研究は、ニューロンの経験的in vitro試験を通じて、これらのパラメータを体系的に決定することを目的としています。

この手法は、研究者が遺伝子および薬学的に改変されたニューロンの応答を解析できるようにすることで、リサウンドニューロモデュレーションの根底にあるニューロンメカニズムを探ることができます。培養培地を吸引し始め、24ウェルニューロン培養プレートに1つのウェルを満たし、微小電極アレイまたはMEAを埋め込んだ。300ミリリットルの脱気および脱イオン水を準備した後、集束超音波またはFUSトランスデューサーコーンに慎重に充填します。

カスタマイズされたネジ付きロッドを使用して、3Dプリントされたホルダーをフレームに固定します。FUSトランスデューサーのヘッドが刺激されるウェルの上に来るようにフレームを配置します。輪ゴムを使用して、培地とヒト人工多能性幹細胞(HIPSC)を含む24ウェルMEAプレート上のウェル上にパラフォームを固定します。

トランスデューサの電源出力またはTPOコントロールパネルでFUSパラメータを設定します。さまざまなパラメータの値が画面に表示されます。次に、ウェル上のパラフォームの上にカップリングゲルを塗布し、FUSトランスデューサをカップリングゲルに下げて、気泡を最小限に抑えてゲルと接触させます。

TPOの右下のボタンを押してFUS超音波処理を開始し、超音波処理の各ラウンドの間に少なくとも5分間待って、ニューロンがベースライン状態に戻るようにします。接続が適切であれば、FUSシステムによって生成されたトリガーパルスは、FUS刺激シーケンスをMEA記録に自動的に合わせます。FUSに関連する発火率の変化に基づく転送データでFUS超音波処理時間を読み取ることにより、信号を分析します。

FUSの焦点スポットは、サーモクロマティックシート上での可視化と、水ハイドロフォンスキャンによる可視化の両方によって特徴付けられました。フィルタリング、閾値処理、発火率の計算などの後処理ステップにより、環境からのノイズをフィルタリングし、FUSによって引き起こされるニューロン活動の変化を明らかにしました。ラスタープロットは、各チャンネルで検出されたスパイクを示しました。

発火率プロットは、選択された刺激パラメータがニューロンの発火率を増加させることを示しました。FUS前の発火率は140ヘルツでしたが、FUS後の発火率は連続波FUSで786ヘルツでした。FUS超音波処理モードを変更すると、ニューロンがベースライン状態に戻るまでの時間も変更されました。

探触子をパラフォーム界面に配置する際には、気泡の発生を慎重に最小限に抑えることが重要です。もう1つの考慮事項は、トランスデューサに供給される電力です。出力は、効果を誘発するのに十分な高さである必要がありますが、トランスデューサやセルの損傷を引き起こさない程度に低くする必要があります。

この技術は、パーキンソン病やその他の神経疾患を治療するための最適な刺激パラメータを特定し、不可逆的な損傷、長い回復、リハビリテーション時間など、侵襲的手術に関連するリスクを排除することができます。そのメカニズムを明らかにし、前臨床最適化を制御するためのさらなる努力は、臨床試験を含む将来の研究で安全性を確保するために必要です。