使用HD-MEA探究不同基因型小鼠海馬腦片電活動(dòng)對(duì)刺激的響應(yīng)差異
瀏覽次數(shù):336 發(fā)布日期:2025-7-9
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MEA介紹
超高分辨率微電極陣列系統(tǒng)(High-Density Microelectrode Array, HD-MEA)是基于CMOS半導(dǎo)體加工技術(shù)構(gòu)建的離體電生理記錄平臺(tái)。該系統(tǒng)的核心技術(shù)創(chuàng)新在于實(shí)現(xiàn)了超高密度電極集成——在8.1 mm²的芯片表面精密排布26,400個(gè)微電極單元(電極密度達(dá)3,259 electrodes/mm²),相鄰兩個(gè)電極之間的距離僅僅17.5um,將電信號(hào)采集的空間分辨率提升至亞細(xì)胞層級(jí)。
這種突破性設(shè)計(jì)不僅能夠獲取樣品中幾乎所有活性細(xì)胞的電發(fā)放,自動(dòng)分析得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的相關(guān)指標(biāo),還可精準(zhǔn)解析神經(jīng)軸突等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的電生理活動(dòng)特征。
本系統(tǒng)中每個(gè)微電極單元兼具信號(hào)記錄與電刺激雙重功能,無(wú)需顯微操作輔助即可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模細(xì)胞集群的同步監(jiān)測(cè)和刺激。可支持體外培養(yǎng)神經(jīng)元、類(lèi)器官、心肌細(xì)胞,及急性腦切片、視網(wǎng)膜組織等生物樣本的長(zhǎng)時(shí)程檢測(cè)或急性實(shí)驗(yàn)記錄。配套的軟件系統(tǒng)內(nèi)嵌多種自動(dòng)化的記錄模式與智能分析模塊,提供從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接水平到單細(xì)胞水平再到亞細(xì)胞水平的數(shù)十個(gè)電生理指標(biāo),使其成為高效、多維度的體外組織功能檢測(cè)平臺(tái)。
我們公眾號(hào)會(huì)在實(shí)驗(yàn)分享版塊定期分享公司內(nèi)部demo數(shù)據(jù)結(jié)果,以便大家更全面地了解高密度MEA技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用,歡迎持續(xù)關(guān)注!
不同基因型小鼠海馬腦片電活動(dòng)對(duì)刺激的響應(yīng)差異
本實(shí)驗(yàn)采用高密度微電極陣列(HD-MEA)技術(shù)對(duì)不同基因型小鼠(Ctrl組與Treat組)海馬腦切片進(jìn)行電生理信號(hào)記錄,如圖1右圖所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下:首先記錄兩組基線(xiàn)電生理活動(dòng),隨后施加相同物理刺激,觀察該刺激對(duì)兩組海馬神經(jīng)元電活動(dòng)的影響差異。

圖1 小鼠的海馬腦片。來(lái)源:禮智生物科技

視頻1 Treat組小鼠海馬腦片的典型電信號(hào)記錄結(jié)果
視頻1展示了使用HD-MEA檢測(cè)Treat組海馬腦片得到的典型電信號(hào)記錄結(jié)果:
視頻中Treat-baseline部分:(1)左上子圖顯示電極陣列分布,其中紅色三角標(biāo)記檢測(cè)到動(dòng)作電位的活性電極;(2)右上子圖為峰電位幅值熱圖,顏色代表檢測(cè)到的峰電位的不同幅值;(3)左下圖呈現(xiàn)多電極動(dòng)作電位波形(Traces圖),紅色三角標(biāo)識(shí)峰電位;(4)右下子圖為Raster Plot,縱軸表示電極編號(hào),橫軸為時(shí)間,每個(gè)點(diǎn)代表檢測(cè)到的峰電位。
視頻中Treat-After sti部分:刺激之后的Raster Plot圖。
可以看到,相比于baseline,Treat組在接受了物理刺激時(shí),其發(fā)放頻率產(chǎn)生顯著的變化。

圖2 Treat組小鼠海馬腦片的典型電信號(hào)記錄結(jié)果
圖2通過(guò)軟件Network功能對(duì)比兩組神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動(dòng):(1)上面一排為Raster plot圖,每一行都是一個(gè)電極,其上的每一個(gè)點(diǎn)代表檢測(cè)到的一個(gè)鋒電位;(2)下面一排為對(duì)應(yīng)的頻率發(fā)放圖,反映活性電極平均發(fā)放頻率的動(dòng)態(tài)變化。
可以看到,Ctrl組在接受該物理刺激后發(fā)放頻率未產(chǎn)生變化,而Treat組在接受刺激后頻率發(fā)生了顯著的變化。

圖3 Original trace
如圖3 original trace所示,物理刺激誘導(dǎo)Treat組神經(jīng)元(右圖)的放電模式發(fā)生改變:
1、刺激后出現(xiàn)簇狀放電現(xiàn)象(紅色方框標(biāo)示),單電極峰電位發(fā)放頻率增加;
2、動(dòng)作電位間期(Inter-spike interval, ISI)顯著縮短,但幅度衰減。
總結(jié)
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)HD-MEA技術(shù)發(fā)現(xiàn),物理刺激可顯著改變Treat組小鼠海馬神經(jīng)元放電模式,表現(xiàn)為簇狀放電增多、發(fā)放頻率升高及ISI縮短,而Ctrl組無(wú)此變化,表明基因型差異影響神經(jīng)元對(duì)刺激的響應(yīng)。
MaxWell高密度MEA
禮智生物科技是MaxWell高密度MEA中國(guó)區(qū)獨(dú)家授權(quán)代理商,積累了豐富的高密度MEA技術(shù)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析經(jīng)驗(yàn)。歡迎聯(lián)系我們,了解這一技術(shù)的更多細(xì)節(jié)和資料。(lián)系方式見(jiàn)文末)

禮智生物介紹
禮智生物科技有限公司成立于2011年,是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)的科研儀器及技術(shù)服務(wù)供應(yīng)商,在香港、上海、北京、廣州、南京、沈陽(yáng)等地均設(shè)有分公司。
公司擁有獨(dú)家代理的和自研開(kāi)發(fā)的多款神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域前沿高科技產(chǎn)品:
禮智在售產(chǎn)品
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- 多色多通道光纖記錄、Miniscope、雙色大視野熒光顯微鏡等多款在體鈣成像系統(tǒng)
- 超高性?xún)r(jià)比的在體多通道電生理系統(tǒng)及配套電極
- 在體化學(xué)物質(zhì)及神經(jīng)遞質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)
- 全自動(dòng)腦片膜片鉗、迷你膜片鉗、人工脂雙層等電生理系統(tǒng)
- 軟、硬組織透明化、光片顯微鏡
- 氣浮籠、隔音箱、任務(wù)訓(xùn)練等行為學(xué)設(shè)備
- 桌面式及大空間PET/CT系統(tǒng)
- 人工授精及胚胎自動(dòng)注射系統(tǒng)
- 立體定位儀、麻醉機(jī)、自動(dòng)化顱骨開(kāi)窗等小動(dòng)物手術(shù)設(shè)備