體外細(xì)胞電生理模擬系統(tǒng)

體外細(xì)胞電生理模擬系統(tǒng)

細(xì)胞機(jī)械拉伸系統(tǒng)

機(jī)械拉伸對肌源性祖細(xì)胞的多重影響

機(jī)械拉伸的骨骼肌在結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和功能上發(fā)生了巨大的變化。

使用細(xì)胞機(jī)械拉伸系統(tǒng)建立的體外拉伸應(yīng)變模型已經(jīng)證明，海馬切片電生理模擬系統(tǒng)，成肌祖細(xì)胞，包括衛(wèi)1星細(xì)胞和成肌細(xì)胞，是高度機(jī)械敏感的細(xì)胞，對機(jī)械應(yīng)變的反應(yīng)是多方面的。然而，不同研究人員和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不總是相互支持的。

此外，根據(jù)不同研究的陳述，一些特定的分子或信號(hào)通路被顯示在拉伸的成肌細(xì)胞中發(fā)揮不同的作用。

通過整合進(jìn)行衛(wèi)1星細(xì)胞或成肌細(xì)胞體外培養(yǎng)的研究，并利用細(xì)胞機(jī)械拉伸系統(tǒng)探索其機(jī)械反應(yīng)。這些反應(yīng)將被分為幾組，如激1活、增殖、肌源性分化、細(xì)胞損傷或凋亡、質(zhì)膜的特性、轉(zhuǎn)分化、重新定向等。

目前已知的一些機(jī)械敏感途徑之間的相互聯(lián)系被描繪出來，以便更好地了解肌原細(xì)胞對機(jī)械拉伸反應(yīng)的復(fù)雜調(diào)節(jié)。通過對已發(fā)表的有關(guān)成肌細(xì)胞祖細(xì)胞機(jī)械反應(yīng)的研究進(jìn)行總結(jié)，可以使該領(lǐng)域的研究人員對未來的方向和前景更加清晰。

體外神經(jīng)活動(dòng)記錄系統(tǒng)

記錄體外神經(jīng)活動(dòng)的一種方法是使用微電極陣列(MEA)。與單電極電生理記錄相比，MEA能夠研究由多達(dá)數(shù)千個(gè)神經(jīng)元組成的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的高階行為。

由于能夠從多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)記錄，可用MEA的一個(gè)限制是它們的剛性性質(zhì)，這阻止了直接測試將電生理功能變化與機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制相關(guān)的假設(shè)。以前，體外細(xì)胞電生理模擬系統(tǒng)，我們展示了使用早期的SMEA（可拉伸微電極陣列）監(jiān)測機(jī)械拉伸損傷后海馬切片培養(yǎng)物電生理功能的能力。在本研究中，我們利用了新一代SMEA的優(yōu)勢，記錄更多電極和更小的特征尺寸，細(xì)胞電生理，以檢驗(yàn)我們的假設(shè)，即持久的海馬網(wǎng)絡(luò)同步被TBI破壞。

復(fù)1發(fā)性網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)或同步由抑制性1神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸(GABA)調(diào)節(jié)。由GABA能信號(hào)傳導(dǎo)中斷引起的去抑制可能是病理持續(xù)活動(dòng)的主要原因。急性地，GABAA 拮抗劑荷包牡丹堿用于誘導(dǎo)癲1癇樣爆發(fā)通過阻斷 GABA 能抑制在腦切片培養(yǎng)中的活性，并在沖洗后數(shù)小時(shí)和數(shù)天誘導(dǎo)持久的、反復(fù)的同步爆發(fā)。通過利用 SMEA 將長期電生理記錄與機(jī)械刺激相結(jié)合的獨(dú)1特功能，我們研究了輕度至中度機(jī)械拉伸損傷對荷包牡丹堿誘導(dǎo)的持久網(wǎng)絡(luò)同步的影響。

體外腦皮質(zhì)電生理功能測定系統(tǒng)

創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）的有限元（FE）模型能夠預(yù)測損傷引起的腦組織變形。

然而，目前的FE模型不具備預(yù)測組織變形的生物學(xué)后果的能力，這需要確定與機(jī)械刺激的影響和生物相關(guān)的功能反應(yīng)有關(guān)的容忍標(biāo)準(zhǔn)。

為了解決這一缺陷，我們提出了大腦皮層對受控機(jī)械刺激的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)電生理功能改變的功能耐受標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)胞電生理培養(yǎng)設(shè)備，使用體外腦皮質(zhì)電生理功能測定系統(tǒng)來進(jìn)行驗(yàn)證。

器1官型皮層切片培養(yǎng)物通過體外腦皮質(zhì)電生理功能測定系統(tǒng)進(jìn)行等軸拉伸進(jìn)行機(jī)械損傷，在組織應(yīng)變和應(yīng)變率與TBI相關(guān)的體外模型（Lagrangian應(yīng)變達(dá)0.59，應(yīng)變率達(dá)29。在損傷后4-6天，使用微電極陣列同時(shí)評(píng)估整個(gè)皮層的電生理功能。

與未受刺激的自發(fā)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)有關(guān)的電生理參數(shù)（神經(jīng)事件率、持續(xù)時(shí)間和幅度）、受刺激的誘發(fā)反應(yīng)（蕞大反應(yīng)、半蕞大反應(yīng)所需的刺激電流以及代表發(fā)射均勻性的電生理參數(shù)），以及在不同刺激間期的誘發(fā)配對脈沖比，對每個(gè)皮質(zhì)切片培養(yǎng)進(jìn)行量化。

在作為自變量的機(jī)械損傷參數(shù)（組織應(yīng)變和應(yīng)變率）和作為輸出的每個(gè)電生理參數(shù)之間進(jìn)行非線性回歸。通過十倍的交叉驗(yàn)證，從大量的候選方程中確定了擬合的蕞佳方程。

電生理參數(shù)的變化以一種復(fù)雜的方式依賴于應(yīng)變和應(yīng)變率。與海馬相比，大腦皮層的自發(fā)活動(dòng)較少，興奮性較低，對受控變形（應(yīng)變或應(yīng)變率）的反應(yīng)，電生理功能不易發(fā)生明顯變化。

我們通過體外腦皮質(zhì)電生理功能測定系統(tǒng)的研究提供了可以納入FE模型的功能數(shù)據(jù)，以提高其對TBI的體內(nèi)后果的預(yù)測能力。

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