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Una nueva generación de microelectrodo-matriz astilla para los impulsos de registración de la célula nerviosa

Los investigadores de ETH han desarrollado una nueva generación de virutas de la microelectrodo-matriz para los impulsos de nervio de medición, habilitando estudios de cómo los millares de células nerviosas obran recíprocamente con uno a.

Por más de 15 años, profesor Andreas Hierlemann de ETH y su grupo han estado desarrollando las virutas de la microelectrodo-matriz que se pueden utilizar para excitar exacto las células nerviosas en cultivos celulares y para medir actividad eléctrica de la célula. Estos progresos permiten crecer las células nerviosas en platos de la célula-cultura y utilizar las virutas localizadas en la parte inferior del plato para examinar cada célula individual en un tejido de nervio conectado detalladamente.

Los métodos alternativos para conducto tales mediciones tienen algunas limitaciones sin obstrucción. Son cualquiera muy que toma tiempo - porque el contacto a cada célula tiene que ser establecido individualmente - o requieren el uso de los tintes fluorescentes, que influencian el comportamiento de las células y por lo tanto del resultado de los experimentos.

Ahora, los investigadores del grupo de Hierlemann en el departamento de la ciencia de los biosistemas y la ingeniería de ETH Zurich en Basilea, así como Urs Frey y sus colegas de los biosistemas del maxwell del efecto de ETH, desarrollaron una nueva generación de virutas de la microelectrodo-matriz. Estas virutas habilitan grabaciones detalladas considerablemente de más electrodos que los sistemas anteriores, que abren nuevas aplicaciones.

Una señal más fuerte requerida

Como con las generaciones anteriores de la viruta, las nuevas virutas tienen alrededor 20.000 microelectrodos en un área que mide 2 por 4 milímetros. Para asegurarse de que estos electrodos tomen los impulsos de nervio relativamente débiles, las señales necesitan ser amplificadas. Ejemplos de las señales débiles que los científicos quieren descubrir para incluir los de las células nerviosas, derivados de las células madres pluripotent humanas (células del IPS). Éstos se utilizan actualmente en muchos los modelos de la enfermedad de la célula-cultura. Otra razón para amplificar importante las señales es si los investigadores quieren rastrear impulsos de nervio en los axones (finos, las extensiones fibrosas muy finas de una célula nerviosa).

Sin embargo, la electrónica de alto rendimiento de la amplificación toma el espacio, que es porqué la viruta anterior podía amplificar y leer simultáneamente fuera señales de solamente 1.000 de los 20.000 electrodos. Aunque los 1.000 electrodos podrían ser seleccionados arbitrariamente, tuvieron que ser resueltos antes de cada medición. Esto significó que era posible hacer grabaciones detalladas sobre solamente una parte del área de la viruta durante una medición.

Ruido de fondo reducido

En la nueva viruta, los amplificadores son más pequeños, permiso que las señales de los 20.000 electrodos son amplificadas y que medido al mismo tiempo. Sin embargo, los amplificadores más pequeños tienen niveles de ruidos más altos. Así pues, asegurarse de los capturan incluso los impulsos de nervio más débiles, los investigadores incluyeron algunos de los amplificadores más grandes y más potentes en las nuevas virutas y emplean un truco hábil: utilizan estos amplificadores potentes para determinar los puntos del tiempo, en los cuales los impulsos de nervio ocurren en el plato del cultivo celular.

En estos puntos del tiempo, entonces pueden explorar para las señales en los otros electrodos, y tomando el promedio de varias señales sucesivas, pueden reducir el ruido de fondo. Este procedimiento rinde una imagen sin obstrucción de la actividad de la señal sobre el área entera que es medida.

En los primeros experimentos, que los investigadores publicaron en las comunicaciones de la naturaleza del gorrón, demostraron su método en las células neuronales IPS-derivadas ser humano así como en secciones del cerebro, pedazos de la retina, células cardiacas y esferoides neuronales.

Uso en el revelado de la droga

Con la nueva viruta, los científicos pueden producir imágenes eléctricas no sólo de las células pero también la extensión de sus axones, y pueden determinar cómo rápidamente un impulso de nervio se transmite a los alcances más lejanos de los axones.

Las generaciones anteriores de virutas del arsenal del microelectrodo nos permitieron dimensión hasta 50 células nerviosas. Con la nueva viruta, podemos realizar mediciones detalladas de más de 1.000 células en una cultura de una vez.”

Andreas Hierlemann, profesor de ETH

Tales mediciones completas son convenientes para probar los efectos de drogas, significando que los científicos pueden ahora conducto la investigación y experimentos con los cultivos celulares humanos en vez de la confianza en animales de laboratorio. La tecnología también ayuda así a reducir el número de experiencias con animales.

Los biosistemas del maxwell del efecto de ETH están comercializando ya la tecnología existente del microelectrodo, que es funcionando ahora en todo el mundo cerca sobre cientos grupos de investigación en las universidades y en industria. Actualmente, la compañía está observando en una comercialización potencial de la nueva viruta.

Source:
Journal reference:

Yuan, X., et al. (2020) Versatile live-cell activity analysis platform for characterization of neuronal dynamics at single-cell and network level. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-18620-4.