超高密度CMOSマイクロ電極配列によるフィールドポテンシャルイメージングによる脳オーガノイドにおける高度な神経活動マッピング

科学分野:

• 神経科学
• バイオテクノロジー
• 電気生理学

背景:

• 人間の誘発性多能幹細胞 (iPSC) に由来する脳オーガノイドとアセンブロイドは,脳発達と神経学的疾患の研究に有益なインビトロモデルである.
• これらの複雑なモデルを詳細に分析するには,高度な電気生理学的技術が不可欠です.

研究 の 目的:

• 超高密度 (UHD) CMOSマイクロエレクトロッド配列 (MEAs) を用いて脳オルガノイドの大規模フィールドポテンシャルイメージング (FPI) を用いた分析的アプローチを提示する.
• ニューロンの活動とネットワーク接続の詳細な分析のための単細胞解像度の大規模な記録を可能にします.

主な方法:

• 脳のオルガノイドのFPIに236,880個の電極を持つUHD-CMOS MEAを使用した.
• 4万6千個の電極から ニューロンの活動を記録した スパイク検出とネットワーク分析のために
• 新しく導入されたエンドポイント: 伝播速度と伝播領域.

主要な成果:

• 中脳オルガノイドにおけるL-DOPAに対する投与量依存の刺激および抑制反応を観察した.
• ピクロトキシンが増殖速度を増加させ,MK-801が皮質オルガノイドの増殖面積を減少させたことが実証された.
• 特定領域の活性と独特のガンマ帯のパターンを明らかにし,アセンブロイドにおける4-アミノピリジンとの臓器間の接続性を強化した.

結論:

• UHD-CMOS MEAアプローチは,脳のオーガノイドおよびアセンブロイドネットワークのダイナミクスの詳細な分析のための強力なプラットフォームを提供します.
• この方法はヒトの神経科学における薬剤発見と疾患モデリングに 重要な可能性を秘めています