基于液体金属的三维神经接口用于人类海马体器官

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 干细胞生物学 干细胞生物学
• 生物工程是生物工程.

背景情况:

• 来自人类诱导多能干细胞 (hiPSCs) 的人类海马体器官 (hHO) 是研究神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和精神分裂症的有价值模型.
• 目前使用商业多电极阵列 (MEA) 的方法难以从自由浮动的3D器官中非侵入性地获取电气信息.
• 现有的3D MEAs具有有限的通道数量,限制可以捕获的神经信号.

研究的目的:

• 开发一种用于从3D人类海马体器官中进行非侵入性电生理学记录的新平台.
• 通过与hHOs集成一个灵活的神经接口来创建一个"cyborg organoid".
• 允许在复杂的大脑器官模型中详细研究神经活动和发育.

主要方法:

• 开发一个海马的半球体器官 (cyb-organoid) 平台.
• 基于液体金属聚合物导体 (MPC) 的网状神经接口 (mMPC) 与hHOs.的集成.
• 该mMPC具有128通道的多电极阵列,具有很高的伸展性和灵活性.
• 使用Wnt3a和SHH激活剂诱导hHOs以产生特定的祖先和神经元群体 (HOPX+,PAX6+,ZBTB20+,PROX1+).

主要成果:

• 成功创建了一个灵活的,可拉伸的128通道mMPC神经接口.
• 证明了mMPC与hHOs的成功连接,形成了一个cyb-organoid.
• 证实了hHOs的分化为HOPX+,PAX6+原始体和ZBTB20+,PROX1+牙状粒神经元.
• 使用mMPC平台实现了hHOs的神经活动的非侵入性检测.
• 转录组分析显示hHOs与正在发育的人类海马体之间存在很高的相似性.

结论:

• 开发的带有mMPC神经接口的cyb-organoid平台提供了一种新的非侵入性方法,用于记录3D大脑器官的神经信号.
• 这种方法克服了传统平面装置的局限性,并为体外复杂神经回路的研究提供了增强的能力.
• 该平台使用复杂的有机体模型促进对神经系统疾病的先进研究.