一个可编程的3D神经元芯片平台,集成近实时生物传感和多轴加载,用于机械生物学损伤概况
Sultan Khetani1,2, Kar Wey Yong1,2,3, Mawafag F Alhasadi4
1BioMEMS and Bioinspired Microfluidic Laboratory, Department of Biomedical Engineering, University of Calgary, Calgary, Alberta, T2N 1N4, Canada.
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
|October 8, 2025
概括
一个新的神经元损伤芯片 (NIOC) 平台精确模拟中枢神经系统 (CNS) 的创伤. 该系统揭示了负载特定的分子损伤机制和潜在的脑损伤生物标志物.
科学领域:
- 神经科学是一个神经科学.
- 生物材料科学 生物材料科学
- 生物医学工程 生物医学工程
背景情况:
- 机械力量会导致复杂的中枢神经系统 (CNS) 损伤.
- 将身体创伤与生物标志物反应联系起来的分子机制尚未得到充分理解.
- 现有的模型缺乏精确控制机械负荷和同时监测分子反应的能力.
研究的目的:
- 开发一个可编程的3D微流体平台,神经元损伤芯片 (NIOC),用于模拟中枢神经系统创伤.
- 将多轴机械负载与实时生物传感能力相结合.
- 调查分子机制和生物标志物对定义的机械侮辱的反应.
主要方法:
- 一个3D微流体系统,使用涂有多多巴胺的聚甲基 (PDMS) 管培养差异化神经元 (CAD细胞).
- 控制延伸,扭曲和联合机械负荷的应用,以模拟中枢神经系统创伤.
- 集成电化学生物传感器,实时检测生物标志物,如总tau (T-Tau) 和神经丝光链 (NFL).
- 使用qPCR和基因 (Mapt,Gap-43) 和亡标记物 (Caspase-3) 的免疫染对细胞和分子反应的验证.
主要成果:
- 有限元模型证实了在施加负荷下均的应变传递.
- 在图形图级别上实现了T-Tau和NFL的近实时检测.
- 确定了负载特定的生物标志物轨迹和亡值.
- 在联合负载条件下观察到协同作用的损伤反应.
- 基因水平的反应和亡得到了验证.
结论:
- 该NIOC平台能够精确模拟中枢神经系统机械创伤.
- 它有助于解码机械生物损伤路径.
- 该平台为生物标志物发现,伤害分层和神经保护剂查提供了机会.
