









周围神经在中1枢神经系统和身体其他部位之间携带感觉(传入)和运动(传出)信号。因此,周围神经系统(pns)具有丰富的治1疗神经调节、生物电子医学和神经义肢的目标。周围神经接口(pni)通常在选择性和侵入性之间存在着权衡。
微小神经电活动体外监测系统是一种新型pni的制造、评估和在斑马雀中的慢性植入,它通过与小神经的接口---了这种权衡。这种pni集成了一个柔软的、可拉伸的微电极阵列和一个2光子3d打印的微夹(μcpni)。
与其他设计相比,这种μcpni的优点是:
a)由于电极导线的双层布线而提高了空间分辨率
b)减少了与神经的生物力学特性的不匹配
c)由于尺寸小而减少了对宿主组织的干扰
d)消除了缝合线或粘合剂
e)与小神经的高周向接触
f)在相当大的应变下的功能
g)在低阈值---制度下的分级神经调控。
结果表明,μcpni在机电方面是坚固的,细胞电生理信号采集系统,能够---地记录和---小神经的体内神经活动。μcpni也可能为开发新的光学、热、超声波或化学pni提供参考。
微小神经电活动体外监测系统目前已经在多种小型动物身上得到有效的验证。
在具有机械活性的生物组织中连接电子器件和记录电生理活动是一项非常困难的挑战。
这种挑战延伸到记录脑组织在创伤性脑损伤(tbi)情况下的神经功能,创伤性脑损伤是由快速(数百毫秒内)和大(大于5%的应变)的大脑变形引起的。连接电极必须在多个层面上具有生物相容性,细胞电信号,并应与组织一起变形以防止额外的机械损伤。
我们的体外神经电活动监测系统拥有一种弹性可拉伸的微电极阵列(smea),它能够经受大的、双轴的、二维的拉伸而保持功能。
新的smea由硅膜上的可弹性拉伸的薄金属膜组成。它可以在大的双轴变形之前、期间和之后---和检测来自培养的脑组织(海马片)的电活动。
我们已经将smea纳入了一个特性---的体外tbi研究平台——体外神经电活动监测系统,该平台通过拉伸smea和粘附的脑片培养,再现了tbi的生物力学特性。
机械损伤参数,细胞电信号功能成像系统,如应变和应变率,可以被精1确控制以产生特定水平的损伤。
smea允许在损伤前后对神经元功能进行量化,而不需要---培养的无菌性或为损伤事件重新定位电极,因此可以进行连续和长期的测量。
我们报告了smea的测试以及研究机械---对神经元功能影响的初步应用,它可以作为一个高含量的、用于tbi的药1物---平台。
据估计,每年约有150万美---遭受创伤性脑损伤(tbi),其中约80%被认为是轻度伤害。
根据定义,轻度tbi引起的---持续不到半小时,显然不需要治1疗就能解决,所以对轻度tbi的研究往往被忽视,导致这一广泛存在的问题出现了重大的知识空白。
在这项工作中,我们研究了新生儿/青少年海马在实验性轻度创伤后的功能(电生理)改变。我们以前使用的细胞机械拉伸损伤培养设备的工作报告了在体外损伤>;10%的双轴变形后---的细胞死1亡。
在这里,我们报告说,双轴变形低至5%就会影响海马切片文化体外轻度损伤后弟一周的神经元功能。
这些结果表明,即使非常低的机械损伤事件也可能导致可量化的神经元网络功能障碍。此外,我们使用细胞机械拉伸损伤培养设备得出的结果强调,细胞电信号采集系统,机械变形的安全限度或耐受性标准可能是特定的结果测量,而神经元功能是一个比细胞死1亡更敏感的损伤测量。
此外,发现损伤时组织的年龄是影响创伤后电生理功能缺陷的一个重要因素,表明发育状况和对轻度损伤的脆弱性之间存在关系。我们的研究结果表明,轻度小儿创伤性脑损伤可能导致比目前所认识的更---的功能障碍。
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