使用HD-MEA探究不同基因型小鼠海馬腦片電活動對刺激的響應差異
MEA介紹
超高分辨率微電極陣列系統（High-Density Microelectrode Array, HD-MEA）是基于CMOS半導體加工技術構建的離體電生理記錄平臺。該系統的核心技術創新在于實現了超高密度電極集成——在8.1 mm²的芯片表面精密排布26,400個微電極單元（電極密度達3,259 electrodes/mm²），相鄰兩個電極之間的距離僅僅17.5um，將電信號采集的空間分辨率提升至亞細胞層級。
這種突破性設計不僅能夠獲取樣品中幾乎所有活性細胞的電發放，自動分析得到神經網絡功能的相關指標，還可精準解析神經軸突等亞細胞結構的電生理活動特征。
本系統中每個微電極單元兼具信號記錄與電刺激雙重功能，無需顯微操作輔助即可實現大規模細胞集群的同步監測和刺激。可支持體外培養神經元、類器官、心肌細胞，及急性腦切片、視網膜組織等生物樣本的長時程檢測或急性實驗記錄。配套的軟件系統內嵌多種自動化的記錄模式與智能分析模塊，提供從神經網絡連接水平到單細胞水平再到亞細胞水平的數十個電生理指標，使其成為高效、多維度的體外組織功能檢測平臺。
我們公眾號會在實驗分享版塊定期分享公司內部demo數據結果，以便大家更全面地了解高密度MEA技術的特點和應用，歡迎持續關注！
不同基因型小鼠海馬腦片電活動對刺激的響應差異
本實驗采用高密度微電極陣列（HD-MEA）技術對不同基因型小鼠（Ctrl組與Treat組）海馬腦切片進行電生理信號記錄，如圖1右圖所示。實驗設計如下：首先記錄兩組基線電生理活動，隨后施加相同物理刺激，觀察該刺激對兩組海馬神經元電活動的影響差異。
視頻1展示了使用HD-MEA檢測Treat組海馬腦片得到的典型電信號記錄結果：
視頻中Treat-baseline部分：（1）左上子圖顯示電極陣列分布，其中紅色三角標記檢測到動作電位的活性電極；（2）右上子圖為峰電位幅值熱圖，顏色代表檢測到的峰電位的不同幅值；（3）左下圖呈現多電極動作電位波形（Traces圖），紅色三角標識峰電位；（4）右下子圖為Raster Plot，縱軸表示電極編號，橫軸為時間，每個點代表檢測到的峰電位。
視頻中Treat-After sti部分：刺激之后的Raster Plot圖。
可以看到，相比于baseline，Treat組在接受了物理刺激時，其發放頻率產生顯著的變化。
超高分辨率微電極陣列系統（High-Density Microelectrode Array, HD-MEA）是基于CMOS半導體加工技術構建的離體電生理記錄平臺。該系統的核心技術創新在于實現了超高密度電極集成——在8.1 mm²的芯片表面精密排布26,400個微電極單元（電極密度達3,259 electrodes/mm²），相鄰兩個電極之間的距離僅僅17.5um，將電信號采集的空間分辨率提升至亞細胞層級。
這種突破性設計不僅能夠獲取樣品中幾乎所有活性細胞的電發放，自動分析得到神經網絡功能的相關指標，還可精準解析神經軸突等亞細胞結構的電生理活動特征。
本系統中每個微電極單元兼具信號記錄與電刺激雙重功能，無需顯微操作輔助即可實現大規模細胞集群的同步監測和刺激。可支持體外培養神經元、類器官、心肌細胞，及急性腦切片、視網膜組織等生物樣本的長時程檢測或急性實驗記錄。配套的軟件系統內嵌多種自動化的記錄模式與智能分析模塊，提供從神經網絡連接水平到單細胞水平再到亞細胞水平的數十個電生理指標，使其成為高效、多維度的體外組織功能檢測平臺。
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不同基因型小鼠海馬腦片電活動對刺激的響應差異
本實驗采用高密度微電極陣列（HD-MEA）技術對不同基因型小鼠（Ctrl組與Treat組）海馬腦切片進行電生理信號記錄，如圖1右圖所示。實驗設計如下：首先記錄兩組基線電生理活動，隨后施加相同物理刺激，觀察該刺激對兩組海馬神經元電活動的影響差異。
圖1 小鼠的海馬腦片。來源：禮智生物科技
視頻1 Treat組小鼠海馬腦片的典型電信號記錄結果
視頻1展示了使用HD-MEA檢測Treat組海馬腦片得到的典型電信號記錄結果：
視頻中Treat-baseline部分：（1）左上子圖顯示電極陣列分布，其中紅色三角標記檢測到動作電位的活性電極；（2）右上子圖為峰電位幅值熱圖，顏色代表檢測到的峰電位的不同幅值；（3）左下圖呈現多電極動作電位波形（Traces圖），紅色三角標識峰電位；（4）右下子圖為Raster Plot，縱軸表示電極編號，橫軸為時間，每個點代表檢測到的峰電位。
視頻中Treat-After sti部分：刺激之后的Raster Plot圖。
可以看到，相比于baseline，Treat組在接受了物理刺激時，其發放頻率產生顯著的變化。
圖2 Treat組小鼠海馬腦片的典型電信號記錄結果
圖2通過軟件Network功能對比兩組神經元網絡活動：（1）上面一排為Raster plot圖，每一行都是一個電極，其上的每一個點代表檢測到的一個鋒電位；（2）下面一排為對應的頻率發放圖，反映活性電極平均發放頻率的動態變化。
可以看到，Ctrl組在接受該物理刺激后發放頻率未產生變化，而Treat組在接受刺激后頻率發生了顯著的變化。
圖3 Original trace
如圖3 original trace所示，物理刺激誘導Treat組神經元（右圖）的放電模式發生改變：
1、刺激后出現簇狀放電現象（紅色方框標示），單電極峰電位發放頻率增加；
2、動作電位間期（Inter-spike interval, ISI）顯著縮短，但幅度衰減。
總結
本實驗通過HD-MEA技術發現，物理刺激可顯著改變Treat組小鼠海馬神經元放電模式，表現為簇狀放電增多、發放頻率升高及ISI縮短，而Ctrl組無此變化，表明基因型差異影響神經元對刺激的響應。
MaxWell高密度MEA
禮智生物科技是MaxWell高密度MEA中國區獨家授權代理商，積累了豐富的高密度MEA技術的實驗和數據分析經驗。歡迎聯系我們，了解這一技術的更多細節和資料！（聯系方式見文末）
禮智生物介紹
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