Новости

Jun 15, 2023

Сравнение фрактальных и сетчатых электродов для изучения влияния пространственного ограничения на поведение диссоциированных нейронов сетчатки и глии.

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 17513 (2022 г.) Цитировать эту статью

903 Доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Понимание влияния геометрии и состава материала электродов на выживаемость и поведение клеток сетчатки имеет важное значение как для фундаментальных исследований клеток, так и для применения нейромодуляции. Мы исследуем, как диссоциированные клетки сетчатки мышей C57BL/6J взаимодействуют с электродами, сделанными из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, выращенных на подложках из диоксида кремния. Мы сравниваем электроды с разной степенью пространственного ограничения, в частности фрактальные и сетчатые электроды с соединенными и разъединенными промежутками между электродами соответственно. Для обоих электродов мы обнаружили, что нейронные процессы преимущественно накапливаются на электродах, а не на поверхностях промежутков, и что такое поведение наиболее сильно проявляется для сетчатых электродов. Однако «закрытый» характер промежутков между электродами сетки препятствует покрытию глией поверхностей зазоров. Ожидается, что отсутствие глиального покрытия в решетках будет иметь долгосрочные пагубные последствия для выживания нейронов и электрической активности. Напротив, взаимосвязанные промежутки внутри фрактальных электродов способствуют покрытию глией. Мы описываем различные реакции клеток на два электрода и предполагаем, что существует оптимальная геометрия, которая максимизирует положительный ответ как нейронов, так и глии при взаимодействии с электродами.

Растет интерес к фундаментальному пониманию искусственных устройств, предназначенных для взаимодействия с клетками нервной системы человека. При имплантации в организм эти устройства имеют потенциально важное применение для диагностики и лечения многих нейродегенеративных заболеваний, в том числе пигментного ретинита и возрастной макулярной дегенерации, которые служат типичными примерами для зрительной системы1,2,3,4,5,6, 7. Для устройств с электродами, стимулирующими нейроны, конструкция электродов также должна учитывать взаимодействие с глией. Хотя нейроны и глия были открыты примерно в одно и то же время, исследования последних набирают обороты медленнее8, хотя они преобладают в центральной нервной системе9 и играют центральную роль в контроле структуры и функциональности нейронной сети10. Помимо повышения эффективности медицинских устройств, изучение различий между реакциями этих двух типов клеток на электроды может быть использовано для изучения фундаментального поведения клеток сетчатки и степени, в которой их поведение можно контролировать.

Стратегии контроля присутствия глии должны сбалансировать их положительное и отрицательное воздействие. Воспалительные, а также другие реакции глии могут быть вызваны введением имплантатов и их микродвижениями по нервной ткани11,12,13,14,15, а также несоответствием их механических свойств (таких как жесткость) тканям16,17. . Эти эффекты могут привести к образованию глиальных «шрамов», которые отделяют электрод от целевых нейронов и снижают его стимулирующую силу. С другой стороны, методы, направленные на полное устранение глии, будут иметь негативные долгосрочные последствия для выживания, здоровья и электрической активности нейронов18. Это связано с тем, что глия служит системой жизнеобеспечения нейронов, обеспечивает естественные физические сигналы для их миграции19,20,21 и помогает регулировать их функцию22, поддерживать их здоровье23 и повышать их синаптическую эффективность24.

Стратегии контроля глиальных реакций могут быть реализованы одновременно для создания наименее инвазивного имплантата. К ним относятся уменьшение размера имплантата25, уменьшение механических несоответствий17, повышение поверхностной пористости26,27 и покрытие имплантата биомиметическим или биоактивным покрытием, чтобы потенциально скрыть его от реакции инородного тела13. Модификации физической структуры поверхности, например, путем введения наношероховатости или микроконтактной печати с помощью литографии, также использовались для контроля прикрепления и направления клеток28,29,30 для многих целей, включая снижение глиотических ответов31.