神经元培养促进了“芯片上的大脑”技术
劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员增加了微电极阵列上生长的神经元培养物的复杂性，这是在体外更准确地复制人脑细胞组成的关键一步。
正如最近发表的一篇论文所描述的科学报告，由生物医学科学家希瑟·恩赖特领导的LLNL团队在二维微电极阵列上培养啮齿动物来源的神经元。大脑对芯片”设备。他们允许神经元的文化为了形成网络，用大脑中发现的其他细胞类型补充它们——星形胶质细胞和少突胶质细胞——它们在神经元健康和功能中起着关键作用。
一个多月了文化，研究小组监测了神经元的电活动，并随着时间的推移，描述了它们的分子特征。研究人员表示，这项研究建立了不同复杂性的神经元培养之间的关键差异，这将使他们能够在三维体外设备中更准确地模拟动物大脑的行为。
恩赖特说:“从我们早期的工作中可以清楚地看到，我们需要提高这些设备的细胞复杂性，以更准确地再现动物系统中大脑的功能。”“我们的目标是将这些其他关键细胞类型按相关比例包括进来。我们假设，这些复杂培养中的神经元会像它们在大脑中的行为一样，我们确实看到了一些迹象。”
使用二维设备，研究人员发现，与只有神经元的培养相比，三细胞类型的培养表现出更早的突触和神经元网络成熟度，包括同步爆发活动(细胞对细胞的通信)，大约需要一半的时间比只有神经元的努力。研究人员表示，这一结果意义重大，因为除了增强了当前系统的细胞复杂性外，数据生成速度更快，成本更低。
恩赖特说:“原代培养中固有的一些东西是，当神经元单独培养时，它们的功能活动是相当可变的。”包括这些细胞类型不仅产生了一个更相关的体外系统，而且我们可以更早地测试感兴趣的化合物，而且变异性更小。这大大提高了设备生成的数据的吞吐量和质量。”
研究人员将把这些发现应用到LLNL的芯片上设备这是实验室战略计划(Lab Strategic Initiative)的一部分，该计划旨在以3d方式重现体外人脑，以测试化学制剂对人体的影响神经活动并在不需要动物模型的情况下开发与人类相关的对策。今年早些时候，该项目的其他进展包括神经元细胞培养动态的计算建模，用于记录活脑细胞培养神经活动的三维微电极阵列(3DMEA)平台的开发，以及优化细胞封装以支持三维神经元培养。
该项目的首席研究员、生物医学科学家尼克·费舍尔(Nick Fischer)表示，创造更复杂、可复制、并提供更准确反应的神经元培养物的能力，对于实现全功能的3d芯片上的大脑非常重要。他说，虽然研究人员距离在体外复制出真正的大脑“还很遥远”，但他们在这方面取得了重大进展。
费舍尔说:“我们的目标是开发有助于了解这些化学物质及其对人类相关神经元系统的影响的分析方法，并将这些分析方法纳入对抗措施的开发中。”“在我们设计合适的检测方法之前，我们需要开发出更准确地反映我们在体内观察到的生理和功能的神经元培养物。有大量的基础科学最终支持应用研究我认为我们的发现对LLNL的持续努力以及更广泛的神经科学社区都有价值。”
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