Điện tử Kirigami để ghi lại điện sinh lý lâu dài của các organoid thần kinh và tập hợp của con người
Kirigami Electronics (KiriE)
Thiết kế và chức năng:
KiriE sử dụng thiết kế điện tử linh hoạt lấy cảm hứng từ nghệ thuật kirigami, cho phép nó chuyển từ mô hình hai chiều (2D) sang cấu hình giống như giỏ ba chiều (3D). Sự biến đổi này rất quan trọng để phù hợp với quá trình nuôi cấy lâu dài của các organoid trong hỗn dịch, cho phép ghi lại mãn tính mà không ảnh hưởng đến hình thái hoặc cấu trúc tế bào của chúng.
- Ghi âm dài hạn: KiriE cho phép ghi âm điện sinh lý liên tục lên đến 120 ngày, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu hoạt động thần kinh trong thời gian dài
- Tích hợp với các kỹ thuật kích thích: Nền tảng này có thể được tích hợp với các phương pháp kích thích quang học và dược lý, nâng cao tiện ích của nó trong việc mô hình hóa bệnh và hiểu kết nối thần kinh
- Phương pháp tiếp cận không xâm lấn: Không giống như các phương pháp truyền thống có thể yêu cầu các kỹ thuật xâm lấn như kẹp miếng dán hoặc chèn điện cực cứng, KiriE cho phép theo dõi không xâm lấn. Điều này là cần thiết để bảo tồn sự phát triển tự nhiên và tự tổ chức của các nền văn hóa thần kinh 3D
Ứng dụng
KiriE có ứng dụng rộng rãi trong khoa học thần kinh, bao gồm:
- Mô hình hóa sự phát triển thần kinh: Nó cung cấp thông tin chi tiết về sự phát triển của hệ thần kinh bằng cách nắm bắt hoạt động điện trong các organoid và tập hợp.
- Mô hình bệnh: Công nghệ này sẵn sàng hỗ trợ hiểu các rối loạn tâm thần kinh và các tình trạng thần kinh khác bằng cách cho phép các nhà nghiên cứu quan sát các kiểu hình bệnh và mô hình hoạt động
- Nền tảng thử nghiệm ma túy: KiriE có thể đóng vai trò như một nền tảng để thử nghiệm ma túy quy mô lớn, cho phép các nhà nghiên cứu đánh giá tác động của các hợp chất khác nhau đối với hoạt động thần kinh trong môi trường được kiểm soát
Lợi thế
Thiết bị điện tử lấy cảm hứng từ kirigami cung cấp một số ưu điểm chính:
- Bảo tồn cấu trúc: Chúng duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc organoid 3D trong quá trình ghi âm.
- Khả năng biến dạng và độ bền cao: Các vật liệu được sử dụng trong KiriE được thiết kế để có độ bền cơ học và khả năng thích ứng với các hình học phức tạp, đảm bảo tích hợp ổn định với các mô thần kinh
- Đa chức năng: Nền tảng này hỗ trợ các xét nghiệm và phép đo khác nhau, bao gồm hình ảnh tế bào sống và điện sinh lý thời gian thực, làm cho nó rất linh hoạt cho các ứng dụng nghiên cứu
Tóm lại, điện tử kirigami đại diện cho một cách tiếp cận đột phá để nghiên cứu các organoid thần kinh và tập hợp của con người, cung cấp cho các nhà nghiên cứu các công cụ cần thiết để theo dõi lâu dài trong khi vẫn giữ được các đặc điểm tự nhiên của các hệ thống sinh học phức tạp này.

Chia sẻ



Để nhận ra toàn bộ tiềm năng của các cơ quan và các tổ hợp mô hình hóa sự phát triển thần kinh và bệnh tật sẽ cần các phương pháp cải tiến để ghi lại hoạt động điện trong thời gian dài, ít xâm lấn. Các công nghệ hiện tại, chẳng hạn như kẹp vá, vi điện cực xuyên thấu, mảng điện cực phẳng và điện cực linh hoạt gắn trên chất nền, không cho phép ghi lại liên tục các cơ quan trong trạng thái treo, điều này là cần thiết để bảo tồn kiến trúc. Lấy cảm hứng từ nghệ thuật kirigami, các tác giả đã phát triển các thiết bị điện tử linh hoạt chuyển đổi từ cấu hình hai chiều sang cấu hình ba chiều giống như giỏ với các mẫu xoắn ốc hoặc tổ ong để phù hợp với quá trình nuôi cấy lâu dài các cơ quan trong trạng thái treo. Ở đây, các tác giả cho thấy nền tảng này, có tên là Kirigami Electronics (KiriE), tích hợp với và cho phép ghi lại liên tục các cơ quan vỏ não trong tối đa 120 ngày trong khi vẫn bảo tồn hình thái, cấu trúc tế bào và thành phần tế bào của chúng. Các tác giả chứng minh sự tích hợp của KiriE với thao tác quang di truyền và dược lý và mô hình hóa các kiểu hình liên quan đến một bệnh di truyền. Hơn nữa, KiriE có thể nắm bắt được kết nối corticostriatal trong các assembloid sau khi kích thích quang di truyền. Do đó, KiriE sẽ cho phép điều tra các mô hình bệnh tật và hoạt động cơ bản trong quá trình lắp ráp hệ thần kinh.
https://lnkd.in/eKHJ7g5E