Brain-on-a-Chip模型大脑连通性
哈佛大学的研究人员已经开发出一种multiregional brain-on-a-chip模型之间的连接三个截然不同的大脑区域。体外模型被广泛用于描述神经元之间的差异来自不同的大脑区域和模拟系统的连通性。
“大脑是如此远远超过单个神经元,”Ben象征说co-first该论文的作者之一和疾病生物物理学博士后群体哈佛约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)。“这是关于不同类型的细胞和大脑的不同区域之间的连接性。当大脑进行建模时,您需要能够概括的连接,因为有很多不同的疾病袭击这些联系。”
“大约百分之二十六的美国医疗保健预算花在神经和精神疾病,”Kit帕克说,塔尔家族海洋和生物工程和应用物理学教授的核心教员在哈佛大学生物工程研究所。“工具支持疗法的发展,以缓解病人的痛苦不仅是人类的事情,这是最好的方法,可以减少成本。”
疾病生物物理学研究人员小组Wyss研究所海洋和建模三个区域的大脑最受精神分裂症——杏仁核、海马和前额叶皮层。
他们开始通过描述细胞组成、蛋白质表达、新陈代谢,从每个地区体外神经元的电活动。
“毫无疑问,大脑的神经元在不同的地区是不同的但它是令人惊讶的他们是多么的不同,”斯蒂芬妮Dauth说co-first该论文的作者之一、前博士后疾病生物物理学组。“我们发现程控比率,新陈代谢,蛋白质表达和电活动之间的所有不同地区体外。这表明,它使不同大脑区域的神经元你处理。”
接下来,小组观察这些神经元改变当他们彼此沟通。要做到这一点,他们从每个区域独立培养细胞,然后让细胞通过引导路径嵌入在芯片建立连接。
研究人员然后再测量细胞成分和电活动,发现细胞显著改变当他们接触神经元从不同的地区。
“当细胞与其他地区的交流,文化的细胞成分变化,电生理学变化,这些神经元的固有属性变化,”。“这表明是多么重要实现不同的大脑区域在体外模型,特别是当研究神经系统疾病如何影响大脑的连接区域。”
展示芯片的功效在建模疾病,团队掺杂不同的大脑区域与药物盐酸苯环己哌啶-俗称卡式肺囊虫肺炎——模拟精神分裂症。brain-on-a-chip允许研究人员第一次看一下这两个药物对个别地区的影响以及其下游影响体外相互联系的区域。
brain-on-a-chip可以用于研究任意数量的神经和精神疾病,包括药物成瘾、创伤后应激障碍和创伤性脑损伤。
“迄今为止,连接体项目没有意识到所有的网络在大脑中,”帕克说。“在我们的研究中,我们表明,细胞外基质网络是区分不同的大脑区域的一个重要组成部分,随后,生理和病理生理过程在这些大脑区域是独一无二的。这进步不仅会使治疗的发展,但是我们认为基本见解如何,感觉,和生存。”
参考:
Dauth, S。象征,b . M。,Sheehy s P。Hemphill, m。Murty, T。、马其顿、m K。,。帕克,k . k . (2016)。神经元来自不同的大脑区域在体外有本质的不同:小说multiregional brain-on-a-chip。神经生理学杂志》上。doi:10.1152 / jn.00575.2016
