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脑科学|【文献汇编】多孔微电极阵列在脑科学研究中的应用（聚焦癫痫

癫痫是一种由大脑神经元异常放电所引起的以短暂中枢神经系统功能失常为特征的慢性脑部疾病 ， 具有突然发生和反复发作的特点 。 目前针对癫痫尚缺乏有力的治疗措施 ， 全球现有癫痫患者6500万中 ， 有1/3的治疗是没有效果的 。 因此深入了解癫痫的治病机理 ， 有助于医生针对不同的癫痫种类或者患者个体差异制定不同的治疗策略 。 今天 ， 小编为您精选了利用Maestro multiwell-MEA(多孔微电极阵列)进行癫痫疾病及致癫痫风险评估相关的四个案例 ， 帮助大家了解该领域的最新研究进展 。
在癫痫合并疑似脑炎的病例中发现Drebrin自身抗体
来源：德国波恩大学医院 ， 2020 ， Annals of Neurology
脑科学|【文献汇编】多孔微电极阵列在脑科学研究中的应用（聚焦癫痫
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研究者利用复发性癫痫和疑似脑炎的病人血清样本 ， 从病理生理学评估Drebrin（树突棘的支架蛋白）作为自身抗体靶标的存在 。 病人的抗Drebrin自身抗体处理离体培养的小鼠海马区神经元后 ， MEA实验证明其放电频率会相应增加 ， 还出现了代表网络超兴奋态的簇放电和网络簇放电现象 。 这和在血清中含Drebrin抗体的病人身上检测到的部分脑结构兴奋性增强并导致癫痫病症的情况是相呼应的 。 由于抗Drebrin自身抗体会导致人体的一系列慢性综合症 ， 例如复发性癫痫、神经精神病学障碍、大脑边缘系统（有时还包括皮层）等炎症反应 ， 因此免疫抑制疗法在这些精神疾病的治疗领域将大有用武之地 。
小儿癫痫精准治疗研究
来源：西北大学Feinberg医学院
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癫痫在新生儿及弱龄儿童中有1%的发病率 ， 对于其中近3成的病童而言目前并无有效的治疗手段 。 来自美国西北大学的EvangelosKiskinis博士带领其团队尝试着将患有KCNQ2突变的癫痫病孩来源干细胞分化成该病人特异的神经元细胞 。 随后 ， 他们使用Maestro MEA技术检测了神经元电生理功能 。 检测结果显示病人来源的神经元放电频率显现出时间依赖的显著增加；电活动光栅数据图则明显地体现出‘爆发-抑制’电活动规律 ， 很容易让人联想到同一病孩的脑电信号 。 这种在培养皿中重现癫痫疾病的技术 ， 使研究者建立了一个在体外用于评估潜在治疗方案的表型平台 。
未来 ， 研究者将对病人来源的神经元做药物测试 ， 研究它们的放电规律及对药物的反应 ， 希望能够预测何种药物能够对哪个病人快速起效 。 该结果可用于癫痫病孩的分类用药指导 ， 促进精准医疗的发展 。
癫痫药物筛选模型
来源：美国哥伦比亚大学基因组医学研究所（IGM）
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哥伦比亚大学最近开展的精准医学计划涵盖母胎医学、肝肾疾病等共五大医学难题 ， 癫痫名列其中 。 在这个讲座中 ， 两位来自哥大基因组医学研究所的科学家使用病人及实验小鼠来源的多能干细胞 ， 结合基因编辑的手段 ， 得以建立癫痫细胞模型来精准地显现病人的基因型之对应表型 。 在这个层面上 ， 研究者使用MEA作为首选的筛选工具 ， 来检测神经网络活动表型在这些模型之间有何不同和相似之处 。 他们的研究结果表明 ， MEA是一个很好的中通量药物筛选和检测平台 。 在开展动物实验之前 ， 大规模药物筛选得到的潜在化合物 ， 可以先在MEA平台上确认其矫正表型的效果 ， 这将有助于科研和工业界的合作方找到新的癫痫治疗方案 。
细胞网络电生理表型用于促癫痫风险评估
来源：美国健康与环境科学研究所（Health and Environmental Sciences Institute ， 简称HESI）
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HESI致力于联合全球的科学家共同应对国际性的健康及环境挑战 ， 其中包括神经毒理试点研究（NeuTox Pilot Study） 。 这个项目借助Maestro MEA平台 ， 将12种化合物作用于啮齿类动物原代神经元及hiPSC衍生神经元培养物 ， 进行促癫痫风险评估 。
在这个项目中 ， 科学家们使用Axion公司的数据分析软件及制图工具 ， 通过分析每组神经元网络样本相对于未加药对照组的差别 ， 来定量描述其各种网络电生理表型的相应变化并寻找其浓度依赖规律 。 这一研究的结果表明 ， Maestro MEA实验能够为神经元网络功能测试提供精准且稳定的结果 。 这个用户友好型的平台将极大地拓展科学家们在安全毒理、疾病建模和药物开发等方面的研究工作 。
小贴士：在多孔MEA板上实现细胞共培养
许多研究者们对两个不同的大脑区域如何彼此“交谈”感兴趣 。 为此 ， Axion研发团队在Maestro MEA平台上开发了一个新的应用 ， 帮助研究者研究两组不同细胞之间的交互作用 。
研究者可直接将一个配件（Ibidi,cat. 80209）置于Maestro MEA 6孔板中 ， 借助配件的分隔实现两组细胞的各自独立培养 ， 并记录各自电活动信号 。 随后移除配件 ， 细胞的神经突就可以在原先隔断所在的区域延展、生长甚至互相连接 。 最后再次记录两组细胞群连接后的电活动 ， 观察它们是如何互相作用的 。
除此以外 ， 科学家们还可以借助此应用进行神经肌肉接头或者光遗传学相关研究 。 总之 ， 如果您有两种类型的细胞样本 ， 并想了解它们是如何相互作用的 ， 那么这将是一个理想的工具 。
Axion公司简介
Axion Biosystems公司是一家创始于美国佐治亚理工学院的高新技术企业 ， 创造了全球第一台商品化的多孔微电极阵列（multiwell-MEA）系统 。 作为最新一代产品 ， Maestro Edge & Pro的并行检测通道多达768个 。 配合各种通量（6 ， 24 ， 48 ， 96通量）的MEA板,可用于实时、无标记、无损地记录并分析可兴奋性细胞（如神经、心肌和肌肉细胞）的场电位和动作电位信号 。 适用于药物筛选、毒理、安全评价 ， 个性化用药指导 ， 以及干细胞的开发、质控、疾病模型建立等研究方向 。


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