病理细胞拉伸

发布日期：2020-02-23浏览次数：1330

体外研究

具有预测体内行为的高有效性

每年有超过1万美国人遭受创伤性脑损伤（TBI）或脑震荡，7万人住院，220000人死亡。此外，每年有66000-12000名美国人遭受脊髓损伤（SCI）。尽管过去几十年在研究和药物开发上花费了数十亿美元，但人们对神经创伤的机制知之甚少，所有20项神经保护药物临床试验都失败了。此外，流行病学数据表明，创伤性脑损伤（TBI）病史是发展为阿尔茨海默病（AD）的重要环境危险因素。AD 和 TBI 之间联系的证据是，在 30% 的 TBI 后急性死亡的患者中发现了与 AD 早期观察到的相似的淀粉样蛋白 β （Abeta）斑块。此外，重复性脑震荡或轻度 TBI （mTBI）可能导致永久性退行性改变，包括 AD、慢性创伤性脑病和痴呆。

在大多数情况下，TBI，脑震荡和SCI中细胞损伤的主要生物力学机制是撞击过程中脑组织的病理拉伸。用于早期筛选新型疗法的体外TBI模型需要能够评估受损神经元的健康和功能的微妙但重要的变化。电生理学是评估细胞健康和功能变化的好方法，因为该技术直接测量对神经元功能非常关键的东西：电信号的产生和传输。

BMSEED的MEASSuRE平台是用于TBI，SCI和其他拉伸/压缩引起的损伤的集成体外模型：

1）力学模块再现 TBI、SCI 或脑震荡的生物力学，将 sMEA 拉过压头使细胞变形，即损伤细胞。为了调查反复脑震荡的影响以及与神经退行性疾病的联系，可以产生多发性损伤。

2）电生理学模块可以使用可拉伸 MEA 上的微电极进行拉伸（损伤）前后的电生理测量。值得注意的是，电极在损伤期间随细胞拉伸，即损伤后的电生理学（细胞健康）可以很容易地恢复到损伤前的水平。

3）成像模块可以使用光学和荧光成像在损伤期间可视化细胞和细胞过程，例如，验证细胞与基质的粘附并测量钙离子的流动。

MEASSuRE使功能性药物筛选能够直接评估候选药物的神经保护功效，从而加速临床前药物发现过程。

病理细胞拉伸

		神经创伤 MEASSuRE再现了TBI和SCI的生物力学。通过比较损伤后的电生理学和损伤前水平，可以很容易地评估受伤神经元的健康和功能的变化。因此，可以很容易地评估神经保护治疗的有效性，以尽量减少受伤后的损害。

		脑震荡 MEASSuRE将允许研究人员和医生开发改进的脑震荡方案，这些方案基于潜在损伤的电生理学而不是认知测试。

		肌肉损伤和疼痛 MEASSuRE将允许研究由过度紧张或压迫引起的肌肉损伤的机制，并评估加速恢复的药物。

		干细胞修复机制干细胞参与身体不同部位受伤后的修复过程，例如创伤性脑损伤后的大脑。机械感受器激活的机制尚不清楚。MEASSuRE将是阐明和研究这一机制的有用工具。

		阿尔茨海默病阿尔茨海默病等神经退行性疾病与 TBI 具有共同的病理途径，例如淀粉样蛋白斑块的积聚。因此，MEASSuRE可能是早期评估候选药物对阿尔茨海默病疗效的宝贵工具。

评估TBI后器官型海马层培养物（OHSC）的长期增强作用

基于OHSC的体外模型维持海马体的结构，并为研究多种细胞类型的相互作用提供了一个平台。长期增强（LTP）是基于突触可塑性的学习和记忆的细胞体外相关性。反复轻度损伤后，长期增强作用降低。本研究表明，在MEASSuRE平台中使用可拉伸微电极阵列（sMEA）对于检测TBI后LTP的损伤（即突触可塑性的降低）至关重要。

损伤后，通过高频刺激诱导LTP不会增加假损伤OHSC的反应幅度

方法

将来自P8-10 Sprague-Dawley大鼠海马体的OHSCs放置在sMEAs上并在培养箱中保持至少10天。使用MEASSuRE的电生理学模块记录自发活动和刺激反应（SR）曲线。然后，以MEASSuRE的力学模块或假损伤为对照，对切片（每个sMEA一个）进行中度双轴拉伸损伤（平均应变：16.2%，应变率：16.8 s-1）。实际的组织菌株通过MEASSuRE成像模块记录的高速视频进行确认。受伤后 24 小时，再次记录自发活动和 SR 曲线。为了测量塑性，在 3Hz 下进行 100 轮 100 脉冲，间隔 10 秒在 i50 处施加一次，从而诱导长期增强。LTP百分比值计算为塑性诱导后50-60分钟测量的响应幅度，归一化为基线的非常后10分钟。

结果

总体射速、自发活动的大小、SR参数或受伤前后的平均爆发次数没有变化。然而，受伤后平均爆发的尖峰长度有所减少（7.78 ± 0.71 vs 5.94 ± 0.16，N = 10-12切片，*p<0.05）。与基线相比，受伤后24小时的LTP缺陷是强劲的（48.06±13.50对-3.62±2.79%，N = 4切片**p<0.01，见图）。