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有源高密度电极阵列:神经元细胞培养中的技术与应用

Active High-Density Electrode Arrays: Technology and Applications in Neuronal Cell Cultures.

作者信息

Lonardoni Davide, Amin Hayder, Zordan Stefano, Boi Fabio, Lecomte Aziliz, Angotzi Gian Nicola, Berdondini Luca

机构信息

Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Genova, Italy.

Plasticity Models for Aging & Neurodegeneration Group, Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e.V. (DZNE), Dresden, Germany.

出版信息

Adv Neurobiol. 2019;22:253-273. doi: 10.1007/978-3-030-11135-9_11.

DOI:10.1007/978-3-030-11135-9_11
PMID:31073940
Abstract

Active high-density electrode arrays realized with complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology provide electrophysiological recordings from several thousands of closely spaced microelectrodes. This has drastically advanced the spatiotemporal recording resolution of conventional multielectrode arrays (MEAs). Thus, today's electrophysiology in neuronal cultures can exploit label-free electrical readouts from a large number of single neurons within the same network. This provides advanced capabilities to investigate the properties of self-assembling neuronal networks, to advance studies on neurotoxicity and neurodevelopmental alterations associated with human brain diseases, and to develop cell culture models for testing drug- or cell-based strategies for therapies.Here, after introducing the reader to this neurotechnology, we summarize the results of different recent studies demonstrating the potential of active high-density electrode arrays for experimental applications. We also discuss ongoing and possible future research directions that might allow for moving these platforms forward for screening applications.

摘要

采用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术实现的有源高密度电极阵列可从数千个紧密排列的微电极进行电生理记录。这极大地提高了传统多电极阵列(MEA)的时空记录分辨率。因此,当今神经元培养中的电生理学可以利用同一网络中大量单个神经元的无标记电读出。这为研究自组装神经元网络的特性、推进与人类脑部疾病相关的神经毒性和神经发育改变的研究以及开发用于测试基于药物或细胞的治疗策略的细胞培养模型提供了先进的能力。在此,在向读者介绍这项神经技术之后,我们总结了近期不同研究的结果,这些结果证明了有源高密度电极阵列在实验应用中的潜力。我们还讨论了正在进行的以及未来可能的研究方向,这些方向可能会推动这些平台向前发展以用于筛选应用。

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