MEASSuRE 力學(xué)模塊

MEASSuRE-X

MEASSuRE 再現(xiàn)體內(nèi)細(xì)胞的電氣和機(jī)械環(huán)境，是一個(gè)完整的解決方案。

MEASSuRE 將細(xì)胞拉伸裝置、電生理學(xué)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和活細(xì)胞成像系統(tǒng)集成到一個(gè)系統(tǒng)中，并且每個(gè)模塊均可以單獨(dú)使用，可以使科研人員單獨(dú)或同時(shí)機(jī)械拉伸細(xì)胞/組織、對(duì)其進(jìn)行光學(xué)成像以及記錄/刺激電生理活動(dòng)，可重復(fù)且可靠地研究生理和病理機(jī)械拉伸對(duì)生物組織/細(xì)胞電生理學(xué)的影響。

電生理學(xué)是評(píng)估細(xì)胞健康和功能變化非常好的方法之一，因?yàn)樵摷夹g(shù)直接測量對(duì)神經(jīng)元功能樶關(guān)鍵的因素：電信號(hào)的產(chǎn)生和傳輸。在大多數(shù)情況下，TBI、腦震蕩和 SCI 中細(xì)胞損傷的主要生物力學(xué)機(jī)制是撞擊過程中腦組織的病理拉伸，用于早期篩選新療法的體外 TBI 模型需要能夠評(píng)估受損神經(jīng)元的健康和功能的細(xì)微但重要的變化，細(xì)胞損傷模型的制備就顯得尤為重要。

MEASSuRE-X 力學(xué)模塊是MEASSuRE三大力學(xué)模塊之一，擁有樶強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)50%的拉伸應(yīng)變量，和高達(dá)80/s的應(yīng)變率，并可對(duì)拉伸數(shù)據(jù)進(jìn)行精1確驗(yàn)證。

BMSEED 的 MEASSuRE 平臺(tái)是 TBI、SCI 和其他拉伸/壓縮引起的損傷的集成體外模型。

細(xì)胞的病理拉伸以重現(xiàn)創(chuàng)傷性腦損傷 (TBI) 或脊髓損傷 (SCI) 等損傷的生物力學(xué)，可以產(chǎn)生多處損傷以研究反復(fù)腦震蕩的影響以及與神經(jīng)退行性疾病的聯(lián)系。

MEASSuRE-Premium 可結(jié)合電生理學(xué)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和可拉伸微電極陣列（sMEA）進(jìn)行牽拉刺激的同時(shí)進(jìn)行電刺激和電信號(hào)的采集，可以更加真實(shí)的模擬記錄各種電環(huán)境和力學(xué)環(huán)境中的各種細(xì)胞的生理變化，從而大大降低因體外實(shí)驗(yàn)?zāi)M和體內(nèi)細(xì)胞生長環(huán)境不同而造成的實(shí)驗(yàn)失敗的幾率，也可以大大節(jié)約動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所需要消耗的資金成本，從而使實(shí)驗(yàn)進(jìn)度更加經(jīng)濟(jì)迅速、高效！

應(yīng)用方向

每年有超過 170 萬美國人遭受創(chuàng)傷性腦損傷 (TBI) 或腦震蕩，220,000 人住院，66,000 人死亡。此外，每年有 12,000-20,000 名美國人遭受脊髓損傷 (SCI)。盡管過去幾十年在研究和藥物開發(fā)上投入了數(shù)十億美元，但人們對(duì)神經(jīng)外傷的機(jī)制知之甚少，神經(jīng)保護(hù)藥物的 30 項(xiàng)臨床試驗(yàn)全部失敗。此外，流行病學(xué)數(shù)據(jù)表明，創(chuàng)傷性腦損傷 (TBI) 病史是導(dǎo)致阿爾茨海默病 (AD)發(fā)展的重要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素。AD 和 TBI 之間存在聯(lián)系的證據(jù)是淀粉樣蛋白 (Abeta)在 TBI 后急性死亡的 30% 患者中發(fā)現(xiàn)了與 AD 早期觀察到的斑塊相似的斑塊。此外，重復(fù)性腦震蕩或輕度 TBI (mTBI) 可能導(dǎo)致永1久性退行性變化，包括 AD、慢性創(chuàng)傷性腦病和癡呆。

MEASSuRE 使功能性藥物篩選能夠直接評(píng)估候選藥物的神經(jīng)保護(hù)功效，加速臨床前藥物發(fā)現(xiàn)過程。

生理拉伸

組織工程	藥物毒性測試	生物力學(xué)應(yīng)用
當(dāng)細(xì)胞在分化過程中受到力學(xué)刺激和電刺激時(shí)，分化成特定組織的干細(xì)胞具有更接近成體組織的特性。	在力學(xué)刺激和電刺激下分化的干細(xì)胞生長的組織更能代表成年人各自的器官，從而提高了制藥公司進(jìn)行藥物毒性試驗(yàn)的有效性。	在神經(jīng)元和其他細(xì)胞類型中，有多種機(jī)制可以轉(zhuǎn)導(dǎo)和感知機(jī)械力，MEASSuRE 提供了從根本上了解生物力學(xué)影響的能力。

病理拉伸

神經(jīng)外傷	腦震蕩	肌肉損傷和疼痛	干細(xì)胞修復(fù)機(jī)制	阿爾茨海默氏病
MEASSuRE 再現(xiàn)了 TBI 和 SCI 的生物力學(xué)。通過將受傷后的電生理學(xué)與受傷前的水平進(jìn)行比較，可以很容易地評(píng)估受傷神經(jīng)元的健康和功能的變化。因此，可以很容易地評(píng)估神經(jīng)保護(hù)治療的有效性，以樶大限度地減少損傷后的損傷。	MEASSuRE 將允許研究人員和醫(yī)生開發(fā)改進(jìn)的腦震蕩協(xié)議，這些協(xié)議基于潛在損傷的電生理學(xué)而不是認(rèn)知測試。	MEASSuRE 將允許調(diào)查由過度緊張或壓縮引起的肌肉損傷的機(jī)制，并評(píng)估藥物以加速恢復(fù)。	干細(xì)胞參與身體不同部位受傷后的修復(fù)過程，例如創(chuàng)傷性腦損傷后的大腦。機(jī)械感受器激活的機(jī)制尚不清楚。MEASSuRE 將是闡明和研究這種機(jī)制的有用工具。	阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病與 TBI 有共同的病理學(xué)途徑，例如淀粉樣斑塊的形成。因此，MEASSuRE 可能是早期評(píng)估候選藥物抗阿爾茨海默病療效的寶貴工具。

臨床前藥物篩選
失敗的方法：基于目標(biāo)的高通量篩選 (HTS) 先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)基于針對(duì)分子靶標(biāo)的活性 必須知道目標(biāo) 理論往往是錯(cuò)誤的 不太可能發(fā)現(xiàn)通過新的生物學(xué)機(jī)制起作用的化合物
更好的方法：使用器官切片或分離的細(xì)胞培養(yǎng)物進(jìn)行功能篩選 直接評(píng)估目標(biāo)組織的神經(jīng)保護(hù)特性 目標(biāo)不需要知道 通過電生理測量直接評(píng)估細(xì)微細(xì)胞功能 傷后正常化至傷前水平 內(nèi)置內(nèi)部控制
MEASSuRE 在神經(jīng)保護(hù)化合物的功能性藥物篩選上的優(yōu)勢
MEASSuRE 在創(chuàng)傷性腦損傷 (TBI) 藥物發(fā)現(xiàn)方面的優(yōu)勢 根據(jù)電生理組織對(duì)拉伸（損傷）的反應(yīng)篩選導(dǎo)聯(lián) 無需知道目標(biāo) 發(fā)現(xiàn)新的生物學(xué)機(jī)制 在臨床前開發(fā)的早期淘汰候選藥物 避免拒絕潛在的候選藥物 通過減少體內(nèi)測試的數(shù)量來節(jié)省時(shí)間、資金和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)數(shù)量

案例分享

評(píng)估 TBI 后器官型海馬切片培養(yǎng)物 (OHSCs) 的長期增強(qiáng)作用

基于 OHSC 的體外模型維持海馬體的結(jié)構(gòu)，并提供一個(gè)平臺(tái)來研究多種細(xì)胞類型的相互作用。長時(shí)程增強(qiáng) (LTP) 是基于突觸可塑性的學(xué)習(xí)和記憶的體外細(xì)胞關(guān)聯(lián)。反復(fù)輕度損傷后長期增強(qiáng)作用降低。本研究展示了在 MEASSuRE 平臺(tái)中使用可拉伸微電極陣列 (sMEA) 如何在檢測 TBI 后 LTP 損傷（即突觸可塑性降低）中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

方法

將源自 P8-10 Sprague-Dawley 大鼠海馬的 OHSC 置于 sMEA 上，并在培養(yǎng)箱中保存至少 10 天。用MEASSuRE的電生理學(xué)模塊記錄自發(fā)活動(dòng)和刺激反應(yīng) (SR) 曲線。然后使用 MEASSuRE 的力學(xué)模塊對(duì)切片（每個(gè) sMEA 一個(gè)）進(jìn)行中度雙軸拉伸損傷（平均應(yīng)變：16.2%，應(yīng)變率：16.8 s-1），或假損傷作為對(duì)照。實(shí)際組織應(yīng)變通過 MEASSuRE成像模塊記錄的高速視頻進(jìn)行確認(rèn)。  受傷后 24 小時(shí)，第二次記錄自發(fā)活動(dòng)和 SR 曲線。為了測量可塑性，用 100Hz 的 3 輪 100 個(gè)脈沖誘導(dǎo)長期增強(qiáng)，間隔 10 秒，在 i50 下施加一次。LTP 百分比值計(jì)算為可塑性誘導(dǎo)后 50-60 分鐘測量的響應(yīng)大小，歸一化為基線的樶后 10 分鐘。

結(jié)果

總體放電率、自發(fā)活動(dòng)的幅度、SR 參數(shù)或受傷前后的平均爆發(fā)次數(shù)沒有變化。然而，受傷后平均爆發(fā)的尖峰長度有所減少（7.78 ± 0.71 對(duì) 5.94 ± 0.16，N = 10-12 片，*p<0.05）。  與基線相比，受傷后 24 小時(shí)的 LTP 缺陷是穩(wěn)健的（48.06 ± 13.50 對(duì) -3.62 ± 2.79%，N=4 切片 **p<0.01，見圖）。

受傷后，通過高頻刺激誘導(dǎo) LTP 不會(huì)增加在假損傷 OHSC 中看到的反應(yīng)幅度

結(jié)論

可伸縮微電極陣列 (sMEA) 提供了一種特殊的方法來研究受傷前后同一 OHSC 的電活動(dòng)。在此示例中，檢測到損傷后存在較大的 LTP 缺陷，可用作評(píng)估 TBI體外治療的模型。