高通量微電極陣列刺激的方法

近年來，電刺激治療發展十分迅速，從單一的電刺激神經解決肌肉運動問題發展到調節干細胞分化、啟動肢體和脊髓再生、誘導異位眼球產生以及控制腫瘤生長，這些都說明了通過電刺激治療可以模擬生物電，從而調控生物化學反應和細胞功能?！蹲匀弧冯s志專門也寫了關注電刺激治療的文章。*藥企葛蘭素史克把電刺激治療作為一種未來醫學手段，在 2013 年就已經投資 5 千萬美元支持生物電治療研究。

但是，目前電治療主要是通過直接電刺激人體達到治療的作用。其技術中包含各種電壓 /電流，范圍太大，不能有效的控制干細胞分化成其他功能細胞，以及研究高通量電信號與細胞的相瓦作用機理。

使用細胞培養的高通量微電極陣列刺激的方法，可產生不同的電壓/電流實現高通量篩選干細胞分化過程中的電刺激信號。通過高通量的電刺激儀的電刺激研究于細胞的分化并篩選出有利于工細胞向成骨細胞、成纖維細胞、成肌細胞等功能細胞分化的佳電壓 /電流，為今后電治療提供更的技術參數。

通過這種用于調控及篩選細胞分化的高通量的電刺激儀，可實現培養皿上所有細胞在相同溫度、濕度及培養基環境條件下，完成相同或不同幅度及頻率的電壓 /電流刺激信號對相同或不同種類細胞分化影響的高通量篩選，相比于傳統方法，該實用新型具有獨立性好、便攜性好、功率低、干擾小及效率高等特點。

培養皿中的多個電極陣列可用于體外細胞或腦切片的細胞外記錄。 MEA 系統用于臨床前和藥物發現研究已有 50 多年的歷史。

這些設備中的電極以網格形式排列在盤子底部，就像棋盤一樣。細胞在它們上面培養，或者組織切片放在上面。細胞外電極測量細胞外的細胞活動，稱為局部場電位。

通過同時記錄多個電極，研究人員可以研究組織內或細胞之間的網絡動態。他們還可以同時從多個細胞收集數據，從而提高這些實驗的吞吐量。

MEA 通常由帶有鈦或金電極的玻璃、硅或塑料基板制成。這些傳統 MEA 的主要缺點是雙重的。先，這些 MEA 由硬材料組成，由于體內的細胞環境是柔軟的，因此這些材料在生理上不相關。其次，傳統的 MEA 僵化并且不允許應用生物力學線索。這兩個缺點導致了一個問題，即堅硬（傳統）MEA 上的細胞的行為方式與體內細胞的行為方式不同。

BMSEED 的 MEA 解決了這個問題。它們是W一市售的 MEA，使用柔軟的彈性有機硅作為基底，并嵌入可拉伸電極，可將機械信號和電生理學相結合。這些可拉伸 MEA (sMEA) 是 MEASSuRE 平臺中的消耗品。

MEASSuRE系統是*也是W一一個結合了三個關鍵模塊的研究工具，用于研究機械拉伸對組織電生理學的影響。該設備集成了：

●細胞拉伸裝置，用于施加生理和機械拉伸

●用于細胞外電生理學的數據采集模塊，用于評估拉伸前后細胞的健康、功能和成熟度

●活細胞成像系統，用于可視化損傷期間的細胞和細胞過程

這三種范式同時且獨立地應用。此電生理學、成像和力學模塊這些獨1特功能的關鍵是專有的可拉伸微電極陣列 (sMEA)。目前，BMSEED 是W一一家為體外研究應用提供可拉伸微電極的公司。

這種J端設備可以在受控的體外環境中模擬生理和病理生物力學。它還評估拉伸前后神經元和肌肉細胞（例如心肌細胞）的狀況、功能和成熟度。

MEASSuRE 系統的總體目標是使培養皿中的細胞（體外）的行為與體內（體內）的同類型細胞更加相似。這樣做將提高臨床前研究的準確性，并終提高開發復雜疾病治療方法的臨床試驗的成功率。