神経疾患

Neurodisease Application
Request Information

In vitro 神経細胞モデルは、神経細胞の機能や複雑なヒトの神経システム障害の研究に大変有用です。アルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症 (ALS) などの神経疾患は、健常者の神経に進行性の変性をもたらします。また、自閉症、ダウン症候群、統合失調症などの神経発達障害は、脳の発達や機能に大きな影響を及ぼします。これらの神経疾患の研究においては、神経回路網とその経時的変化の検証が必須です。

Maestro Pro/Edge MEA システムは、神経疾患の研究に大変有用です。MEAプレート上に埋め込まれた複数の平面微小電極にて神経細胞の電気的な活動を検出します。ラベルフリーの測定は、長期間に渡る神経活動の経時的変化の検証に最適です。また、マルチウェルフォーマットのプレートで、1度の培養・試験で異なるモデルの比較も容易です。

 

変異による神経機能障害の検証

 

脆弱X症候群

脆弱X症候群は4000人に1人発症すると言われる知的障害で、FMR1遺伝子の変異により発症します。本事例では、iPS細胞由来の脆弱X症候群モデル神経細胞を作成し、Maestro MEAでその電気的な活動を検証しました。脆弱X症候群モデル神経細胞と健常者モデル神経細胞 (Control) を異なる比率で共培養し、それぞれの発火頻度を検出したところ、健常者由来と同レベルの発火頻度を得るには、20% の健常者由来細胞が必要であることが分かりました。[Liu et al. 2018]. 

Fragile X spontaneous activity

 

遺伝性肢端紅痛症

肢端紅痛症は、主に手足に現れる慢性疼痛症候群で、温度上昇に対する強い痛み反応で知られています。本事例では、その原因遺伝子であるNav1.7-S241変異を発現させたDRG 神経細胞をMEAプレート上に培養し、電気的な活動を測定しました。カルバマゼピン (CBZ) の投与により、温度上昇による発火頻度の上昇が抑制されました。 [Mis et al. 2018].

Neural activity map of burning man pain syndrome on MEA plate

 

パーキンソン病

本事例では、健常者とパーキンソン病患者の一覧双生児から得たiPS細胞由来神経細胞の電気的な活動をMaestro MEAにて比較しました。培養30日後、健常者の細胞からは発火が得られましたが、疾患モデル細胞からの発火は微弱でした。52日後、健常者モデルでは同期的な活動が得られました。一方、疾患モデルは発火頻度は増加したものの、同期は得られませんでした。 [Woodard et al. 2014].

Results from studies of Parkinsons Disease
Neuro disease protocol

Maestro Pro/Edge によるアッセイは非常に簡単です。

コーティングされたMEAプレート上に神経細胞を播種し、2-3日毎に培地交換をしながら、一定期間細胞を培養します。

7-21日後にプレートを Maestro に搭載し測定を行います。非侵襲電極により、繰り返しの測定が可能です。データは付属のソフトで解析可能です。

 

 

multiwell microelectrode array (MEA) system in lab

 

Maestro Pro/Edgeによる神経疾患モデルからの活動測定:特徴

  • ラベルフリー・リアルタイムで細胞の電気的な活動を測定 - プレート底面の電極を用いて神経細胞の活動電位をリアルタイムに測定します。神経ネットワークを維持した状態で、試薬などの2次的要因によるゆがみもなく、細胞の経時的な変化をより正確にとらえます。

  • 長期測定 - 試薬・侵襲電極を用いないラベルフリーの測定は、長期間に渡る細胞の発達、変化などの検証に最適です。数週間から数か月間に渡って細胞の変化を追うことができます。

  • 同一プレート上で培養から測定まで - MEAプレート上で細胞を培養し、細胞外電位を測定します。環境要因による変化を最小限にとどめながら、細胞への負担が少ない状態で、経時的な変化を検出することができます。

  • 安定した環境下での実験 – 温度・CO₂ 濃度は、装置搭載のコントローラで自動制御されます。また、Maestro は外来ノイズ・振動に影響されにくい設計になっています。常に安定した環境で実験に望めます。

  • 簡単操作 - 電気生理未経験の方でも簡単に実験が行えます。MEAプレート上に神経細胞を培養し、装置に搭載するだけで、神経細胞の電気的な活動の測定が可能です。付属のソフトウエアパッケージで、測定、解析から、論文などに必要な作表まで行うことができます。

Neural MEA technology

Neural MEA

 

What is a microelectrode array (MEA)?

Microelectrode arrays (MEA), also known as multielectrode arrays, contain a grid of tightly spaced electrodes embedded in the culture surface of the well. Electrically active cells, such as neurons, are plated and cultured over the electrodes. When neurons fire action potentials, the electrodes measure the extracellular voltage on a microsecond timescale. As the neurons attach and network with one another, an MEA can simultaneously sample from many locations across the culture to detect propagation and synchronization of neural activity across the cell network.

That’s it, an electrode and your cells. Since the electrodes are extracellular, the recording is noninvasive and does not alter the electrophysiology of the cells - you can measure the activity of your culture for minutes, days, or even months!

 


Watch the full video and discover if an MEA assay is right for your research.
Watch the full MEA video now
CytoView well bottom

An MEA of 64 electrodes embedded in the substate at the bottom of a well.

Rendering of cells growing over the electrodes at the bottom of the well

Neurons attach to the array and form a network. The microelectrodes detect the action potentials fired as well as their propagation across the network.

 

 

 

Brain waves in a dish

Neurons communicate with other cells via electrochemical signals. Many neural cell types form cellular networks, and MEAs allow us to capture and record the electrical activity that propagates through these networks.

Neurons fire action potentials that are detected by adjacent electrodes as extracellular spikes. As the network matures, neurons often synchronize their electrical activity and may exhibit network bursts, where neurons repeatedly fire groups of spikes over a short period of time.

The MEA detects each cell's activity, as well as the propagation of the activity across the network, with spatial and temporal precision. Patterns as complex as EEG-like waveforms, or "brain waves in a dish", can be observed. Axion's MEA assay captures key features of neural network behavior as functional endpoints - activity, synchrony, and network oscillations.

Action potentials recorded from electrodes

Action potentials are the defining feature of neuron function. High values indicate frequent action potential firing and low values indicate the neurons may have impaired function.

Synchrony reflects the prevalence and strength of synaptic connections, and thus how likely neurons are to generate action potentials simultaneously

Synapses are functional connections between neurons. Synchrony reflects the prevalence and strength of synaptic connections, and thus how likely neurons are to generate action potentials simultaneously on millisecond time scales.

Network oscillations, or network bursting, are defined by alternating periods of high and low activity

Network oscillations, or network bursting, as defined by alternating periods of high and low activity, are a hallmark of functional networks with excitatory and inhibitory neurons. Oscillation is a measure of how the spikes from all of the neurons are organized in time.

 

Do more with multiwell

Axion BioSystems offers multiwell plates, ranging from 6 to 96 wells, with an MEA embedded in the bottom of each well. Multiwell MEA plates allow you to study complex neural biology in a dish, from a single cell firing to network activity, across many conditions and cell types at once.