传统方法难以模拟神经损伤?微流控技术帮你精准还原病理环境

学术   科学   2025-01-15 07:30   北京  

本文通过ChatGLM/GPT进行辅助对近期Bio-protocol 期刊发表的方案进行解读和概括,若感兴趣请点击“阅读原文”查看详细的实验流程及试材。如果解读中有任何错误或遗漏,敬请指正

神经损伤的复杂性使得传统实验方法在模拟病理环境时常常存在局限,尤其是在研究神经退行性疾病和脑损伤时。通过在微流控芯片中精准模拟神经元的轴突与细胞体环境,我们能够更真实地再现神经元在不同病理状态下的反应在这方面,2025年1月5日,Bio-protocol 期刊在线发表了美国罗格斯大学(Rutgers University)Srestha Dasgupta题为“Microfluidic Cultures of Basal Forebrain Cholinergic Neurons for Assessing Retrograde Cell Death by Live Imaging”的方法文章。

图1. 文章标题页 https://doi.org/10.21769/BioProtoc.5149
关键词微流体 基底前脑 活细胞成像 细胞死亡

微流体(Microfluidics)指研究和操控微升(10⁻⁶升)甚至纳升(10⁻⁹升)级别液体在微米级通道中流动的科学技术。微流体系统通过设计精细的微结构通道,利用液体表面张力、黏性、毛细作用等特性,实现对微量液体的精准操控

基底前脑胆碱能神经元(BFCNs)通过长轴突向大脑皮层等远端区域投射,参与调控认知功能,如注意力、情绪和记忆等。BFCNs在整个生命周期中同时表达泛神经营养因子受体p75NTR及Trk受体家族,因此可响应前体和成熟神经营养因子的信号。其中,成熟神经营养因子通过Trk受体促进细胞存活,而前体神经营养因子在癫痫发作或创伤性脑损伤(TBI)等病理条件下通过p75NTR及其共受体sortilin介导细胞凋亡。研究表明,TBI引发的前体神经营养因子在BFCN靶区积累,可能通过轴突末端激活p75NTR信号并诱导细胞逆向退化。然而,目前对BFCNs在胞体未受直接刺激时的逆向退化机制尚不清楚。为此,通过体外微流控培养系统隔离BFCN胞体和轴突,研究轴突末端局部刺激对BFCN生存的影响,揭示p75NTR信号在神经元逆向退化中的关键作用


  • 利用硅基微流控装置,将基底前脑胆碱能神经元(BFCNs)的胞体和轴突区域进行物理隔离,实现对不同区域的独立刺激处理。

  • 可对BFCNs的胞体或轴突单独施加特定刺激,以模拟体内不同微环境对神经元的影响。

  • 通过透明微流控材料对活细胞进行标记和成像,实现对细胞存活状态和死亡信号的动态观察和追踪。

—————文中代表性图—————

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图2. 通过PDMS铸模法制备微流控装置(来自Bio-protocol期刊

图3. 微流控培养中基底前脑胆碱能神经元(BFCNs)的活细胞追踪与成像,用于研究逆向细胞死亡(来自Bio-protocol期刊
  • 神经退行性疾病研究
    可用于探索阿尔茨海默病、帕金森病等疾病中神经元逆向退化的机制,为疾病治疗提供新思路。
  • 脑损伤机制解析
    ‍可用于研究癫痫发作、创伤性脑损伤(TBI)等情况下轴突末端损伤引发的逆向信号传导机制,评估其对神经元存活的影响。
  • 药物筛选与验证
    可作为体外平台,用于筛选和验证针对神经退化和细胞死亡的新型药物,提高药物筛选效率。


个方法的可重复性已经被本文作者美国罗格斯大学(Rutgers University)Srestha Dasgupta团队验证过,相关实验数据与结果发表在eNeuro,DOI:10.1523/ENEURO.0067-23.2023

温馨提示:积极引用本文不仅是对作者创新技术和科研共享的最佳肯定,也是确保实验可复现性的重要方式。

Dasgupta, S., Pandya, M. A. and Friedman, W. J. (2025). Microfluidic Cultures of Basal Forebrain Cholinergic Neurons for Assessing Retrograde Cell Death by Live Imaging. Bio-protocol 15(1): e5149. DOI: 10.21769/BioProtoc.5149.

Dasgupta, S., Montroull, L. E., Pandya, M. A., Zanin, J. P., Wang, W., Wu, Z. and Friedman, W. J. (2023). Cortical Brain Injury Causes Retrograde Degeneration of Afferent Basal Forebrain Cholinergic Neurons via the p75NTR. eNeuro. 10(8): ENEURO.0067–23.2023.

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