Una nueva tecnología electrofisiológica emergente conocida como matrices de microelectrodos de alta densidad permite a los investigadores realizar estudios in vitro Modelos de enfermedades del cerebro humano en detalle. Esto crea nuevas oportunidades para comprender los mecanismos subyacentes de los trastornos neurológicos como el Parkinson y la esclerosis lateral amiotrófica y para avanzar en el desarrollo de la terapia.

Michele Fiscella, vicepresidenta de ciencia, MaxWell Biosystems, electrofisiología
Michele Fiscella, vicepresidenta de asuntos científicos de MaxWell Biosystems

El desarrollo de nuevas terapias para enfermedades neurológicas se ha visto afectado por la falta de in vitro Modelos que representan a las personas de manera adecuada en vivo Condición. Otros órganos o modelos animales no pueden traducir las complejidades del cerebro y el sistema nervioso humanos.

La aparición de modelos mejorados de enfermedades del cerebro humano que utilizan la tecnología de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) abre nuevas vías para que los investigadores comprendan los mecanismos detrás de los trastornos neurológicos comunes y desarrollen nuevas terapias.

«La tecnología IPSC permite la creación de neuronas humanas utilizando sangre o células de la piel de cualquier individuo». dijo Michele Fiscella, vicepresidenta de Asuntos Científicos de MaxWell Biosystems, una empresa suiza que desarrolla y proporciona herramientas, software y soluciones avanzadas en los campos de la neurociencia y el descubrimiento de fármacos. «Esta es una piedra angular porque la creación de neuronas a partir de un paciente con un trastorno neurológico es una forma completamente nueva de estudiar ese trastorno».

Necesidad de técnicas de análisis complementarias

Los métodos tradicionales para medir la fisiología de las neuronas tienen varios inconvenientes, incluida una sensibilidad y resolución limitadas.

El análisis de pinza de parche es el estándar de oro para las mediciones electrofisiológicas, pero lleva mucho tiempo, requiere mucha mano de obra y no es adecuado para un alto rendimiento. in vitro Análisis en redes neuronales conectadas. Las matrices de microelectrodos convencionales contienen solo unos pocos electrodos por pocillo, lo que se refleja en solo unos pocos puntos de lectura y hace posible perder por completo la detección de un resultado significativo.

Las imágenes de calcio exponen las muestras a tintes fluorescentes y luz láser, lo que puede afectar la respuesta celular y los resultados. El tiempo de análisis está limitado de minutos a unas pocas horas, y la sensibilidad es insuficiente para detectar de manera confiable diferencias sutiles en respuesta a los tratamientos farmacológicos.

Para sortear estas limitaciones, las tecnologías nuevas y complementarias son cruciales para desbloquear todo el potencial de los modelos iPSC en la investigación neurocientífica y el desarrollo de terapias.

Sistemas de registro de alta densidad para análisis de muestras de varios niveles

Marie Obien, vicepresidenta de marketing y ventas, MaxWell Biosystems, electrofisiología
Marie Obien, vicepresidenta de marketing y ventas, MaxWell Biosystems

MaxWell Biosystems ha desarrollado plataformas electrofisiológicas altamente basadas en contenido que permiten la adquisición de datos de varios niveles. Las plataformas de matriz de microelectrodos de alta densidad realizan registros complejos de actividades eléctricas en células y poblaciones de células. La tecnología está completamente libre de etiquetas, por lo que ni el tinte ni la luz pueden interferir con las células o la lectura.

«La actividad eléctrica es muy rápida, en el rango de milisegundos, y nuestras plataformas pueden detectar esto porque detectan las señales eléctricas directamente». explicó Fiscella. «Las técnicas estándar de imágenes fisiológicas, como las imágenes de calcio, no pueden lograr esta resolución temporal debido a limitaciones en el colorante indicador. «

Las matrices de microelectrodos de alta densidad son únicas porque permiten la extracción de datos de múltiples niveles dentro de una muestra de células: a nivel de población, se pueden analizar las conexiones entre células individuales. a nivel celular se puede estudiar la actividad particular de cada célula diferente; y en el nivel subcelular más profundo se puede observar el inicio de un potencial de acción y seguir su propagación de una célula a la siguiente. También es posible ver si la propagación de un potencial de acción se acelera o se ralentiza con la adición de un candidato a fármaco.

El análisis multinivel es útil para estudiar las células cerebrales porque los investigadores pueden responder muchas preguntas en un experimento: ¿las células hacen conexiones? ¿Generan vibraciones? ¿Qué población y tipos de células se ven afectados cuando se agrega un compuesto?

«La mayoría de las otras tecnologías ofrecen análisis de puntos finales: se ejecuta un experimento y se analiza una celda específica. Al final, el resultado es solo un resumen de la celda.Población,» dijo Marie Obien, vicepresidenta de marketing y ventas de MaxWell Biosystems. “Nuestra matriz de microelectrodos de alta densidadLas plataformas le permiten realizar un seguimiento del desarrollo de muchas células en detalle en tiempo real durante varios días. «

Conozca MaxOne y MaxTwo

Con MaxOne y MaxTwo, MaxWell Biosystems ofrece dos plataformas de matriz de microelectrodos de alta densidad que cubren casi todos los requisitos de investigación. MaxOne es un chip desechable con un pozo de cultivo que contiene 26.000 electrodos que capturan señales de alta calidad con resolución subcelular.

Para experimentos a largo plazo, las células se cultivan y caracterizan directamente en el pozo. Para los experimentos agudos, las secciones de tejidos como los organoides, el cerebro o la retina se transfieren al receso para su análisis.

El chip MaxOne está ubicado en una pequeña unidad de registro que se encuentra en la incubadora de cultivos y lee los incendios de las células. MaxOne es ideal para analizar todos los datos de bajo rendimiento in vitro Preparativos.

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La unidad de grabación y chip MaxOne (izquierda) permite el análisis a largo plazo y sin etiquetas de neuronas derivadas de iPSC (derecha) y otras células modelo de enfermedad, organoides y esferoides.

MaxTwo es una plataforma de pozos múltiples con todas las funciones de MaxOne, pero con seis o 24 pozos. MaxTwo contiene su propia incubadora que garantiza un entorno de cultivo adecuado mientras se registran los datos. MaxTwo es adecuado para aplicaciones en descubrimiento de fármacos, farmacología de seguridad y fenotipado iPSC y está diseñado para su integración en sistemas de automatización.

MaxTwo contiene la incubadora y grabadora de mainframe MaxTwo y seis o 24 matrices de microelectrodos MaxOne de alta densidad en un formato de múltiples pocillos.

Aplicación de plataformas electrofisiológicas de alto contenido

Las matrices de microelectrodos de alta densidad de MaxWell se han utilizado en una variedad de aplicaciones que incluyen el fenotipado funcional general de iPSC y la evaluación de los efectos de modificaciones genéticas o tratamientos químicos. También se utilizaron para demostrar el potencial de los organoides cerebrales derivados de iPSC en estudios de enfermedades, mecanismos de fármacos y respuestas a estímulos externos.

En el descubrimiento de fármacos neurológicos, la capacidad de las matrices de microelectrodos de alta densidad para recopilar información de muchas células individuales permite determinar la importancia estadística de un experimento a partir de un menor número de pocillos. Esto permite conclusiones más rápidas, ahorra esfuerzos y costos, y posiblemente reduce el tiempo requerido para el desarrollo de fármacos.

«Nuestras plataformas son únicas debido a los detalles subcelulares que reconocen». explicó Obien. “No solo puede ver el inicio de una actividad y ver cómo se dispara a través de la célula y pasar a la siguiente, sino que puede ver fácilmente ese nivel de detalle para miles de neuronas. Esto simplemente no es posible con otras tecnologías. »

visitar Sitio web de MaxWell Biosystems Obtenga más información sobre la tecnología de matriz de microelectrodos de alta densidad y las soluciones electrofisiológicas de alto grado.


Imágenes a través de MaxWell Biosystems

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