10、构建简约混合神经电气设备：从基础研究到应用前景

构建简约混合神经电气设备：从基础研究到应用前景

1. 研究目标与背景

研究致力于学习如何处理和制备细胞，使其成为微设备和工程组织的组件，进而构建混合系统和工程化功能组织。目前正在开发基于两个神经元间信号的测试平台，该平台能对神经元回路环境变化做出反应。由于需要预测测试平台中神经元回路的输出，而输出取决于几何形状、突触位置和细胞表型等因素，因此对各种电路配置进行了建模。

控制体外系统的表面成分以及其他变量（如生长培养基和细胞制备方法），对于制造混合设备和体外评估表面修饰及其对细胞材料的影响至关重要。已成功创建图案化神经元回路，并能在体外培养系统中测量这些回路的信号。还对细胞间通信模式进行了建模，研究了神经元回路与生物界面接触时的电特性。

2. 应用领域与现有传感器

这一概念的应用包括药物开发和新的生物医学诊断。基于功能的测试平台可检测药物的疗效或毒性，从明显的细胞死亡到更微妙的功能损伤等多种效应都能被测量，因为细胞及其形成的网络对环境变化极为敏感。

目前使用或正在开发的传感器类型包括离子敏感电极、基于抗体结合的传感器、活细胞传感器等。大多数检测方法依赖已知的激动剂，针对特定化合物。虽然已有使用固态设备测量神经元信号的初步工作，但能确定影响运动功能、认知功能或其他高阶过程的化合物疗效或毒性的传感器仍很原始或不存在。目前基于认知或运动功能的“测试平台”只有活体生物，因此开发相关传感器作为流行病学研究的前期工具具有重要意义。

3. 体外细胞培养的挑战与解决方案

体外培养胚胎大鼠组织的神经元用于研究基本的细胞组织和通信，但培养的神经元连接通常不可控，难以将特定信号与特定功能关联，也难以使系统具有可重复性