用于动态可配置神经网络的神经突生长的电动力约束制造技术

总体描述了用于改变神经突生长的系统和方法。在某些实施方案中，系统可以包括包含神经突的神经元和能够产生物理导向因子的电极。物理导向因子可以被用于改变神经突的生长并且在时间上和在空间上可以是动态的，使得神经突生长能以空间方式和/或时间方式改变。神经突生长的动态控制可以被用于形成方向性的神经连接、交叉部和/或重叠。系统包括能够容纳活细胞并且促进细胞生长的室；通道，其中通道被连接于室，其中通道具有小于或等于约20微米的高度和/或宽度；以及交叉通道的至少一个电极对，其具有小于或等于约200微米的中心到中心电极间距，并且其中的多个电极对交叉通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于动态可配置神经网络的神经突生长的电动力约束相关申请本申请要求于2013年1月14日提交且名称为“ElectrokineticConfinementofNeuriteGrowthforDynamicallyConfigurableNeuralNetworks”的美国临时专利申请第61/752,183号的优先权，将其整体通过引用并入本文以用于各种目的。政府资助本专利技术在政府支持下并利用国家科学基金会授予的编号为DBI-0852654的资助金和国家卫生研究院授予的编号为RO1-NS066352的资助金完成。政府享有本专利技术的某些权利。
提供了用于改变神经突生长的系统和方法。
技术介绍
在体内发育神经突同时经受在空间上和时间上变化的导向因子的影响。这些导向因子使神经元能够形成功能性的神经网络。例如，来自非洲爪蟾蜍(Xenopus)幼体中的视网膜神经节细胞的早期的神经突在视神经交叉处交叉呈十字形以形成对侧的连接，但是某些之后的神经突由于增高的ephrin-B型配体表达被从中线排斥，并且不交叉。研究和操纵这样的过程要求能够随着神经突发育同时在时间和空间上提供控制的方法和系统。此外，同时还需要能够形成具有分布在短距离上的几个神经突的小神经网络和具有分布在较长距离上的数量较多的神经突的大神经网络的可扩展的方法和系统。现有的方法不能够动态地改变神经突发育和/或不容易扩展。因此，需要改进的方法和系统。
技术实现思路
提供了用于改变神经突生长的系统和方法。本专利技术的主题涉及，在某些情况下的，相互有关的产品、对特定的问题的可选择的解决方案和/或一个或多个系统和/或产品的多个不同的用途。在实施方案的一个集合中，一系列的方法被提供。在一个实施方案中，方法包括提供包括一个或多个神经突的神经元，提供交变电流电场，以及使用交变电流电场定向引导一个或多个神经突的伸长。在另一个实施方案中，方法包括使用交变电流电场定向引导神经突的伸长。在另一个实施方案中，方法包括使用由两个或多于两个电极产生的场影响神经突的生长。电极之间的中心到中心间距小于或等于约200微米。在另一个实施方案中，方法包括使用电场在多个方向影响神经突的生长。电场在神经突的附近具有大于或等于约100V/m的强度。在另一个实施方案中，方法包括提供包括神经突的神经元，提供物理导向因子，以及使用物理导向因子控制神经突的生长。物理导向因子能够可逆地阻止神经突的生长。在另一个实施方案中，方法包括允许神经突在第一取向上的生长以及把非机械致动的物理导向因子应用于神经突，由此影响神经突使得神经突的生长在第二取向上发生。在另一个实施方案中，方法包括提供多于一个神经元，其中每个神经元包括一个或多个神经突。方法还包括提供电场，独立于另外的神经突而控制一个神经突，以及由所述多于一个神经元形成神经网络。在一个实施方案中，方法包括使用导向因子使第一神经突与第二神经突重叠。在另一个实施方案中，方法包括引导神经突的生长使其与第二神经突重叠。在一个实施方案中，方法包括使用电场在三维支架(scaffold)内定向引导第一神经突和第二神经突的伸长以形成在第一神经突的集群和第二神经突的集群之间的神经网络。在另一个实施方案中，方法包括使用电场在三维支架内加速神经突伸长。在实施方案的另一个集合中，一系列的产品被提供。在一个实施方案中，产品包括能够容纳活细胞并且促进细胞生长的室、通道、以及多个电极对。通道被连接于室并且通道具有小于或等于约20微米的高度和/或宽度。一个电极对包括具有小于或等于约200微米的中心到中心间距的两个电极。所述多个电极对交叉通道。在另一个实施方案中，产品包括连接于第一通道的第一室、与第一通道的至少一部分对准的第一电极对、连接于第二通道的第二室、以及与第二通道的至少一部分对准的第二电极对。第一电极对的一部分可以与第一室的至少一部分重叠并且第二电极对的一部分可以与第二室的至少一部分重叠。在某些例子中，第一通道和第二通道在具有大于约10微米的高度的重叠区处交叉。在另一个实施方案中，产品包括连接于第一室和第二室的第一通道以及与第一通道的至少一部分对准的第一电极对。在某些例子中，第一电极对的一部分与第一室的至少一部分重叠并且第一电极对之间的中心到中心间距小于或等于约200微米。根据本专利技术的各种非限制性的实施方案的以下的详细描述，同时参照附图考虑，本专利技术的其他的优点和新颖的特征将变得明显。在本说明书和通过引用并入的文献包括矛盾的和/或不一致的公开内容的情况下，本说明书应当主导。附图说明本专利技术的非限制性的实施方案将参照附图以实施例的方式被描述，附图是示意性的并且不旨在按比例进行绘制。在附图中，被图示的每个相同的或近似地相同的部件通常由单个数字表示。为了清楚的目的，不是每个部件都在每个附图中被标记，也不是所示出的本专利技术的每个实施方案的每个部件都在每个附图中被标记，在这些情况下，图示对于使本领域的技术人员理解本专利技术不是必需的。在附图中：图1A-E图示了大体上涉及改变神经突生长的本专利技术的某些实施方案；图2A-D图示了大体上涉及形成神经连接的本专利技术的某些实施方案；图3图示了根据本专利技术的一个实施方案的神经网络；图4图示了根据本专利技术的各种实施方案的电系统；图5A-B图示了根据本专利技术的某些实施方案的用于改变神经突生长的装置；图6图示了根据本专利技术的各种实施方案的神经突生长；图7图示了根据本专利技术的一个实施方案的神经突生长；图8A-B图示了根据本专利技术的一个实施方案的装置部件的特征；图9A-B图示了根据本专利技术的一个实施方案的模型的特征；图10A-B图示了根据本专利技术的一个实施方案的模型的特征；图11A-B图示了根据本专利技术的一个实施方案的模型的特征；图12图示了根据本专利技术的各种实施方案的用于形成神经连接的装置；图13图示了根据本专利技术的某些实施方案的神经突的生长；图14A-B图示了根据本专利技术的一个实施方案的动作电位记录和荧光图像；图15A-B图示了根据本专利技术的某些实施方案的装置部件的特征。图16图示了根据本专利技术的某些实施方案的用于改变神经突生长的装置；图17图示了大体上涉及改变神经突的取向的本专利技术的某些实施方案；图18图示了大体上涉及指引在某个区中的神经突生长以及加速神经突伸长的本专利技术的某些实施方案；图19图示了大体上涉及减慢神经突伸长的本专利技术的某些实施方案；图20图示了大体上涉及改变神经突的取向的本专利技术的某些实施方案；图21A-G图示了根据本专利技术的一个实施方案的用于引导神经突的装置；图22图示了根据本专利技术的某些实施方案的使用支架填充通道的方法；图23图示了根据本专利技术的一个实施方案的对于各种电压的细胞活力和在各种电压的细胞的图像的图；图24图示了根据本专利技术的某些实施方案的在电极对之间的区中的神经突生长。具体实施方式本专利技术大体上涉及一个或多个神经元的神经长出。用于改变神经突生长的系统和方法被总体描述。在某些实施方案中，系统(例如微流体性的系统)可以包括具有神经突(例如轴突)的神经元和能够产生物理导向因子(例如电运动力)的部件。物理导向因子可以被用于改变神经突的生长并且可以在时间上和在空间上是动态的，使得神经突生长能够以空间和/或时间的方式被改变。在某些例子中，部件可以是电极并且物理导向因子可以是由电场(例如交变电流电场)产生的电运动力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：提供包括一个或多个神经突的神经元；提供交变电流电场；以及使用所述交变电流电场定向引导一个或多个神经突的伸长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.14 US 61/752,1831.一种用于改变神经突生长的体外方法，包括：提供包括一个或多个神经突的之前隔离的神经元；提供交变电流电场；以及将非均匀的交变电流电场定位在所述神经突的伸长场上以通过排斥在所述交变电流电场的区中的神经突生长来定向引导一个或多个神经突的伸长。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：提供物理导向因子，其中，所述物理导向因子能够可逆地阻止所述神经突的生长；以及使用所述物理导向因子控制所述神经突的生长。3.根据权利要求1所述的方法，包括形成轴突二极管。4.根据权利要求2所述的方法，包括形成轴突二极管。5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，特征在于，所述交变电流电场的强度小于100V/m。6.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，特征在于，所述交变电流电场通过电极之间具有小于或等于200微米的中心到中心间距的两个或多于两个电极产生。7.根据权利要求5所述的方法，特征在于，所述交变电流电场通过电极之间具有小于或等于200微米的中心到中心间距的两个或多于两个电极产生。8.根据权利要求1-4和7中的任一项所述的方法，其中，定向引导伸长包括定向引导在基板上或在三维支架内的神经突伸长。9.根据权利要求5所述的方法，其中，定向引导伸长包括定向引导在基板上或在三维支架内的神经突伸长。10.根据权利要求6所述的方法，其中，定向引导伸长包括定向引导在基板上或在三维支架内的神经突伸长。11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述支架是包括胶原的凝胶基质。12.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述支架是包括胶原的凝胶基质。13.根据权利要求1-4、7和9-11中的任一项所述的方法，其中，影响神经突的生长包括在实质上相同的条件下相对于在所述交变电流电场不存在时的神经突伸长加速神经突伸长。14.根据权利要求5所述的方法，其中，影响神经突的生长包括在实质上相同的条件下相对于在所述交变电流电场不存在时的神经突伸长加速神经突伸长。15.根据权利要求6所述的方法，其中，影响神经突的生长包括在实质上相同的条件下相对于在所述交变电流电场不存在时的神经突伸长加速神经突伸长。16.根据权利要求8所述的方法，其中，影响神经突的生长包括在实质上相同的条件下相对于在所述交变电流电场不存在时的神经突伸长加速神经突伸长。17.根据权利要求12所述的方法，其中，影响神经突的生长包括在实质上相同的条件下相对于在所述交变电流电场不存在时的神经突伸长加速神经突伸长。18.根据权利要求1-4、7、9-11和14-17中的任一项所述的方法，其中，影响神经突的生长包括可逆地阻止在第一取向上的神经突伸长并且允许在第二取向上的神经突伸长。19.根据权利要求5所述的方法，其中，影响神经突的生长包括可逆地阻止在第一取向上的神经突伸长并且允许在第二取向上的神经突伸长。20.根据权利要求6所述的方法，其中，影响神经突的生长包括可逆地阻止在第一取向上的神经突伸长并且允许在第二取向上的神经突伸长。21.根据权利要求8所述的方法，其中，影响神经突的生长包括可逆地阻止在第一取向上的神经突伸长并且允许在第二取向上的神经突伸长。22.根据权利要求12所述的方法，其中，影响神经突的生长包括可逆地阻止在第一取向上的神经突伸长并且允许在第二取向上的神经突伸长。23.根据权利要求13所述的方法，其中，影响神经突的生长包括可逆地阻止在第一取向上的神经突伸长并且允许在第二取向上的神经突伸长。24.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二取向处于相对于垂直于所产生的电场的电极的轴线的大于或等于90度的角。25.根据权利要求19-23中的任一项所述的方法，其中，所述第二取向处于相对于垂直于所产生的电场的电极的轴线的大于或等于90度的角。26.根据权利要求1-4、7、9-11、14-17和19-24中的任一项所述的方法，其中，引导神经突的生长是使第一神经突与第二神经突重叠。27.根据权利要求5所述的方法，其中，引导神经突的生长是使第一神经突与第二神经突重叠。28.根据权利要求6所述的方法，其中，引导神经突的生长是使第一神经突与第二神经突重叠。29.根据权利要求8所述的方法，其中，引导神经突的生长是使第一神经突与第二神经突重叠。30.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔尔·沃尔德曼，蒂博·霍尼格，大卫·佩拉德，
申请(专利权)人：麻省理工学院，国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：美国;US