电场力调控的神经细胞有序排列及神经通路成形方法技术

电场力调控的神经细胞有序排列及神经通路成形方法，先将神经细胞分散于细胞培养液形成神经细胞悬浮液，将微结构化电极置于悬浮液中，或柔性薄膜上，卷绕成具有结构化微电极的神经导管，连接受损神经，置于悬浮液中；对悬浮液施加结构化交流电场，神经细胞进行定域化排布；再在悬浮液中进行细胞培养，神经细胞沿着定域化排布方向进行生长，形成定域/定向化互联；然后定时观察神经细胞的生长与互联过程，直至神经细胞或轴突完全填充神经细胞的排布图案，初步形成定域/定向化的神经通路；继续细胞培养，并定时对形成的定域/定向化神经通路进行生物电传导检查，直至神经通路达到神经冲动发放的要求；本发明专利技术具有工艺简单，效率高等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
电场力调控的神经细胞有序排列及神经通路成形方法


[0001]本专利技术属于神经修复再生调控与微纳制造交叉
，具体涉及电场力调控的神经细胞有序排列及神经通路成形方法。

技术介绍

[0002]神经系统是生物界最为复杂的系统，由各种类型神经细胞(如，运动神经元、感觉神经元及中间神经元等)及其发出的轴突组成，不同的神经细胞之间通过轴突、树突形成突触连接形成神经通路，最终通过神经冲动传导使神经系统协调人体完成各类复杂的活动。然而人们对神经系统及神经通路的生长机制、再生修复机制、药物作用机理等的研究仍然存在较大空白，同时又缺乏大量可供研究的神经系统及神经通路供体，严重制约了神经科学领域的发展。所以构建神经系统及神经通路模型，对于神经系统的药物作用机理、类神经芯片、在体神经修复等领域关键问题的研究至关重要。
[0003]由于神经通路结构及神经细胞间信号传递的复杂性，普通的体外神经系统模型构建方法很难满足要求，例如利用3D打印构建体外神经通路，虽然可以实现神经元的三维定域化排布，但操作复杂，在神经细胞互联、形成神经通路从而实现生物信息传导方面仍存在较大挑战。而在临床研究方面，在体神经修复对神经通路的定域/定向构建也提出了更高要求，需要发展新的制造技术。因此，对于神经通路的定域/定向成形方法的研究，已经成为神经科学领域与制造领域交叉的关键问题，在生命科学基础研究及临床应用实践中具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了电场力调控的神经细胞有序排列及神经通路成形方法，可以对微米尺度的神经细胞实现精准的定域/定向排布，形成定域/定向化的神经通路，具有工艺简单，效率高，成形快速等优点。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]电场力调控的神经细胞有序排列及神经通路成形方法，包括以下步骤；
[0007]1)细胞培养：将神经细胞置于细胞培养液中，反复吹打后，神经细胞均匀分散在细胞培养液中，形成神经细胞悬浮液；
[0008]2)结构化电场力调控：将预先制备的微结构化电极(如，叉指电极)置于神经细胞悬浮液中，或置于柔性薄膜上，卷绕成具有结构化微电极的神经导管，连接受损神经，再置于神经细胞悬浮液中；接通交流电源，对神经细胞悬浮液施加结构化交流电场，神经细胞在结构化电场力作用下，在神经细胞悬浮液中进行定域化排布，其中神经细胞的排布图案取决于施加的微结构化电场，排布速度取决于电场强度、电场频率、神经细胞悬浮液粘度等参数；
[0009]3)保持电场：在神经细胞定域化排布的基础上，保持结构化交流电场，在神经细胞悬浮液中进行细胞培养，神经细胞沿着定域化排布方向进行生长，形成定域/定向化互联，
引导轴突定域/定向生长；
[0010]4)神经通路生长过程观察：通过控制细胞培养时间等参数，在显微镜下定时观察神经细胞的生长与互联过程，直至神经细胞或轴突完全填充步骤2中神经细胞的排布图案，初步形成定域/定向化的神经通路；
[0011]5)电传导测试：继续进行细胞培养，并定时对形成的定域/定向化神经通路进行生物电传导检查，直至神经通路达到神经冲动发放的要求。
[0012]所述步骤1)中的神经细胞直径为10μm
‑
500μm，包括运动神经元、多巴胺能神经元、胆碱能神经元、少突胶质细胞及雪旺细胞等。
[0013]所述步骤1)中的细胞培养液为生理盐水或PBS缓冲液。
[0014]所述步骤2)中的结构化交流电场由微结构化电极阵列提供，包括叉指电极，电极宽度为1μm
‑
1mm，电极间距一般为1μm
‑
1mm。
[0015]所述步骤2)中的柔性薄膜为可降解生物材料，包括聚乙醇酸、壳聚糖等。
[0016]所述步骤2)中的结构化交流电场电压为10V
‑
100V，频率为100Hz
‑
10MHz。
[0017]所述步骤2)中的定域化排布方式取决于电场分布方式，即微结构化电极的排布形式，包括直线型阵列化排布、圆形阵列化排布、Y形排布等，根据要制作的神经通路形状需求进行预制。
[0018]所述步骤3)中神经细胞定域/定向化互联为神经细胞自然生长而产生的突触连接，能够传递生物信息(如，神经冲动、神经递质)。
[0019]所述步骤5)中生物电传导检查需使神经通路两端能有效传递并检测到兴奋信号(电信号)。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021](1)本专利技术提出电场力调控的神经细胞有序排列及神经通路成形方法，相比于传统搭建二维或三维细胞支架，在神经通路的构建上，具有成本低廉，工艺简单，构型灵活等优点。
[0022](2)本专利技术通过微结构化电场对神经细胞的生长过程进行诱导与操控，实现神经细胞的定域/定向化排列及生长；在神经细胞定域/定向化生长的过程中，自然产生突触互联，形成神经通路，从而实现生物信号传导，有效解决了传统方法中神经信号传递不畅的瓶颈问题，为神经再生修复、体外神经网络模型构建等提供有效途径。
[0023](3)本专利技术从实现神经细胞定向/定域操控入手，设计和制备了神经细胞定域化排布的神经通路模型，并且可以通过改变神经细胞类型、数量以及电极形状，从而构建不同的神经细胞排布状态及神经通路，有利于探究各类神经疾病及其生理特征。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1实现神经细胞定域操控的原理图。
[0025]图2为本专利技术实施例1实现神经细胞直线型阵列化定向/定域排布的操控方法。
[0026]图3为本专利技术实施例1实现神经细胞圆形阵列化图案排布的操控方法。
[0027]图4为本专利技术实施例1在神经细胞实现定向排布后进行神经通路生物电传导检测的示意图。
[0028]图5为本专利技术实施例2实现神经损伤修复过程的原理示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细的描述。
[0030]实施例1，电场力调控的神经细胞有序排列及神经通路成形方法，实现神经通路构建，如图1、2、3、4所示，包括以下步骤；
[0031]1)细胞培养：将直径在10μm
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500μm范围内的神经细胞1(本实施例中，神经细胞采用NSC34小鼠神经元)置于细胞培养液(生理盐水/PBS溶液)中，反复吹打后，神经细胞1均匀分散在细胞培养液中，形成神经细胞悬浮液；
[0032]2)结构化电场力调控：将叉指指宽50μm、指距50μm的直线型叉指电极2置于神经细胞悬浮液中，接通交流电源，对神经细胞悬浮液施加结构化交流电场，神经细胞1在结构化电场力的作用下，在神经细胞悬浮液中进行直线型阵列化定向/定域排布(如图2所示)，叉指电极两端施加电压为10V，频率为1MHz；神经细胞的排布图案取决于施加的微结构化电场，若采用叉指指宽50μm、指距50μm的圆形叉指电极4(如图3所示)置于神经细胞悬浮液中形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电场力调控的神经细胞有序排列及神经通路成形方法，其特征在于，包括以下步骤；1)细胞培养：将神经细胞置于细胞培养液中，反复吹打后，神经细胞均匀分散在细胞培养液中，形成神经细胞悬浮液；2)结构化电场力调控：将预先制备的微结构化电极置于神经细胞悬浮液中，或柔性薄膜上，卷绕成具有结构化微电极的神经导管，连接受损神经，置于神经细胞悬浮液中；接通交流电源，对神经细胞悬浮液施加结构化交流电场，神经细胞在结构化电场力作用下，在神经细胞悬浮液中进行定域化排布，其中神经细胞的排布图案取决于施加的微结构化电场，排布速度取决于电场强度、电场频率、神经细胞悬浮液粘度的参数；3)保持电场：在神经细胞定域化排布的基础上，保持结构化交流电场，在神经细胞悬浮液中进行细胞培养，神经细胞沿着定域化排布方向进行生长，形成定域/定向化互联，引导轴突定域/定向生长；4)神经通路生长过程观察：通过控制细胞培养时间的参数，在显微镜下定时观察神经细胞的生长与互联过程，直至神经细胞或轴突完全填充步骤2中神经细胞的排布图案，初步形成定域/定向化的神经通路；5)电传导测试：继续进行细胞培养，并定时对形成的定域/定向化神经通路进行生物电传导检查，直至神经通路达到神经冲动发放的要求。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中的神经细胞直径为10μm
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【专利技术属性】
技术研发人员：贾蕊，刘红忠，赵飞楠，李萍萍，李甜，蒋维涛，
申请(专利权)人：西安交通大学医学院第一附属医院，
类型：发明
国别省市：