Neuromodulation par ultrasons focalisés de cultures neuronales humaines in vitro dans des réseaux de microélectrodes multipuits

Neuromodulation par ultrasons focalisés. Ce domaine passionnant en plein essor fait l’objet d’études en cours Dans le domaine des ultrasons focalisés, les paramètres de stimulation optimaux pour une application particulière sont souvent inconnus. Cette étude vise à une détermination systématique de ces paramètres par des tests empiriques in vitro sur les neurones.

Cette méthode permet d’explorer le mécanisme neuronal sous-jacent à la neuromodulation par sons en permettant aux chercheurs d’analyser les réponses des neurones génétiquement et pharmaceutiquement modifiés. Pour commencer, aspirer le milieu de culture pour remplir un seul puits dans une plaque de culture de neurones à 24 puits, ayant des réseaux de micro-électrodes intégrés ou MEA. Après avoir préparé 300 millilitres d’eau dégazée et déminéralisée, remplissez-la soigneusement dans le cône à ultrasons focalisés ou à transducteur FUS.

À l’aide d’une tige filetée personnalisée, fixez le support imprimé en 3D à un cadre. Positionnez le cadre de manière à ce que la tête du transducteur FUS soit au-dessus du puits qui sera stimulé. À l’aide d’un élastique, fixer le paraforme au-dessus du puits sur la plaque MEA à 24 puits contenant le milieu et les cellules souches pluripotentes induites humaines ou HIPSC.

Réglez les paramètres FUS sur la sortie de puissance du transducteur ou sur le panneau de commande TPO. Les valeurs des différents paramètres sont mentionnées à l’écran. Ensuite, appliquez le gel de couplage sur le dessus du paraforme sur le puits et abaissez le transducteur FUS dans le gel de couplage en assurant le contact avec le gel avec un minimum de bulles d’air.

Démarrez la sonication FUS en appuyant sur le bouton inférieur droit du TPO et attendez au moins cinq minutes entre chaque tour de sonication pour permettre aux neurones de revenir à un état de base. Si la connexion est appropriée, l’impulsion de déclenchement générée par le système FUS alignera automatiquement la séquence de stimulation FUS avec l’enregistrement MEA. Analysez le signal en lisant le temps de sonication FUS avec les données de transfert en fonction de la variation de la cadence de tir associée au FUS.

Le point focal FUS a été caractérisé à la fois par sa visualisation sur des feuilles thermochromatiques et par balayage d’hydrophone d’eau. Les étapes de post-traitement, y compris le filtrage, le seuillage et le calcul de la cadence de déclenchement, ont filtré le bruit de l’environnement pour révéler les changements d’activité neuronale causés par FUS. Les diagrammes matriciels ont montré les pics détectés dans chaque canal.

Le tracé de la fréquence de déclenchement a montré que les paramètres de stimulation choisis augmentaient la cadence de déclenchement neuronal. La cadence de tir avant FUS était de 140 hertz, tandis que la cadence de tir après FUS était de 786 hertz avec FUS à onde continue. La modification du mode de sonication FUS a également modifié le temps avant que les neurones ne reviennent à leur état de base.

Il est crucial de minimiser soigneusement la formation de bulles lors du placement du transducteur sur l’interface du paraforme. Un autre élément à prendre en compte est la puissance électrique fournie au transducteur. La puissance doit être suffisamment élevée pour induire un effet, mais doit être suffisamment faible pour ne pas endommager le transducteur ou la cellule.

Cette technique pourrait identifier le paramètre de stimulation optimal pour traiter la maladie de Parkinson et d’autres troubles neurologiques, éliminant ainsi le risque associé à la chirurgie invasive, y compris les dommages irréversibles, la longue récupération et le temps de rééducation. Des efforts supplémentaires pour découvrir son mécanisme et contrôler l’optimisation préclinique sont nécessaires pour garantir la sécurité dans les études futures, y compris les essais cliniques.