Neuromodulação por Ultrassom Focalizado de Culturas Neurais Humanas In Vitro em Matrizes de Microeletrodos Multi-Poço

Neuromodulação ultrassônica focalizada. Este campo empolgante em ascensão é um tópico de estudos em andamento No campo do ultrassom focado, os parâmetros de estimulação ideais para uma aplicação específica são muitas vezes desconhecidos. Este estudo visa uma determinação sistemática destes parâmetros através de testes empíricos in vitro em neurônios.

Este método pode explorar o mecanismo neuronal subjacente ao foco da neuromodulação ressonante, permitindo ao pesquisador analisar as respostas de neurônios geneticamente e farmacologicamente modificados. Para iniciar a aspiração do meio de cultura para preenchimento de um único poço em uma placa de cultura de neurônios de 24 poços, tendo embutidos micro arranjos de eletrodos ou MEA. Depois de preparar 300 mililitros de água desgaseificada e deionizada, preencha-a cuidadosamente no cone do ultrassom focalizado ou do transdutor de USF.

Usando uma haste roscada personalizada, prenda o suporte impresso em 3D a um quadro. Posicione o quadro de forma que a cabeça do transdutor FUS fique sobre o poço que será estimulado. Use um elástico para fixar a paraforma sobre o poço na placa MEA de 24 poços contendo o meio e as células-tronco pluripotentes induzidas pelo homem ou HIPSCs.

Defina os parâmetros FUS na saída de energia do transdutor ou no painel de controle TPO. Os valores dos vários parâmetros são mencionados na tela. Em seguida, aplique o gel de acoplamento em cima da paraforma sobre o poço e abaixe o transdutor FUS no gel de acoplamento, garantindo o contato com o gel com o mínimo de bolhas de ar.

Inicie a sonicação FUS pressionando o botão inferior direito no TPO e aguarde pelo menos cinco minutos entre cada rodada de sonicação para permitir que os neurônios retornem a um estado basal. Se a conexão for apropriada, o pulso de disparo gerado pelo sistema FUS alinhará automaticamente a sequência de estimulação do FUS com o registro MEA. Analise o sinal lendo o tempo de sonicação do FUS com os dados de transferência com base na mudança na taxa de disparo associada ao FUS.

O ponto focal de FUS foi caracterizado tanto pela visualização em folhas termocromáticas quanto pela varredura de hidrofone em água. As etapas de pós-processamento, incluindo filtragem, limiar e cálculo da taxa de disparo, filtraram o ruído do ambiente para revelar as mudanças na atividade neuronal causadas pelo FUS. Os gráficos raster mostraram os picos detectados em cada canal.

O gráfico da taxa de disparo mostrou que os parâmetros de estimulação escolhidos aumentaram a taxa de disparo neuronal. A taxa de disparo pré FUS foi de 140 hertz, enquanto a taxa de disparo pós FUS foi de 786 hertz com FUS de onda contínua. A alteração do modo de sonicação do FUS também alterou a quantidade de tempo antes que os neurônios retornassem ao seu estado basal.

É crucial minimizar cuidadosamente a formação de bolhas ao colocar o transdutor na interface paraforme. Outra consideração é a energia elétrica entregue ao transdutor. A potência deve ser alta o suficiente para induzir um efeito, mas deve ser baixa o suficiente para não induzir dano ao transdutor ou à célula.

Essa técnica poderia identificar o parâmetro de estimulação ideal para tratar a doença de Parkinson e outros distúrbios neurológicos, eliminando o risco associado à cirurgia invasiva, incluindo danos irreversíveis, recuperação prolongada e tempo de reabilitação. Mais esforços para descobrir seu mecanismo e controlar a otimização pré-clínica são necessários para garantir a segurança em estudos futuros, incluindo ensaios clínicos.