使用HD-MEA探究不同基因型小鼠海马脑片电活动对刺激的响应差异
2025-07-09 来源:本站 点击次数:199
MEA介绍
超高分辨率微电极阵列系统（High-Density Microelectrode Array, HD-MEA）是基于CMOS半导体加工技术构建的离体电生理记录平台。该系统的核心技术创新在于实现了超高密度电极集成——在8.1 mm²的芯片表面精密排布26,400个微电极单元（电极密度达3,259 electrodes/mm²），相邻两个电极之间的距离仅仅17.5um，将电信号采集的空间分辨率提升至亚细胞层级。
这种突破性设计不仅能够获取样品中几乎所有活性细胞的电发放，自动分析得到神经网络功能的相关指标，还可精准解析神经轴突等亚细胞结构的电生理活动特征。
本系统中每个微电极单元兼具信号记录与电刺激双重功能，无需显微操作辅助即可实现大规模细胞集群的同步监测和刺激。可支持体外培养神经元、类器官、心肌细胞，及急性脑切片、视网膜组织等生物样本的长时程检测或急性实验记录。配套的软件系统内嵌多种自动化的记录模式与智能分析模块，提供从神经网络连接水平到单细胞水平再到亚细胞水平的数十个电生理指标，使其成为高效、多维度的体外组织功能检测平台。
我们公众号会在实验分享版块定期分享公司内部demo数据结果，以便大家更全面地了解高密度MEA技术的特点和应用，欢迎持续关注！
不同基因型小鼠海马脑片电活动对刺激的响应差异
本实验采用高密度微电极阵列（HD-MEA）技术对不同基因型小鼠（Ctrl组与Treat组）海马脑切片进行电生理信号记录，如图1右图所示。实验设计如下：首先记录两组基线电生理活动，随后施加相同物理刺激，观察该刺激对两组海马神经元电活动的影响差异。
视频1展示了使用HD-MEA检测Treat组海马脑片得到的典型电信号记录结果：
视频中Treat-baseline部分：（1）左上子图显示电极阵列分布，其中红色三角标记检测到动作电位的活性电极；（2）右上子图为峰电位幅值热图，颜色代表检测到的峰电位的不同幅值；（3）左下图呈现多电极动作电位波形（Traces图），红色三角标识峰电位；（4）右下子图为Raster Plot，纵轴表示电极编号，横轴为时间，每个点代表检测到的峰电位。
视频中Treat-After sti部分：刺激之后的Raster Plot图。
可以看到，相比于baseline，Treat组在接受了物理刺激时，其发放频率产生显著的变化。
超高分辨率微电极阵列系统（High-Density Microelectrode Array, HD-MEA）是基于CMOS半导体加工技术构建的离体电生理记录平台。该系统的核心技术创新在于实现了超高密度电极集成——在8.1 mm²的芯片表面精密排布26,400个微电极单元（电极密度达3,259 electrodes/mm²），相邻两个电极之间的距离仅仅17.5um，将电信号采集的空间分辨率提升至亚细胞层级。
这种突破性设计不仅能够获取样品中几乎所有活性细胞的电发放，自动分析得到神经网络功能的相关指标，还可精准解析神经轴突等亚细胞结构的电生理活动特征。
本系统中每个微电极单元兼具信号记录与电刺激双重功能，无需显微操作辅助即可实现大规模细胞集群的同步监测和刺激。可支持体外培养神经元、类器官、心肌细胞，及急性脑切片、视网膜组织等生物样本的长时程检测或急性实验记录。配套的软件系统内嵌多种自动化的记录模式与智能分析模块，提供从神经网络连接水平到单细胞水平再到亚细胞水平的数十个电生理指标，使其成为高效、多维度的体外组织功能检测平台。
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不同基因型小鼠海马脑片电活动对刺激的响应差异
本实验采用高密度微电极阵列（HD-MEA）技术对不同基因型小鼠（Ctrl组与Treat组）海马脑切片进行电生理信号记录，如图1右图所示。实验设计如下：首先记录两组基线电生理活动，随后施加相同物理刺激，观察该刺激对两组海马神经元电活动的影响差异。
图1 小鼠的海马脑片。来源：礼智生物科技
视频1 Treat组小鼠海马脑片的典型电信号记录结果
视频1展示了使用HD-MEA检测Treat组海马脑片得到的典型电信号记录结果：
视频中Treat-baseline部分：（1）左上子图显示电极阵列分布，其中红色三角标记检测到动作电位的活性电极；（2）右上子图为峰电位幅值热图，颜色代表检测到的峰电位的不同幅值；（3）左下图呈现多电极动作电位波形（Traces图），红色三角标识峰电位；（4）右下子图为Raster Plot，纵轴表示电极编号，横轴为时间，每个点代表检测到的峰电位。
视频中Treat-After sti部分：刺激之后的Raster Plot图。
可以看到，相比于baseline，Treat组在接受了物理刺激时，其发放频率产生显著的变化。
图2 Treat组小鼠海马脑片的典型电信号记录结果
图2通过软件Network功能对比两组神经元网络活动：（1）上面一排为Raster plot图，每一行都是一个电极，其上的每一个点代表检测到的一个锋电位；（2）下面一排为对应的频率发放图，反映活性电极平均发放频率的动态变化。
可以看到，Ctrl组在接受该物理刺激后发放频率未产生变化，而Treat组在接受刺激后频率发生了显著的变化。
图3 Original trace
如图3 original trace所示，物理刺激诱导Treat组神经元（右图）的放电模式发生改变：
1、刺激后出现簇状放电现象（红色方框标示），单电极峰电位发放频率增加；
2、动作电位间期（Inter-spike interval, ISI）显著缩短，但幅度衰减。
总结
本实验通过HD-MEA技术发现，物理刺激可显著改变Treat组小鼠海马神经元放电模式，表现为簇状放电增多、发放频率升高及ISI缩短，而Ctrl组无此变化，表明基因型差异影响神经元对刺激的响应。
MaxWell高密度MEA
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礼智生物介绍
礼智生物科技有限公司成立于2011年，是神经科学领域专业的科研仪器及技术服务供应商，在香港、上海、北京、广州、南京、沈阳等地均设有分公司。
公司拥有独家代理的和自研开发的多款神经科学领域前沿高科技产品：
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