心肌細(xì)胞培養(yǎng)與機(jī)械拉伸/電刺激工具

近年來，電刺激治療發(fā)展十分迅速，從單一的電刺激神經(jīng)解決肌肉運(yùn)動(dòng)問題發(fā)展到調(diào)節(jié)干細(xì)胞分化、啟動(dòng)肢體和脊髓再生、誘導(dǎo)異位眼球產(chǎn)生以及控制腫瘤生長(zhǎng)，這些都說明了通過電刺激治療可以模擬生物電，從而調(diào)控生物化學(xué)反應(yīng)和細(xì)胞功能。《自然》雜志專門也寫了關(guān)注電刺激治療的文章。*藥企葛蘭素史克把電刺激治療作為一種未來醫(yī)學(xué)手段，在 2013 年就已經(jīng)投資 5 千萬(wàn)美元支持生物電治療研究。

但是，目前電治療主要是通過直接電刺激人體達(dá)到治療的作用。其技術(shù)中包含各種電壓 /電流，范圍太大，不能有效的控制干細(xì)胞分化成其他功能細(xì)胞，以及研究高通量電信號(hào)與細(xì)胞的相瓦作用機(jī)理。

使用細(xì)胞培養(yǎng)的心肌細(xì)胞培養(yǎng)與機(jī)械拉伸/電刺激工具，可產(chǎn)生不同的電壓/電流實(shí)現(xiàn)高通量篩選干細(xì)胞分化過程中的電刺激信號(hào)。通過高通量的電刺激儀的電刺激研究于細(xì)胞的分化并篩選出有利于工細(xì)胞向成骨細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、成肌細(xì)胞等功能細(xì)胞分化的佳電壓 /電流，為今后電治療提供更的技術(shù)參數(shù)。

通過這種用于調(diào)控及篩選細(xì)胞分化的高通量的電刺激儀，可實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)皿上所有細(xì)胞在相同溫度、濕度及培養(yǎng)基環(huán)境條件下，完成相同或不同幅度及頻率的電壓 /電流刺激信號(hào)對(duì)相同或不同種類細(xì)胞分化影響的高通量篩選，相比于傳統(tǒng)方法，該實(shí)用新型具有獨(dú)立性好、便攜性好、功率低、干擾小及效率高等特點(diǎn)。

培養(yǎng)皿中的多個(gè)電極陣列可用于體外細(xì)胞或腦切片的細(xì)胞外記錄。 MEA 系統(tǒng)用于臨床前和藥物發(fā)現(xiàn)研究已有 50 多年的歷史。

這些設(shè)備中的電極以網(wǎng)格形式排列在盤子底部，就像棋盤一樣。細(xì)胞在它們上面培養(yǎng)，或者組織切片放在上面。細(xì)胞外電極測(cè)量細(xì)胞外的細(xì)胞活動(dòng)，稱為局部場(chǎng)電位。

通過同時(shí)記錄多個(gè)電極，研究人員可以研究組織內(nèi)或細(xì)胞之間的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)。他們還可以同時(shí)從多個(gè)細(xì)胞收集數(shù)據(jù)，從而提高這些實(shí)驗(yàn)的吞吐量。

MEA 通常由帶有鈦或金電極的玻璃、硅或塑料基板制成。這些傳統(tǒng) MEA 的主要缺點(diǎn)是雙重的。先，這些 MEA 由硬材料組成，由于體內(nèi)的細(xì)胞環(huán)境是柔軟的，因此這些材料在生理上不相關(guān)。其次，傳統(tǒng)的 MEA 僵化并且不允許應(yīng)用生物力學(xué)線索。這兩個(gè)缺點(diǎn)導(dǎo)致了一個(gè)問題，即堅(jiān)硬（傳統(tǒng)）MEA 上的細(xì)胞的行為方式與體內(nèi)細(xì)胞的行為方式不同。

BMSEED 的 MEA 解決了這個(gè)問題。它們是W一市售的 MEA，使用柔軟的彈性有機(jī)硅作為基底，并嵌入可拉伸電極，可將機(jī)械信號(hào)和電生理學(xué)相結(jié)合。這些可拉伸 MEA (sMEA) 是 MEASSuRE 平臺(tái)中的消耗品。

MEASSuRE系統(tǒng)是*也是W一一個(gè)結(jié)合了三個(gè)關(guān)鍵模塊的研究工具，用于研究機(jī)械拉伸對(duì)組織電生理學(xué)的影響。該設(shè)備集成了：

●細(xì)胞拉伸裝置，用于施加生理和機(jī)械拉伸

●用于細(xì)胞外電生理學(xué)的數(shù)據(jù)采集模塊，用于評(píng)估拉伸前后細(xì)胞的健康、功能和成熟度

●活細(xì)胞成像系統(tǒng)，用于可視化損傷期間的細(xì)胞和細(xì)胞過程

這三種范式同時(shí)且獨(dú)立地應(yīng)用。此電生理學(xué)、成像和力學(xué)模塊這些獨(dú)1特功能的關(guān)鍵是專有的可拉伸微電極陣列 (sMEA)。目前，BMSEED 是W一一家為體外研究應(yīng)用提供可拉伸微電極的公司。

這種J端設(shè)備可以在受控的體外環(huán)境中模擬生理和病理生物力學(xué)。它還評(píng)估拉伸前后神經(jīng)元和肌肉細(xì)胞（例如心肌細(xì)胞）的狀況、功能和成熟度。

MEASSuRE 系統(tǒng)的總體目標(biāo)是使培養(yǎng)皿中的細(xì)胞（體外）的行為與體內(nèi)（體內(nèi)）的同類型細(xì)胞更加相似。這樣做將提高臨床前研究的準(zhǔn)確性，并終提高開發(fā)復(fù)雜疾病治療方法的臨床試驗(yàn)的成功率。