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电针心经经穴对心肌缺血大鼠下丘脑旁核神经元电活动的影响
目的:观察针刺心经经穴对心肌缺血大鼠下丘脑室旁核神经元电活动特征的影响,探讨针刺心经抗心肌缺血效应的下丘脑调控机制.方法:随机选取8只SD大鼠作为伪手术组,其余采用冠状动脉左前降支结扎法复制心肌缺血模型.将模型复制成功的大鼠随机分为模型组、电针心经组和电针肺经组,每组8只.电针心经组电针“神门”-“通里”段,电针肺经组电针“太渊”-“列缺”段,刺激20 min,1次/d,共7d.将微电极阵列植入大鼠下丘脑室旁核,采用Plexon多通道采集系统记录神经元放电和场电位;利用Off line Sorter软件进行神经元信号聚类分析,筛选神经元放电信号;采用Neuro Explorer软件对神经元的放电波形进行自相关与互相关分析,并分析各组神经元信号的频率、特征和实时频谱.结果:神经元信号聚类分析和自相关分析可见,伪手术组大鼠下丘脑室旁核区可见2个中间神经元活动,模型组可见2个中间神经元放电活跃,电针心经组可见4个神经元放电活动,其中中间神经元1个、锥体神经元3个,电针肺经组可见1个中间神经元放电活动.互相关分析可见,电针心经组SPK 02 a和SPK 02 b神经元放电活动之间存在抑制关系.神经元放电序列和频率分析可见,与伪手术组比较,模型组大鼠下丘脑室旁核神经元总放电频率明显增强(P＜0.01);与模型组比较,电针心经组大鼠下丘脑室旁核神经元总放电频率显著下降(P＜0.01);电针肺经组大鼠下丘脑室旁核神经元总放电频率明显高于电针心经组(P＜0.01).实时频谱分析显示电针心经组局部场电位频谱能量显著低于模型组和电针肺经组.结论:针刺心经经穴可显著降低下丘脑室旁核中间神经元活动,激活投射到下丘脑室旁核的锥体神经元活动,且中间神经元与锥体神经元之间存在抑制关系,可能是针刺心经抗心肌缺血效应的重要机制之一.
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微电极阵列记录技术在抑郁大鼠模型T1～5脊髓神经电生理变化和心脏局部组织动作电位关系的研究
目的 通过微电极阵(MEA)记录技术记录60个位点标测大鼠T1～5脊髓神经,研究慢性应激对抑郁大鼠模型T1～5脊髓神经的电生理变化对心脏局部组织动作电位的影响.方法 随机将20只大鼠分为对照组和抑郁组,对抑郁组大鼠进行连续21 d的慢性应激.应用MEA记录大鼠T1～5脊髓神经及纪录心率、心房、心室局部组织动作电位时间(APD).结果 抑郁组大鼠慢性应激后的糖水消耗试验、自主活动得分均明显低于对照组,差异有显著统计学意义(P<0.01).抑郁组大鼠T1～5脊髓神经电位时程及心率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.01和P<0.05).抑郁组大鼠心房、心室组织动作电位时间低于对照组大鼠,差异有统计学意义(P<0.05).结论 慢性应激所致的抑郁可明显延长大鼠T1～5脊髓神经电位时程,导致交感神经平衡紊乱,这可能是抑郁导致心律失常的机制之一.
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微电极阵列记录技术在豚鼠整体心脏心室肌电生理特性研究中的应用
动作电位(action potential,AP)记录技术有单电极记录、双电极记录和多电极记录[1],微电极阵列记录技术是惟一一种细胞外无创性60个位点同步、长时间记录心脏、神经等组织电活动的技术[2].
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体外构建组织工程化心肌移植改善心肌梗死大鼠心肌电生理活动
目的 应用微电极阵列芯片(MEA)标测技术评价液态Ⅰ型胶原与新生大鼠心肌细胞混合构建工程化心肌组织(ECT)移植于大鼠陈旧性心肌梗死(MI)区后对心肌电重构的改善作用.方法 采用液态Ⅰ型胶原与新生大鼠心肌细胞混合培养构建ECT片层.48只成年雄性Wistar大鼠,随机分为4组:对照组、MI组、MI+片层移植组(MI+graft组)、MI+假片层移植组(MI+sham-gaft组),每组12只.对照组开胸不结扎动脉,其余各组结扎左冠状动脉前降支,建立大鼠MI模型.MI模型建立2周后行ECT移植.分别于术前及移植后2周行心电图及超声检测,采用主动脉逆行插管Langendorff法灌流心脏,MEA对ECT与宿主心肌之间的电偶联进行检测并记录心肌场电位.取心将ECT横切后采用免疫荧光染色心肌肌钙蛋白T(cTnT)、Ⅷ因子、连接蛋白43(Cx43),在激光扫描共焦显微镜下观察结果,采集图像数据.结果 移植的ECT紧密贴于MI部位,存活良好,有较丰富血管化的发生,在ECT中细胞间和与宿主之间形成了较为广泛的Cx43连接.MI+graft组较MI组左心室舒张末期容积缩小,左心室射血分数增加,但仍不能恢复正常.MI组术后4周较术前QRS时限、QT间期延长(P=0.01),MI+graft组比MI组QRS时限、QT间期缩短(P=0.03),仍比对照组长.MEA记录MI组MI区场电位振幅较对照组明显降低(P=0.01),时限明显延长(P=0.01)；MI+graft组场电位较MI组振幅增加(P=0.01),时限缩短(P=0.02),但较对照组仍未完全恢复.对照组场电位激动传导呈顺序梯度传导.MI组传导不均一性增加,传导梯度样改变消失,MI+graft组使MI面心室肌电活动略呈均一性传导,但较对照组仍未完全恢复.结论 移植的ECT能改善MI大鼠心室肌的收缩功能及电传导时间,可部分修复心脏功能,组织工程化心肌组织有望用于心肌组织的缺损修复.
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微电极阵列技术研究肌质网钙ATP酶过表达对大鼠衰竭心肌电活动的改善作用
目的 探索重组腺病毒(rAd)介导的肌质网Ca2+-ATP酶(SERCA2a)过表达对大鼠心肌梗死后心力衰竭心肌电活动节律和传导的改善作用,并探讨可能的电活动机制.方法 将26只成年雄性SD大鼠随机分为3组:假手术组(n=l0),空病毒对照组(rAd.β-gal组,n=8)和肌质网Ca2+-ATP酶(SERCA2a)转染组(rAd.SERCA2a组,n=8).假手术组仅开胸不结扎动脉,rAd.β-gal组和rAd.SERCA2a组分别进行左冠状动脉前降支结扎建立大鼠心肌梗死后心力衰竭动物模型,同时分别将携带β-gal和SERCA2a基因的重组腺病毒(rAd)导入衰竭心脏,术后2周超声心电图检测心脏舒张功能和收缩功能,心电图监测体表心电活动以及微电极阵列(MEA)技术监测离体心脏组织电活动情况.结果 rAd携带SERCA2a与β-gal基因均成功转入大鼠衰竭心脏.rAd.SERCA2a组可改善心功能,与假手术组相比心室舒张末期容积与心室收缩末期容积轻微增加[(0.41±0.13)cm2对(0.39±0.02)cm2,(0.08±0.02)cm2对(0.06±0.01)cm2,P＞0.05],左心室射血分数[(0.82±0.05)对(0.86±0.01),P＞0.05]和短轴缩短率[(46.6±2.32)％对(49.58±1.71)％,P＞0.05]无明显改变.与假手术组相比,rAd.β-gal组体表心电图QT间期延长[(111.02±7.42) ms对(94.7±1.55) ms,n=6,P＜0.05],室性早搏发生率达71.5％ (5/7),而rAd.SERCA2a组QT间期缩短[(81.45±4.97)ms对(94.7±1.55)ms,n=6,P＜0.05],室性早搏发生率达14.3％(1/7).MEA记录可发现rAd.SERCA2a组心率与假手术组相比差异无统计学意义[(435±31)次/min对(442 ±22)次/min,n=6,P＞0.05],与rAd.β-gal组相比,rAd.SERCA2a组大场电位[(0.82±0.39)mV对(0.64±0.13) mV,n=6,P＜0.05]、小场电位[(1.88±0.57) mV对(1.35±0.12) mV n=6,P＜0.05]、场电位时限[(124.17±21.08)ms对(113.23±12.02) ms n=6,P＜0.05]均延长；rAd.β-gal组梗死区与梗死对侧区心肌组织场电位时限差异有统计学意义[(60.36±2.08)ms对(103.24±7.35) ms,n=5,P＜0.05],并且60通道记录梗死区心肌组织场电位时限离散度大于rAd.SERCA2a组[(38.5ms±4.62)ms对(26.88±5.09) ms,n=5]；rAd.SERCA2a组传导基本一致,使心肌梗死面心室肌组织电活动呈均一性传导.结论 SERCA2a转基因治疗可以显著改善心力衰竭大鼠的左心室收缩功能、舒张功能,同时可以降低心肌梗死后心力衰竭伴发心律失常的发生,改善心脏电活动的均一传导.MEA技术是一项检测心血管疾病动物模型心脏组织电生理节律和频率以及传导活动的理想技术.
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钾通道阻断剂对心房快速起搏兔右心耳场电位时限的影响
目的 应用微电极阵列(MEA)研究钾通道阻断剂对快速起搏(RAP)兔右心耳场电位时限(fAPD)的变化.方法 成年新西兰大白兔40只,体重2.5～3.0 kg,雌雄不拘,由新疆医科大学动物实验中心提供,动物质量属于一级标准.随机分为3组,对照组(non-pace,n=8),起搏+钾通道阻断剂组(TEA、4-AP和BaCl2,每组n=8),起搏+胺碘酮组(n=8).RAP 24 h后,迅速开胸取心脏,剪下右心耳,随即切片(厚度500 μm),将标本固定在MEA记录系统.分别记录正常对照组,给予阻断剂及胺碘酮组MEA形态和fAPD改变.结果 对照组右心耳fAPD为(188.33±18.29)ms,起搏组fAPD为(173.91±6.83)ms.给予20 mmol/L TEA阻断IK,fAPD由(176.67±8.66)ms延长到(196.11±10.76)ms(P=0.012),5 mmol/L 4-AP阻断Ito,fAPD由(169.38±10.56)ms延长到(188.56±13.82)ms(P=0.005).10-4mol/L BaCl2阻断I Kir,fAPD由(182.22±12.87)ms延长到(191.11±13.09)ms(P=0.039).2×10-6mmol/L胺碘酮使fAPD由(167.38±13.67)ms延长到(185.00±15.14)ms(P=0.002).结论 应用MEA技术町真实客观反映心肌组织切片的电生理特性.24 h RAP后,以阻断,Ito,IKur,IK1和IKs为主的钾通道阻断剂延长右心耳fAPD.胺碘酮可有效逆转或阻止右心耳fAPD的延长.
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外源性化合物心脏毒性体外研究新进展
外源性化合物导致的心脏毒性问题一直是毒理学研究中的一个非常重要的关注点.心脏毒性体外研究可以降低研究成本,缩短实验周期,在心脏毒性研究中起重要作用.传统的心脏毒性体外研究方法常存在通量低、操作复杂、预测准确性不好等缺点.近年来,随着科学技术的不断发展,新的心脏毒性研究技术和方法不断出现,包括实时xCELLigence细胞分析技术、微电极阵列技术、扫描离子电导显微镜技术、新型线粒体膜电位检测技术、in-silico模型及新型心肌损伤生物标志物等.本文主要就以上心脏毒性研究的新技术和方法进行了综述.
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具有柔韧性衬底的视网膜微电极阵列的设计
目的:针对视觉假体关键部件视网膜微电极阵列的结构特点和植入要求,设计并制作表层视网膜微电极阵列,并对微电极阵列特性进行测试.方法:以parylene作为柔性衬底材料,Pt为电极阵列材料,设计并制作单层电极及引线分布的视网膜植入微电极阵列,并用三电极测试系统对制作完成的微电极阵列进行电特性测试.结果:对微电极阵列的形态和电化学特性测试结果表明,制作的微电极阵列在外观形态和电学特性上符合设计和视网膜植入的要求.结论:该微电极阵列可以为进一步的动物体电生理实验提供性能可靠的视网膜微电极阵列.
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微电极阵列细胞传感器芯片技术的研究进展
综述了目前国际上基于微电极阵列技术的细胞传感器芯片的研究状况.介绍了微电极阵列的工艺设计、界面模型以及在细胞电生理研究中的应用,同时分析了细胞胞外记录技术在实现组织-细胞以及细胞间信号传导过程的实时动态检测的特点和目前存在的问题.在此基础上,介绍了单细胞以及细胞传感器网络芯片技术的发展.后,提出微电极阵列细胞传感器研究的发展方向.
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C57胎鼠、乳鼠及成年小鼠心室肌细胞分离、培养及鉴定
背景:培养的心肌细胞被广泛应用于心肌细胞的生理特性、毒性实验、基因工程、疾病模型和药物筛选等方面的研究.获得纯度较高活性良好的品系小鼠心肌细胞是研究的关键前提.目的:分离和培养C57小鼠胎鼠、乳鼠及成年小鼠心室肌细胞.方法:应用机械切碎心室肌后,胰蛋白酶消化不同发育阶段的C57小鼠心室肌细胞,差速贴壁1 h纯化心室肌细胞,锥虫蓝染色判定心肌细胞活力,体外分别培养48～72 h后分别行倒置显微镜、扫描及透射电镜观察细胞形态,微电极阵列评价细胞电生理指标,免疫组化鉴定.结果与结论:经3～6次消化后,心室组织消化完全,即刻细胞存活率大于85%.倒置显微镜下观察,细胞呈梭形、多角形.12 h有少部分细胞搏动,48 h细胞交织成网,搏动呈同步性,搏动频率30～90次/min.说明用胰蛋白酶组织消化法可以成功地分离、培养,并获得形态、活力良好的胎鼠、乳鼠及成年C57小鼠心室肌细胞.
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基于MEMS技术的高密度视网膜假体微电极阵列的研制
提出了一种基于MEMS技术设计和制作应用于视网膜假体的柔性神经微电极阵列的工艺流程，引入离子束刻蚀的工艺大幅度减小了导线和线间的宽度，在单层聚合物上制作了高密度的微电极阵列（120通道，10×12阵列）。对实际制得的微电极阵列测试表明，其在1 kHz频率的电脉冲刺激下阻抗均值为16 kΩ±2 kΩ，相位差均值为-85o±3o，达到了预期设计目标。
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基于光解笼锁谷氨酸的离体癫痫模型建立
目的:建立离体癫痫模型模拟癫痫发作,更好地研究癫痫发病的内在机制.方法:针对目前电刺激和药物干预存在的缺陷,建立了基于光解笼锁谷氨酸的神经元细胞刺激系统,并以培养在微电极阵列(MEA)上的海马神经元作为研究对象.特定波长的紫外光经光学聚焦系统聚焦后,照射到笼锁谷氨酸电解液中,解除光敏基团的笼锁作用,释放出谷氨酸.结果:紫外光未作用时海马神经元呈现正常的电位发放;紫外光激发后释放出谷氨酸,海马神经元呈现癫痫样放电.结论:初步建立了离体癫痫模型,为癫痫发病机制的研究提供了理性的离体模型.
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微电极阵列对癫痫灶定位的作用
微电极阵列是在标准电极基础上发展而来的新的电生理技术,其电极直径及相互间距均在一毫米以下,能在更小脑组织空间内探测到标准电极无法探测的异常放电.通过对动物模型进行微电极阵列植入,探测到一些新的癫痫放电模式.对癫痫患者植入,探测到的微型脑电图在空间分布和时间分布上不同于传统的颅内脑电图.这些新的电生理现象能在更加细小的空间内对癫痫灶进行定位,提高癫痫灶定位的准确性.
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基于微电极阵列的多通道电生理检测系统的研制
设计并制备出一套低成本的微电极阵列及多通道电生理检测系统.通过基本的光刻、腐蚀对ITO导电玻璃进行加工,制备带有电极图形的导电玻璃,复合一层绝缘层后获得微电极阵列.利用软件设计PCB电路图并委托公司加工,获得相关系统的硬件部分.在labVIEW平台下进行编程,满足对数据采集卡的操作.我们成功制备了一套低成本的微电极阵列及相关检测系统.该系统用于不同类型神经细胞组成的神经网络自发放电检测,可在体外培养的神经网络中检测到5 μV的神经信号,并在神经网络发育14 d检测到密集的同步簇发动作电位.我们研发的微电极阵列及多通道电生理检测系统具有良好的性能,可用于不同类型神经细胞的神经网络微弱信号的检测与神经网络发育研究.
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兔眼脉络膜上腔多通道微电极阵列植入后视网膜电刺激阈值的研究
目的 研究兔眼脉络膜上腔多通道微电极阵列芯片植入术后,电刺激视网膜诱发的中枢电诱发电位(EEP)的阈值.方法 将多通道刺激电极(二氯代环二聚体为基底,铂电极)植入9只青紫蓝兔左眼后极部的脉络膜上腔,将铂丝制成的参比电极置于玻璃体腔,硬膜外放置记录电极.刺激电极采用双向刺激的方式发出电刺激,在中枢记录EEP.测量产生EEP的阈值,连续记录30次取其平均值.实验结束后处死动物取出眼球行组织学检查.应用检眼镜和OCT检查评价多通道微电极阵列芯片植入和清除后对兔眼组织的安全性.结果 多通道微电极阵列芯片成功植入9只实验兔眼的脉络膜上腔.当脉络膜上腔刺激电极发出电刺激后,可以在硬脑膜外的记录电极处记录到EEP,阈值为(107.14±17.14)nC,(68.20±10.91)μC/cm.光学显微镜下显示视网膜结构完整,刺激电极附近无明显的组织结构的破坏.检眼镜及OCT检查显示相应的脉络膜组织与邻近组织间连接紧密.结论 置于脉络膜上腔的电极发出的电刺激可以有效地诱发出EEP,且其阈值较低;脉络膜上腔是较理想的视网膜假体放置部位.
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神经调节蛋白-1对急性心肌梗死大鼠心电生理的影响
目的 探讨神经调节蛋白1(NRG-1)对心肌梗死(简称心梗)大鼠心脏在体电生理影响.方法 将24只成年SD大鼠随机分为假手术组、心梗组、NRG-1预处理组(预处理组),每组8只,通过结扎冠状动脉前降支建立急性心梗模型.假手术组仅开胸,不结扎冠状动脉,心梗组建立心梗模型,不给药.预处理组于建立心梗模型前30min经鼠尾静脉注射重组人神经调节蛋白1(rhNRG-1)0.01 μg/g.开胸或造模24 h后,运用微电极阵列技术(MEA)记录心肌梗死区、周边区、正常区心外膜场电位(FP),设定观察FP相关指标ISI、FPD FPrise、FPmin、FP-max.结果 与假手术组相比,ISI在心梗组三个区(梗死区、周边区、正常区)、预处理组正常区明显减小;FPD在心梗组三个区明显减小;FPrise在心梗组三个区明显减小;FPmin幅值在心梗组正常区明显增大;FPmax幅值在心梗组三个区和预处理组梗死区、周边区明显减小.与心梗组比较,ISI在预处理组三个区明显增大;FPD在预处理组梗死区、周边区明显增大;FPrise在预处理组梗死区明显增大;FPmin幅值在预处理组正常区明显减小;FPmax幅值在预处理组正常区明显增大(P均＜0.05).结论 NRG-1改变心梗急性期心肌电生理特性,使梗死区、周边区场电位接近正常区电活动.
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应用微电极阵列技术记录及分析在体兔右室场电位
目的 探讨运用微电极阵列(MEA)技术在体记录及分析兔右室场电位(FP)的可行性.方法 将8只大耳兔麻醉后,气管插管,侧卧位固定于家兔固定器上,侧位开胸,充分暴露右心室,将微阵列电极片贴于右室心外膜表面,记录FP图形并对其进行分析.测量2个FP峰值间距(ISI)、FP时间(FPmin与FP max的时间间距,FPdur)、从FPmin到基线所需时间(FPrise),并计算电传导速度(CV).结果 兔的平均(32极)ISI为325.77 ms,大ISI为328.83 ms,小ISI 323.33 ms;平均FPdur为104.14 ms,大FPdur为114.59 ms,小FPdur为85.20 ms;平均FPrise为259.41 ms,大FPrise为276.00 ms,小FPrise为243.27 ms;CV为58.96 cm/s.结论 MEA技术可运用于在体动物实验并记录出良好的FP.
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微电极阵列技术的应用
微电极陈列(MEA)系统适用于培养多种组织系统,包括分离的神经细胞、视网膜、心肌细胞、干细胞、有机培养物和急性分离脑片等.在MEA培养皿上,可以同时记录和刺激多个位点,这大大地扩展了研究的视野,同时又保持了对单细胞的准确记录.在基础生物学和医疗诊断等研究中广泛得到越来越重要的应用.
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自由活动大鼠丘脑底核单细胞放电慢性在体记录的微电极阵列设计
目的 探讨清醒状态下丘脑底核(STN)长期在体多通道单细胞放电记录新技术.方法 采用自行设计的集束式微电极阵列记录STN单细胞放电情况.设计主要由3部分构成:(1)29号皮下注射用不锈钢管为引导管固定电极丝,并作为脑组织接地电极;(2)5根20 μm铂铱合金丝作为记录电极,1根50.8 μm不锈钢合金丝作为局部参考电极,电极尖端呈“路标手”样排列,聚乙二醇固定；(3)带有螺丝旋紧的连接器减少实验动物自由活动带来的信号伪迹.将这种电极用于6只正常清醒大鼠STN单细胞放电记录,评价术后5周内的STN单细胞放电单位的记录稳定性. 结果 术中记录到27个STN放电单位,70.4％(19/27)存活超过2d;5周内记录到9个新生放电单位.术后峰峰波幅与时间之间无显著线性相关性(r=-0.047,P=o.655)；并且信噪比维持稳定,其与峰峰波幅间存在显著线性相关(r=0.934,P=0.000).电极植入3周,仍有超过50％的细胞保留率.相同神经元75％波形相似系数大于0.90. 结论 本研究设计的微电极阵列在记录活动状态下STN单细胞放电时,波形特征稳定,细胞保留率理想,适用于慢性清醒状态在体STN多通道单细胞放电的电生理记录.
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微电极阵列芯片技术研究不同发育阶段C57小鼠心肌细胞的电生理特性
目的:微电极阵列芯片技术研究不同发育阶段C57小鼠心肌细胞的电生理特性.方法:分离13.5～19.5 d胎鼠和2d乳鼠的心室肌细胞并培养于微电极阵列(Microelectrode arrays,MEA)电极盘中48 h,通过倒置相差显微镜,透射电镜、扫描电镜观察其形态,免疫组化鉴定并用MEA技术研究其电生理特性.并对生后1、7、14、21、28、35、＞60 d的意识清醒未麻醉的小鼠行心电图(Electrocardiogram,ECG)和心率变异性(Heart rate variability,HRV)记录.结果:胎鼠心室肌细胞场电位时程(Field potential duration,FPd)随发育而增加(P＜0.01),乳鼠的突然明显缩短(P＜0.01).胎鼠心室肌细胞的搏动频率随发育而减慢.出生后小鼠的心律是窦性心律,平均PR、RR、QRS、QT、JT间期随发育逐渐缩短,7d组比1d组减少的差异有统计学意义(P＜0.01),而14、21、28、35和＞60 d之间差异无统计学意义.J-S-T段在1d小鼠明显抬高,7d组和14d组逐渐降低,到35 d则基本回到基线.HRV随发育逐渐增加.结论:C57小鼠胎鼠心肌细胞FP电生理特性的变化和生后小鼠ECG间期和形态随发育的变化可能为小鼠心脏随发育的电生理特性提供有用的信息.
