Hybrid multiphoton volumetric functional imaging of large-scale bioengineered neuronal networks.
Hybrid multiphoton volumetric functional imaging of large-scale bioengineered neuronal networks.
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DOI：
10.1038/ncomms4997
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发表时间：
2014-06-05
影响因子：
16.6
通讯作者：
Shoham, Shy
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dana, Hod;Marom, Anat;Paluch, Shir;Dvorkin, Roman;Brosh, Inbar;Shoham, Shy
平面神经网络和接口可作为中枢神经系统生理学的多功能体外模型，但相关方法对三维 (3D) 的适应取得了有限的成功。在这里，我们通过引入非线性显微镜和神经组织工程的互补新进展，首次展示了在具有皮质细胞和突触密度的透明水凝胶中生长的生物工程神经组织的体积功能成像。我们的系统采用新颖的混合多光子显微镜设计，结合了 3D 扫描线时间聚焦子系统和传统的激光扫描多光子显微镜，以提供功能和结构体积成像功能：以数十体积/秒的速度对具有毫米级尺寸的结构进行密集显微 3D 采样，其中包含超过 1000 个具有复杂自发活动模式的发育细胞的网络。这些发展为大规模神经元接口和 3D 工程网络的应用（从基础神经科学到神经活性物质的筛选）开辟了新的机遇。
Planar neural networks and interfaces serve as versatile in vitro models of central nervous system physiology, but adaptations of related methods to three dimensions (3D) have met with limited success. Here, we demonstrate for the first time volumetric functional imaging in a bio-engineered neural tissue growing in a transparent hydrogel with cortical cellular and synaptic densities, by introducing complementary new developments in nonlinear microscopy and neural tissue engineering. Our system uses a novel hybrid multiphoton microscope design combining a 3D scanning-line temporal-focusing subsystem and a conventional laser-scanning multiphoton microscope to provide functional and structural volumetric imaging capabilities: dense microscopic 3D sampling at tens of volumes/sec of structures with mm-scale dimensions containing a network of over 1000 developing cells with complex spontaneous activity patterns. These developments open new opportunities for large-scale neuronal interfacing and for applications of 3D engineered networks ranging from basic neuroscience to the screening of neuroactive substances.
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