Three-dimensional mapping and regulation of action potential propagation in nanoelectronics-innervated tissues.
Three-dimensional mapping and regulation of action potential propagation in nanoelectronics-innervated tissues.
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DOI：
10.1038/nnano.2016.96
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发表时间：
2016-09
影响因子：
38.3
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
三维（3D）组织中电生理的实时映射和操纵可以广泛地影响基础科学和临床研究，但实现缺乏有效的方法。在这里，我们介绍了组织支架模拟3D纳米电子阵列组成的64个可寻址的设备与亚细胞尺寸和亚毫秒的时间分辨率。实时细胞外动作电位（AP）记录揭示了AP在3D心脏组织中传播的定量图，能够原位追踪发育中心脏组织中3D传导通路的演变拓扑结构，并探测短暂性心律失常疾病模型和随后的组织自适应中AP传导特征的动态。我们进一步展示了同时多部位刺激和映射，以积极操纵AP传播的频率和方向。这些结果建立了三维时空组织记录和控制的新方法，并展示了影响再生医学，药理学和电子治疗学的潜力。
Real-time mapping and manipulation of electrophysiology in three-dimensional (3D) tissues could impact broadly fundamental scientific and clinical studies, yet realization lacks effective methods. Here we introduce tissue-scaffold-mimicking 3D nanoelectronic arrays consisting of 64 addressable devices with subcellular dimensions and sub-millisecond time-resolution. Real-time extracellular action potential (AP) recordings reveal quantitative maps of AP propagation in 3D cardiac tissues, enable in situ tracing of the evolving topology of 3D conducting pathways in developing cardiac tissues, and probe the dynamics of AP conduction characteristics in a transient arrhythmia disease model and subsequent tissue self-adaptation. We further demonstrate simultaneous multi-site stimulation and mapping to manipulate actively the frequency and direction of AP propagation. These results establish new methodologies for 3D spatiotemporal tissue recording and control, and demonstrate the potential to impact regenerative medicine, pharmacology and electronic therapeutics.
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影响因子：
38.3
作者：
Liu J;Fu TM;Cheng Z;Hong G;Zhou T;Jin L;Duvvuri M;Jiang Z;Kruskal P;Xie C;Suo Z;Fang Y;Lieber CM
通讯作者：
Lieber CM
影响因子：
25
作者：
St-Pierre, Francois;Marshall, Jesse D.;Yang, Ying;Gong, Yiyang;Schnitzer, Mark J.;Lin, Michael Z.
通讯作者：
Lin, Michael Z.
影响因子：
6.1
作者：
Grosberg A;Alford PW;McCain ML;Parker KK
通讯作者：
Parker KK
影响因子：
38.3
作者：
通讯作者：
--
影响因子：
48
作者：
Kralj, Joel M.;Douglass, Adam D.;Hochbaum, Daniel R.;Maclaurin, Dougal;Cohen, Adam E.
通讯作者：
Cohen, Adam E.