В пробирке двумерных (2D) нейронных сетей, соединенных с микро-матриц электродов (МПС) arethe золотой стандарт, принятый экспериментальную модель для изучения взаимосвязи между нейронных динамики и основной связи. Во время разработки, нейроны воссоздать сложные сети, которые хорошо просмотров definedspatio-temporalpatternsof деятельность ^1,2 (т.е. всплески, сетевые всплески, случайные пики активности). МЭС записи электрофизиологических деятельность с многих сайтах (от десятков до тысяч микроэлектродов), что позволяет детально исследовать выраженных динамики на сетевом уровне. Кроме того, использование диссоциированных культурах делает возможен спроектировать инженерии-сети. Это легче понять, таким образом, функциональные отношения между записанной электрофизиологических деятельности и параметры сетевой организации как плотность клеток ³ степени модульности ^4,5, наличие гетерогенной нейронов попленностей ^6, и т.д. Однако, все исследования в пробирке на диссоциированных клеток, культивируемых на основе нейронных сетей 2D. Такой подход приводит к чрезмерному упрощению по отношению к (внутренне 3-мерной, 3D) системы в естественных условиях: (I) в 2D модели, somata и роста конусов уплощенных и аксонов дендриты-вырост не могут распространяться во всех направлениях ^7. (II) 2D в пробирке сети экспонат стереотипные электрофизиологические динамику с преобладанием трещит деятельность, связанную большинство нейронов сети ^8.

Недавно различные решения были разработаны, чтобы позволить строительство в пробирке 3D диссоциирует нейронные сети. Общая идея состоит в создании эшафот, где нейроны могут расти в 3D моде. Такой каркас может быть реализован с полимерными гелями и твердых пористых матриц ^9-13. Эксплуатируя механические свойства полимеров, можно вставлять внутрь клетки Фесе структур, определяя единую блок 3D культур нейросфер ^11. Главной особенностью этого подхода является жесткая механическая собственностью нейросфер ^9,12. Тем не менее, эти материалы имеют ограниченный пористость, и они не гарантируют миграцию клеток внутри матрицы. Чтобы преодолеть этот недостаток, возможным решением состоит в том нарезки матрицы в 'Unit' модулей. К сожалению, размер и форма разнообразие частиц может помешать упаковка в обычных слоистых структур. В ⁷ Каллен и его коллеги разработали 3D нейронов конструкцию, составленную из нейронов и / или астроцитов в биологически активного внеклеточного матрикса на основе эшафот. Такое инженерии нервной ткани позволил в пробирке исследований для изучения и манипулирования нейробиологические ответы в 3D-среде микро. Эта модель состоит из нейронов и глии, распределенных по всему внеклеточного матрикса (ЕСМ) и / или гидрогеля каркасов (толщиной 500-600 мкм). В этом сотрудничествеndition, оптимальное жизнеспособность клеток (более 90%) была обнаружена путем культивирования клеток в конечной плотностью около 3750 – 5000 клеток / мм ^3. Следует отметить, что такой значение плотности намного ниже, чем в том состоянии, в естественных условиях, где плотность клеток коры мозга мыши составляет около 90000 клеток / мм ^{3 14.} Чтобы преодолеть это ограничение Pautot и сотрудники ¹⁵ реализована система 3D в пробирке, где плотность клеток и подключения к сети контролируются походить в условиях естественных условиях при одновременном обеспечении реального времени визуализации сети. Практически, этот метод основан на том, что культивируемые нейроны диссоциированной способны расти на силикагеле, микрогранул. Эти шарики обеспечивают поверхность роста, достаточно большой для нейронных клеточных тел придерживаться и их arborizations расти, зрелые, расширяющих и определяют синаптические контакты с другими нейронами. Этот метод использует спонтанные сборке свойства монодисперсных шариков для FORM 3D слоистых гексагональных матриц, содержащих различные подмножества нейронов на разных слоях с условной связи между нейронами на различных бусин. Достигнутый плотность клеток с помощью этого метода было около 75000 клеток / мм ^3.

В последнее время мы адаптировали метод Pautot к МПС ^16: полученные результаты показывают, что электрофизиологические деятельность 3D представляет широкий репертуар деятельности, чем та, выраженной 2D сетей. 3D зрелые культур проявляют повышенную динамику, в которой и сеть взрыв и случайные всплеска активности сосуществуют. Аналогичным образом, Тан-Шомер и соавторы ¹⁷ реализован белка шелка на основе пористого матрикса, который поддерживает первичный кортикальный культуру в пробирке в течение нескольких месяцев, и записали электрофизиологическое активности с помощью вольфрамового электрода.

В этой работе, экспериментальные процедуры для создания 3D нейронных сетей, соединенных с МПС будет описано.