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Cortical Neurons form a Functional Neuronal Network in a 3D Printed Reinforced Matrix.
Advanced Healthcare Materials ( IF 10.0 ) Pub Date : 2020-03-17 , DOI: 10.1002/adhm.201901630 Dieter Janzen 1 , Ezgi Bakirci 2 , Annalena Wieland 3 , Corinna Martin 1 , Paul D Dalton 2 , Carmen Villmann 1
Advanced Healthcare Materials ( IF 10.0 ) Pub Date : 2020-03-17 , DOI: 10.1002/adhm.201901630 Dieter Janzen 1 , Ezgi Bakirci 2 , Annalena Wieland 3 , Corinna Martin 1 , Paul D Dalton 2 , Carmen Villmann 1
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Impairments in neuronal circuits underly multiple neurodevelopmental and neurodegenerative disorders. 3D cell culture models enhance the complexity of in vitro systems and provide a microenvironment closer to the native situation than with 2D cultures. Such novel model systems will allow the assessment of neuronal network formation and their dysfunction under disease conditions. Here, mouse cortical neurons are cultured from embryonic day E17 within in a fiber-reinforced matrix. A soft Matrigel with a shear modulus of 31 ± 5.6 Pa is reinforced with scaffolds created by melt electrowriting, improving its mechanical properties and facilitating the handling. Cortical neurons display enhance cell viability and the neuronal network maturation in 3D, estimated by staining of dendrites and synapses over 21 days in vitro, is faster in 3D compared to 2D cultures. Using functional readouts with electrophysiological recordings, different firing patterns of action potentials are observed, which are absent in the presence of the sodium channel blocker, tetrodotoxin. Voltage-gated sodium currents display a current-voltage relationship with a maximum peak current at -25 mV. With its high customizability in terms of scaffold reinforcement and soft matrix formulation, this approach represents a new tool to study neuronal networks in 3D under normal and, potentially, disease conditions.
中文翻译：
皮质神经元在3D打印增强型矩阵中形成功能性神经元网络。
神经元回路的损伤是多种神经发育和神经退行性疾病的基础。3D细胞培养模型增加了体外系统的复杂性，并提供了比2D培养更接近自然环境的微环境。这种新颖的模型系统将允许在疾病条件下评估神经元网络的形成及其功能障碍。在这里，小鼠皮质神经元从胚胎第E17天开始在纤维增强基质中培养。剪切模量为31±5.6 Pa的柔软Matrigel通过熔融电书写形成的支架进行了加固，从而改善了其机械性能并简化了处理。皮质神经元在3D中显示出增强的细胞活力和神经元网络成熟，这通过在21天的体外树突和突触染色来估计，与2D文化相比，在3D中速度更快。使用具有电生理记录的功能性读数，可以观察到动作电位的不同激发模式，而在钠通道阻滞剂河豚毒素的存在下是不存在的。电压门控钠电流显示电流-电压关系，最大峰值电流为-25 mV。凭借在支架增强和软基质配方方面的高度可定制性，该方法代表了一种在正常以及潜在疾病条件下研究3D神经网络的新工具。电压门控钠电流显示电流-电压关系，最大峰值电流为-25 mV。凭借在支架增强和软基质配方方面的高度可定制性，该方法代表了一种在正常以及潜在疾病条件下研究3D神经网络的新工具。电压门控钠电流显示电流-电压关系，最大峰值电流为-25 mV。凭借在支架增强和软基质配方方面的高度可定制性，该方法代表了一种在正常以及潜在疾病条件下研究3D神经网络的新工具。
更新日期：2020-03-17
中文翻译：
皮质神经元在3D打印增强型矩阵中形成功能性神经元网络。
神经元回路的损伤是多种神经发育和神经退行性疾病的基础。3D细胞培养模型增加了体外系统的复杂性，并提供了比2D培养更接近自然环境的微环境。这种新颖的模型系统将允许在疾病条件下评估神经元网络的形成及其功能障碍。在这里，小鼠皮质神经元从胚胎第E17天开始在纤维增强基质中培养。剪切模量为31±5.6 Pa的柔软Matrigel通过熔融电书写形成的支架进行了加固，从而改善了其机械性能并简化了处理。皮质神经元在3D中显示出增强的细胞活力和神经元网络成熟，这通过在21天的体外树突和突触染色来估计，与2D文化相比，在3D中速度更快。使用具有电生理记录的功能性读数，可以观察到动作电位的不同激发模式，而在钠通道阻滞剂河豚毒素的存在下是不存在的。电压门控钠电流显示电流-电压关系，最大峰值电流为-25 mV。凭借在支架增强和软基质配方方面的高度可定制性，该方法代表了一种在正常以及潜在疾病条件下研究3D神经网络的新工具。电压门控钠电流显示电流-电压关系，最大峰值电流为-25 mV。凭借在支架增强和软基质配方方面的高度可定制性，该方法代表了一种在正常以及潜在疾病条件下研究3D神经网络的新工具。电压门控钠电流显示电流-电压关系，最大峰值电流为-25 mV。凭借在支架增强和软基质配方方面的高度可定制性，该方法代表了一种在正常以及潜在疾病条件下研究3D神经网络的新工具。
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