This study aimed to investigate and compare cell growth manners and functional differences of primary cortical neurons cultured on either poly‐d‐lysine (PDL) and or Matrigel, to delineate the role of extracellular matrix on providing resemblance to in vivo cellular interactions in nervous tissue. Primary cortical neurons, obtained from embryonic day 15 mice pups, seeded either on PDL‐ or Matrigel‐coated culture ware were investigated by DIC/bright field and fluorescence/confocal microscopy for their morphology, 2D and 3D structure, and distribution patterns. Patch clamp, western blot, and RT‐PCR studies were performed to investigate neuronal firing thresholds and sodium channel subtypes Nav1.2 and Nav1.6 expression. Cortical neurons cultured on PDL coating possessed a 2D structure composed of a few numbers of branched and tortuous neurites that contacted with each other in one to one manner, however, neurons on Matrigel coating showed a more complicated dimensional network that depicted tight, linear axonal bundles forming a 3D interacted neuron–astrocyte construction. This difference in growth patterns also showed a significant alteration in neuronal firing threshold which was recorded between 80 < Iinj > 120 pA on PDL and 2 < Iinj > 160 pA on Matrigel. Neurons grown up on Matrigel showed increased levels of sodium channel protein expression of Nav1.2 and Nav1.6 compared to neurons on PDL. These results have demonstrated that a 3D interacted neuron–astrocyte construction on Matrigel enhances the development of Nav1.2 and Nav1.6 in vitro and decreases neuronal firing threshold by 40 times compared to conventional PDL, resembling in vivo neuronal networks and hence would be a better in vitro model of adult neurons.

中文翻译：

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在基质胶上构建三维神经元-星形胶质细胞可增强功能性电压门控钠通道的建立

本研究的目的是调查和比较细胞生长方式和在任聚培养的原代皮层神经元的功能差异d-赖氨酸（PDL）和/或Matrigel，用于描述细胞外基质在提供神经组织中体内细胞相互作用的相似性方面的作用。通过DIC /明场和荧光/共聚焦显微镜对从第15天胚胎幼鼠中接种到PDL或Matrigel包被的培养物上的皮层神经元的形态，2D和3D结构以及分布模式进行了研究。进行了膜片钳，蛋白质印迹和RT-PCR研究，以研究神经元放电阈值和钠通道亚型Nav1.2和Nav1.6表达。在PDL涂层上培养的皮质神经元具有2D结构，该结构由数个分支和弯曲的神经突组成，它们以一对一的方式相互接触。Matrigel涂层上的神经元显示出更为复杂的尺寸网络，该网络描绘了紧密的线性轴突束，形成了3D相互作用的神经元-星形胶质细胞结构。这种生长方式的差异还表明神经元放电阈值发生了显着变化，在PDL上记录为80 <Iinj> 120 pA，而在Matrigel上记录为2 <Iinj> 160 pA。与PDL上的神经元相比，在Matrigel上长大的神经元显示Nav1.2和Nav1.6的钠通道蛋白表达水平升高。这些结果表明，与传统的PDL相比，在Matrigel上进行3D相互作用的神经元-星形胶质细胞构建可增强Nav1.2和Nav1.6的发育，并使神经元放电阈值降低40倍，类似于体内神经元网络，因此将是更好的成人神经元体外模型。线性轴突束形成3D相互作用的神经元-星形胶质细胞结构。这种生长方式的差异还表明神经元放电阈值发生了显着变化，在PDL上记录为80 <Iinj> 120 pA，而在Matrigel上记录为2 <Iinj> 160 pA。与PDL上的神经元相比，在Matrigel上长大的神经元显示Nav1.2和Nav1.6的钠通道蛋白表达水平升高。这些结果表明，与传统的PDL相比，在Matrigel上进行3D相互作用的神经元-星形胶质细胞构建可增强Nav1.2和Nav1.6的发育，并使神经元放电阈值降低40倍，类似于体内神经元网络，因此将是更好的成人神经元体外模型。线性轴突束形成3D相互作用的神经元-星形胶质细胞结构。这种生长方式的差异还表明神经元放电阈值发生了显着变化，在PDL上记录为80 <Iinj> 120 pA，而在Matrigel上记录为2 <Iinj> 160 pA。与PDL上的神经元相比，在Matrigel上长大的神经元显示Nav1.2和Nav1.6的钠通道蛋白表达水平升高。这些结果表明，与传统的PDL相比，在Matrigel上进行3D相互作用的神经元-星形胶质细胞构建可增强Nav1.2和Nav1.6的发育，并使神经元放电阈值降低40倍，类似于体内神经元网络，因此将是更好的成人神经元体外模型。这种生长方式的差异还表明神经元放电阈值发生了显着变化，在PDL上记录为80 <Iinj> 120 pA，而在Matrigel上记录为2 <Iinj> 160 pA。与PDL上的神经元相比，在Matrigel上长大的神经元显示Nav1.2和Nav1.6的钠通道蛋白表达水平升高。这些结果表明，与传统的PDL相比，在Matrigel上进行3D相互作用的神经元-星形胶质细胞构建可增强Nav1.2和Nav1.6的发育，并使神经元放电阈值降低40倍，类似于体内神经元网络，因此将是更好的成人神经元体外模型。这种生长方式的差异还表明神经元放电阈值发生了显着变化，在PDL上记录为80 <Iinj> 120 pA，而在Matrigel上记录为2 <Iinj> 160 pA。与PDL上的神经元相比，在Matrigel上长大的神经元显示Nav1.2和Nav1.6的钠通道蛋白表达水平升高。这些结果表明，与传统的PDL相比，在Matrigel上进行3D相互作用的神经元-星形胶质细胞构建可增强Nav1.2和Nav1.6的发育，并使神经元放电阈值降低40倍，类似于体内神经元网络，因此将是更好的成人神经元体外模型。与PDL上的神经元相比，在Matrigel上长大的神经元显示Nav1.2和Nav1.6的钠通道蛋白表达水平升高。这些结果表明，与传统的PDL相比，在Matrigel上进行3D相互作用的神经元-星形胶质细胞构建可增强Nav1.2和Nav1.6的发育，并使神经元放电阈值降低40倍，类似于体内神经元网络，因此将是更好的成人神经元体外模型。与PDL上的神经元相比，在Matrigel上长大的神经元显示Nav1.2和Nav1.6的钠通道蛋白表达水平升高。这些结果表明，与传统的PDL相比，在Matrigel上进行3D相互作用的神经元-星形胶质细胞构建可增强Nav1.2和Nav1.6的发育，并使神经元放电阈值降低40倍，类似于体内神经元网络，因此将是更好的成人神经元体外模型。