Cette nouvelle technologie d’électrophysiologie peut-elle stimuler la recherche en neurologie?
Une nouvelle technologie d’électrophysiologie émergente, connue sous le nom de réseaux de microélectrodes à haute densité, permet aux chercheurs d’étudier in vitro modèles de maladie cérébrale humaine en détail. Cela crée de nouvelles possibilités pour comprendre les mécanismes sous-jacents des troubles neurologiques, comme la maladie de Parkinson et la sclérose latérale amyotrophique, et faire progresser le développement de la thérapie.
Le développement de nouveaux traitements pour les maladies neurologiques a souffert du manque de in vitro modèles qui représentent adéquatement l’humain in vivo état. D’autres organes ou modèles animaux ne peuvent pas traduire la complexité du cerveau et du système nerveux humains.
L’émergence de modèles améliorés de maladies du cerveau humain qui exploitent la technologie des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) ouvre de nouvelles voies aux chercheurs pour comprendre les mécanismes sous-jacents aux troubles neurologiques courants et développer de nouveaux traitements.
«La technologie iPSC permet de créer des neurones humains en utilisant le sang ou les cellules cutanées de n’importe quel individu», a expliqué Michele Fiscella, vice-président des affaires scientifiques chez MaxWell Biosystems, un fournisseur suisse d’instruments et de logiciels. «Cela change la donne, car la création de neurones à partir d’un patient atteint d’une maladie neurologique crée un moyen entièrement nouveau d’étudier cette maladie.»
Le besoin de techniques d’analyse complémentaires
Les méthodes traditionnelles de mesure de la physiologie des neurones présentent certains inconvénients, notamment une sensibilité et une résolution limitées.
L’analyse patch-clamp est la référence en matière de mesures d’électrophysiologie, mais elle prend du temps, demande beaucoup de travail et ne se prête pas à un débit élevé, in vitro analyses dans des réseaux neuronaux connectés. Les réseaux de microélectrodes traditionnels ne comprennent que quelques électrodes par puits, ce qui se traduit par quelques points de lecture seulement, ce qui permet de rater complètement la détection d’un résultat significatif.
L’imagerie au calcium expose les échantillons à des colorants fluorescents et à la lumière laser, ce qui peut influencer la réponse des cellules et les résultats. Le temps d’analyse est limité de quelques minutes à quelques heures et la sensibilité n’est pas suffisante pour détecter de manière fiable des différences subtiles en réponse aux traitements médicamenteux.
Par conséquent, pour contourner ces limites, des technologies nouvelles et complémentaires seront essentielles pour exploiter le plein potentiel des modèles iPSC dans la recherche en neurosciences et le développement de thérapies.
Systèmes d’enregistrement haute densité pour l’analyse d’échantillons à plusieurs niveaux
MaxWell Biosystems a développé des plates-formes d’électrophysiologie à haut contenu qui permettent la collecte de données à plusieurs niveaux. Ses plates-formes de réseau de microélectrodes haute densité effectuent des enregistrements complexes des activités électriques dans les cellules et les populations cellulaires. La technologie est entièrement sans étiquette, il n’y a donc pas de colorant ou de lumière pour interférer avec les cellules ou la lecture.
«L’activité électrique est très rapide – de l’ordre de la milliseconde – et nos plates-formes peuvent capturer cela car elles détectent directement les signaux électriques», expliqua Fiscella. « Les techniques d’imagerie physiologique standard, telles que l’imagerie calcique, ne peuvent pas atteindre cette résolution temporelle en raison des limites du colorant indicateur. »
Les réseaux de microélectrodes haute densité sont uniques car ils permettent l’extraction de données à partir de plusieurs niveaux dans un échantillon de cellule: au niveau de la population, on peut analyser les connexions entre les cellules individuelles; au niveau cellulaire, on peut examiner l’activité particulière de chaque cellule différente; et au niveau subcellulaire plus profond, on peut observer l’initiation d’un potentiel d’action et suivre sa propagation à travers une cellule et vers la suivante. Il est également possible de voir si la propagation d’un potentiel d’action s’accélère ou ralentit lors de l’ajout d’un candidat médicament.
Les analyses à plusieurs niveaux sont utiles pour étudier les cellules cérébrales, car les chercheurs peuvent répondre à de nombreuses questions en une seule expérience: les cellules forment-elles des connexions? Produisent-ils des oscillations? Quelle population et quels types de cellules sont affectés lorsqu’un composé est ajouté?
« La plupart des autres technologies offrent une analyse des points de terminaison: vous faites une expérience et analysez une cellule spécifique, et au final, le résultat n’est qu’un résumé de la cellule population, » a expliqué Marie Obien, vice-présidente du marketing et des ventes chez MaxWell Biosystems. «Notre réseau de microélectrodes haute densité Les plates-formes vous permettent de suivre le développement de nombreuses cellules en temps réel sur plusieurs jours de manière très détaillée. »
Rencontrez MaxOne et MaxTwo
MaxWell Biosystems propose deux plates-formes de réseau de microélectrodes haute densité, MaxOne et MaxTwo, qui couvrent presque tous les besoins de recherche. MaxOne est une puce à usage unique avec un puits de culture contenant 26 000 électrodes qui capturent des signaux de haute qualité à une résolution sous-cellulaire.
Pour les expériences à long terme, les cellules sont cultivées et caractérisées directement dans le puits. Pour les expériences aiguës, des tranches de tissus tels que les organoïdes, le cerveau ou la rétine sont transférées dans le puits pour analyse.
La puce MaxOne se trouve à l’intérieur d’une petite unité d’enregistrement, qui est placée à l’intérieur de l’incubateur de culture et lit les tirs de cellules. MaxOne convient parfaitement à l’analyse à faible débit de tous in vitro les préparatifs.
MaxTwo est une plate-forme multi-puits avec toutes les capacités de MaxOne mais avec six ou 24 puits. MaxTwo comprend son propre incubateur qui garantit un environnement de culture approprié pendant l’enregistrement des données. MaxTwo convient aux applications de découverte de médicaments, de pharmacologie de sécurité et de phénotypage iPSC et est conçu pour être intégré aux systèmes d’automatisation.
Application de plates-formes d’électrophysiologie à haut contenu
Les réseaux de microélectrodes haute densité de MaxWell ont été utilisés dans une variété d’applications, y compris le phénotypage fonctionnel général des iPSC et l’évaluation des effets des modifications génétiques ou des traitements chimiques. Ils ont également été utilisés pour démontrer le potentiel des organoïdes cérébraux dérivés de l’iPSC dans des études sur la maladie, les mécanismes médicamenteux et les réponses aux stimuli externes.
Dans la découverte de médicaments en neurologie, la capacité des réseaux de microélectrodes à haute densité à collecter des informations à partir de nombreuses cellules individuelles permettra de déterminer la signification statistique d’une expérience à partir de moins de puits. Cela permettra des conclusions plus rapides, économisera des efforts et des coûts, et réduira potentiellement le temps requis pour le développement de médicaments.
«Nos plates-formes sont uniques en raison des détails subcellulaires qu’elles détectent», expliqua Obien. «Non seulement vous pouvez voir le début d’une activité et la regarder se déclencher à travers la cellule et passer à la suivante, mais vous pouvez facilement voir ce niveau de détail pour des milliers de neurones. Ce n’est tout simplement pas possible avec d’autres technologies. »
Visite Site Web de MaxWell Biosystems pour en savoir plus sur sa technologie de réseau de microélectrodes haute densité et ses solutions d’électrophysiologie à haut contenu.
Images via MaxWell Biosystems