跳到主页内容
美国国旗

美国政府的官方网站

Dot政府

gov意味着它是官方的。
联邦政府网站通常以.gov或.mil结尾。之前分享敏感信息，确保你在联邦政府政府网站。

Https系统

该站点是安全的。
这个https（https）：//确保您连接到官方网站，并且您提供的任何信息都是加密的并安全传输。

访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
.2018年7月10日；8(1):10416.
doi:10.1038/s41598-018-28835-7。

使用MEA系统对惊厥和抗惊厥药物在人诱导多能干细胞衍生的皮层神经元网络中的毒理学评估

奥达瓦拉 1 2 三, N松田 1, Y Ishibashi先生 1, R横滨 1, I铃木 4 5 6
附属公司

使用MEA系统对人类诱导的多能干细胞衍生皮层神经元网络中惊厥和抗惊厥药物的毒理学评估

奥达瓦拉等。 科学代表. .

摘要

使用人类诱导多能干细胞（hiPSC）衍生神经元进行功能评估可以预测新药的惊厥毒性和抗癫痫药物的神经效应。然而，不同类型的惊厥药物和抗癫痫药物的反应性差异以及能够比较体外反应和体内反应的评价指标尚不清楚。我们使用多电极阵列（MEAs）观察了不同作用机制的戊四唑（PTZ）和4-氨基普利啶（4-AP）诱发癫痫样活动的同步爆发模式的差异；我们还观察到，100µM的抗癫痫药物苯妥英钠抑制了PTZ诱导的癫痫样活动，但增加了4-AP诱导的癫痫活动。为了将体外结果与体内惊厥反应进行比较，进行了250 Hz以下的频率分析，不包括尖峰成分。体外培养的hiPSC衍生神经元与星形胶质细胞共培养后，在体内观察到高γ波和β波成分的惊厥放电增强。与星形胶质细胞共培养的hiPSC衍生神经元的MEA测量和我们的分析方法，包括频率分析，对于预测惊厥毒性、副作用及其作用机制以及体内诱发惊厥的比较，似乎是有效的。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1
图1
用24孔MEA系统对hiPSC衍生的皮层神经元的自发放电进行细胞外记录，并与hiPSC派生的星形胶质细胞共同培养。(A类)24孔MEA板。（a） MEA板概述。（b） 每孔16个电极的相位对比图。比例尺 = 100微米。（c） 11周时MEA芯片上神经元和星形胶质细胞共培养的免疫荧光图像在体外（WIV）。图像显示神经元使用β-微管蛋白III（绿色），星形胶质细胞使用GFAP（红色）免疫染色。比例尺 = 50微米。(B类)8 WIV下的典型自发放电模式。（a） 5次自然发火的光栅图 24孔384个电极的最小值。与星形胶质细胞样本共培养显示低于192个电极。192个电极上方的光栅图是神经元样本的数据。（b） 1的同步突发发射（SBF）的典型波形 神经元（左）每孔16个电极，与星形胶质细胞共培养（右）。(C类)神经元仅培养样本和共培养样本的信噪比。（n） = 5口井，双尾成对学生井t吨-测试，**p < 0.01）（a）神经元和共培养样本中的峰值振幅。在10次自发放电中检测到负电压峰值 min.将峰值振幅计算为绝对值。（b） 神经元和共培养样本中的噪声。噪声按|平均值计算 + S.D.公司| + |无尖峰电压1的平均−S.D.| 第二。（c） 通过将每口井的峰值振幅平均值除以噪声，计算信噪比。
图2
图2
自发放电的发展和功能成熟。(A类)神经元每个活动电极的放电率以及与星形胶质细胞的共培养（平均10 最小值）从3到10 WIV。白条和黑色分别是神经元和共培养。采用双向方差分析和Holm–Bonferroni方法分析神经元和共培养样本之间的放电频率差异。（**p < 0.001). 折线图显示每16个电极的活动电极数百分比。n个 = 4口井。(B类)谷氨酸受体的电生理功能。（a） 神经元样本中自发放电的光栅图 前分钟，25 µM AP-5，累计30 µM CNQX给药。（b） 共培养样本中的光栅图。（c） 神经元（白色）和共培养（黑色）在AP-5和CNQX给药之前（100%，基线）和之后的总峰值数量变化。（神经元，n = 4口井，共培养，n = 10口井，单因素方差分析和事后Dunnett检验，*p < 0.05，**p < 0.01).
图3
图3
戊四氮（PTZ）和4-氨基吡啶（4-AP）对癫痫样活动的诱导作用，以及苯妥英在9WIV下的抗惊厥作用。在24孔MEA板的不同孔中进行PTZ和4-AP实验。(A类)PTZ诱导癫痫样活动和苯妥英钠的抑制作用。（a） 1的光栅图 神经元样本中PTZ和苯妥英钠给药时的min。将PTZ以增加的浓度添加到培养基中（1 微米，10 100微米 µM和1 mM）。然后添加苯妥英钠（100 µM和200 微米）。（b） PTZ和苯妥英钠在与星形胶质细胞共培养中的反应。比例尺 = 1 最小值（c）与之前相比，药物治疗期间神经元和与星形胶质细胞共培养期间SBF数量的变化（%）（n = 5口井，**p < 0.01). 数据采用单向方差分析，然后采用Holm–Bonferroni方法进行分析。(B类)使用4-AP诱导癫痫样活动以及苯妥英钠的影响。（a） 1的光栅图 神经元样本中4-AP和苯妥英钠给药时的min。4-AP以增加的浓度添加到培养基中（1 微米，10 微米，30 µM和60 微米）。然后添加苯妥英钠（100 200微米 µM和300 微米）。（b） 4-AP和苯妥英钠在与星形胶质细胞共培养中的反应。比例尺 = 1 最小值（c）与之前相比，以及在药物治疗期间，神经元和星形胶质细胞共培养中SBF数量的变化（%） = 6口井，*p < 0.05，**p < 0.01).
图4
图4
PTZ和4-AP给药SBF期间的峰值时间。(A类)PTZ 1处SBF的代表峰值 mM管理。（a） 上图显示了在16个电极上获得的SBF期间峰值的直方图（橙色圆圈；SBF的开始时间，黄色圆圈；SBF的峰值时间，蓝色圆圈；STF的结束时间）。下图显示了16个电极的自发放电光栅图。（b） 神经元和共培养样本的剂量依赖性（n ≧ 5，N.S.不显著）。采用单因素方差分析和事后邓内特检验对数据进行分析。(B类)4-AP 60时SBF的代表峰值 µM给药。（a） 在SBF期间尖峰的峰值时间移动到SBF的开始。（b） 神经元和共培养样本的剂量依赖性（n ≧ 5，**p < 0.01).
图5
图5
使用PTZ和4-AP对SBF进行频率分析。(A类)PTZ诱发SBF的小波分析。（a） 100之前SBF的局部场电位（LFP） µM和1 mM PTZ由同一电极获得。LFP，高通滤波1 记录赫兹。红线表示250以下的频率分量 Hz，使用FIR高截滤波器。（b） 在应用PTZ期间，相应的时间刻度图显示为左轨迹。标量图是根据原始记录道计算的，而不是高质量过滤数据。小波相位相干性用它自己的颜色条显示在它的右侧。（c）1之间的差异的标尺图 mM PTZ和给药前。标尺图下方的图表显示了神经元和共培养样本中每个像素的平均小波变换系数量化的每个频带中的正负变化。N是6个电极的分析数据。分析每个电极的五个SBF，并使用平均值。选择了高信噪比的电极，并选择了五种具有多个活性电极的典型SBF。统计分析采用Holm–Bonferroni方法*表示β波段的显著差异（15-25 Hz），以及†表明与高γ波段（70–150 赫兹；（*p < 0.05，**p < 0.01,†第页 < 0.05,††第页 < 0.01). (B类)4-AP诱发SBF的小波分析。（a） SBF之前的局部场电位（LFP），1 µM和30 同一电极获得的µM 4-AP。（b） 4-AP应用期间相应的时间尺度谱图显示为左迹线。（c） 30之间差异的光谱图 µM 4-AP和给药前。标量图下方的图表显示了神经元和共培养样本中每个像素的平均小波变换系数量化的每个频带中的正负变化。（n） = 每个电极分析5个SBF*是15–25 赫兹。†是70-150 赫兹*第页 < 0.05，**p < 0.01,†第页 < 0.05,††第页 < 0.01).
请参阅PMC中的此图像和版权信息

类似文章

查看所有类似文章

引用人

查看所有“被引用”文章

工具书类

    1. Anson BD、Kolaja KL、Kamp TJ。人类iPS细胞用于预测毒理学的机会。临床药理学和治疗学。2011;89:754–758. doi:10.1038/clpt.2011.9。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Ohara R等人。使用人类iPSC进行药物诱导神经病变的预测毒理学建模。临床药理学和治疗学。2017;101:754–762. doi:10.1002/cpt.562。-内政部-公共医学
    1. Aschner M等人。用于指示化学物质发育神经毒性（DNT）潜力的替代测试方法的参考化合物：示例列表及其选择和使用标准。Altex公司。2017;34:49–74.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Pamies D等人。从诱导的多能干细胞中提取的人脑微生理系统，用于研究神经疾病和毒性。Altex公司。2017;34:362–376. doi:10.14573/altex.1609122。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
    1. 库克·D等人，《阿斯利康药品管道命运的教训：五维框架》，《自然评论》。药物发现。2014;13:419–431. doi:10.1038/nrd4309。-内政部-公共医学

出版物类型