超軟質シリコーンゲルをインクジェット印刷された3D MEAデバイスのバイオミメティックパッシベーション層として使用する

Ultrasoft Silicone Gel as a Biomimetic Passivation Layer in Inkjet-Printed 3D MEA Devices.

• Hideaki Yamamoto
• Leroy Grob
• Takuma Sumi
• Kazuhiro Oiwa
• Ayumi Hirano-Iwata
• Bernhard Wolfrum

抄録

多電極アレイ（MEA）は、神経細胞や組織の慢性的な記録や刺激に使用される多目的ツールです。神経細胞の成長と機能が足場の硬さにどのように反応するかの理解が最近進んでいることから、ソフトな細胞とデバイスのインターフェースを持つMEAの開発は、in vivoだけでなく、in vitroアプリケーションのためにも重要になってきています。しかし、細胞-デバイス界面の大部分を占めるパッシベーション層は、一般的に剛性の高い材料で作製されている。ここでは、インクジェット印刷と脳に匹敵する剛性を持つポリジメチルシロキサン（PDMS）ゲルを活用した超軟性パッシベーション層を有するMEAデバイスの作製について説明します。PDMSゲルを使用する際の主な課題は、電極のセンシング領域を露出させるためにパターン化することができないことである。この問題は、電極の先端に3Dマイクロピラーを印刷することによって解決される。一次皮質ニューロンを作製したデバイス上で培養し、培養物を効果的に刺激することで、機能的な細胞とデバイスの結合を確認しています。超軟性インターフェイスを備えた3D MEAデバイスは、基礎研究と製薬アプリケーションの両方のためのバイオミメティック環境で培養された生きたニューロンネットワークの誘発活性と薬物反応を研究するための新しいプラットフォームを提供します。

Multielectrode arrays (MEAs) are versatile tools that are used for chronic recording and stimulation of neural cells and tissues. Driven by the recent progress in understanding of how neuronal growth and function respond to scaffold stiffness, development of MEAs with a soft cell-to-device interface has gained importance not only for in vivo but also for in vitro applications. However, the passivation layer, which constitutes the majority of the cell-device interface, is typically prepared with stiff materials. Herein, a fabrication of an MEA device with an ultrasoft passivation layer is described, which takes advantage of inkjet printing and a polydimethylsiloxane (PDMS) gel with a stiffness comparable to that of the brain. The major challenge in using the PDMS gel is that it cannot be patterned to expose the sensing area of the electrode. This issue is resolved by printing 3D micropillars at the electrode tip. Primary cortical neurons are grown on the fabricated device, and effective stimulation of the culture confirms functional cell-device coupling. The 3D MEA device with an ultrasoft interface provides a novel platform for investigating evoked activity and drug responses of living neuronal networks cultured in a biomimetic environment for both fundamental research and pharmaceutical applications.

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