Несмотря на большое количество исследований в области нейронаук принципы передачи информации между отдельными нейронами и их группами остаются до конца не известными. Одним из подходов к изучению механизмов взаимодействия между нейронами в нейрональной сети является регистрация электрической активности групп нейронов in vitro при помощи мультиэлектродных матриц. Использование микрофлюидных технологий позволяет влиять на архитектуру нейронной сети, упорядочивая расположение клеток и влияя на направление роста аксонов и дендритов.

    Существует несколько способов управления архитектурой нейронной сети in vitro с помощью микрофлюидных технологий: с помощью адгезионных молекул, нанесенных на определенные участки стекла или мультиэлектродной матрицы; с помощью электрического поля, отклоняющего аксоны в заданном направлении за счет явления диэлектрофореза; с помощью микроканалов, допускающих рост аксонов только в выбранном направлении.

     Нами разработаны микрофлюидные устройства, размещаемые на мультиэлектродной матрице, которые содержат микроканалы для роста аксонов в заданном направлении. За счет асимметричной формы каналов обеспечивается рост аксонов только в одном направлении. C помощью мультиэлектродной матрицы возможно электрически возбуждать отдельные группы нейронов и регистрировать распространение сигналов к другим участкам сети. Поскольку электрический сигнал в большинстве случаев передается от аксона к дендриту это позволяет осуществить однонаправленную передачу электрических импульсов между популяциями клеток. 

  Такой подход построению связей между нейронами позволяет локализовать пре и постсинаптическую мембрану синапса между аксоном и дендритом и тем самым изучать передачу сигналов через отдельные синапсы. Такие эксперименты позволят лучше понять механизмы синаптической пластичности и ее роли в механизмах запоминания информации в мозге, а также в процессе обучения.

      Кроме того, технология управление архитектурой нейронной сети с помощью микроканалов дает хороший инструмент для изучения механизмов регенерации в нейронных сетях in vitro, в том числе с помощью стволовых клеток. За счет возможности добавлять клетки в заданные места, а также создавать градиенты биологически активных веществ, например факторов роста, и в режиме реального времени регистрировать распространение сигналов по сети можно изучать процесс дифференцировки и встраивания стволовых клеток в существующие сигнальные пути, эволюции нейронной сети под воздействием внешних факторов и много другое.

        Список основных публикаций:

1. A.Gladkov et.al., Scientific Reports volume 7, Article number: 15625(2017), 

doi:10.1038/s41598-017-15506-2

2. Y. Pigareva et.al., IOP Journal of Physics: Conference Series, 2016, 741, 012057, doi:10.1088/1742-6596/741/1/012057

3. E. Malishev et.al., (2016).Front. Neurosci. Conference Abstract: MEA Meeting 2016, doi: 10.3389/conf.fnins.2016.93.00055

4. A. Pimashkin, et.al., (2016). Front. Neurosci. Conference Abstract: MEA Meeting 2016, doi: 10.3389/conf.fnins.2016.93.00106

5. E.Malishev et.al., IOP Journal of Physics: Conference Series 643 (2015) 012025, doi:10.1088/1742-6596/643/1/012025