基于微流控芯片的神经细胞发育、细胞通讯网络构建及监测方法研究

近年来，微流控芯片技术因其微型化、集成化、自动化、优异的微流体操控等特点以及模拟体内生理微环境的潜力，在生命科学研究尤其在细胞研究领域发挥了重要作用，且在神经科学研究方面取得了可喜的初步进展并展示了美好的应用前景。本项目将发展基于微流控芯片的神经发育研究、细胞通讯网络构建及检测新方法。在现有研究基础上，充分利用微流控芯片最新关键技术，通过合理精细的芯片结构设计、各种功能化表面修饰以及细胞生理微环境的精确调控，实现神经细胞低密度培养；在微小尺度(几十微米－亚微米)范围精确调控单个神经细胞不同局部生理微环境，在低细胞密度甚至单细胞水平上研究神经细胞发育、轴突导向、突触及网络连接形成过程，并采用集成的微电极阵列实现神经细胞网络通讯的电生理检测。从而获取常规研究方法难以或无法获取的信息。项目的实施可望为在精细条件下深入研究神经发育提供一种新的技术与方法，为认知科学研究服务。

在本项目中，我们成功构建了基于微流控芯片的技术平台，围绕神经元发育以及信号传导实时检测开展研究。研制了新型微流控芯片装置产生渐变浓度梯度，研究了神经元发育过程中轴突的梯度响应特性；制备了新型的尖端极小的纳米电化学探针，首次实时动态监测了神经信号传导过程中突触间隙内神经递质胞吐动力学行为，并在微流控芯片平台上构建了神经通讯网络，实时监测了神经元及其靶细胞之间的神经传导行为；利用微流控芯片构建了集成化的微流控芯片—微电极阵列一体化微全分析系统，实现了细胞的长期培养以及细胞在培养过程中神经递质分子释放的实时监测；此外利用微流控芯片系统体外模拟了三维血管网络，为后续在三维基质材料中构建微血管与神经元网络以研究神经元发育提供了基础。项目接收和发表SCI论文 6篇，其中三篇IF > 5, 一篇IF > 10（已接收），研究成果可望为神经元发育以及神经信号传导研究提供有用的工具。