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產品背景：

在生命科學領域，對細胞電生理活動的研究至關重要。細胞的電活動是生命活動的基本表現之一，它涉及到神經信號傳遞、心臟節律控制、肌肉收縮等諸多關鍵生理過程。然而一直以來想要對它們的功能進行評估卻是個難題。傳統的電生理科研工具通量低，操作既繁復難度較高，僅針對于單個細胞電生理研究。就此而言，胞外記錄宏觀水平電信號的MEA（多電極陣列）技術，不但操作相較更為簡便，可實現高通量對群體細胞的協同電活動進行檢測，而且更能反映細胞在體內的真實電生理活動，是深入研究細胞間的相互作用和復雜的電生理現象的理想工具。

Axion創新推出Maestro高通量MEA系統，將多達728個微小電極組成的精密陣列與多孔板結合，使其能夠同時對多個位點的細胞電生理活動進行高分辨率的記錄，同時高通量、長期監控并分析活細胞的網絡電活動功能。在神經和心臟疾病相關的基因  藥物研發，以及臨床前安全評估領域，得到了極為廣泛的應用。

多孔MEA系統

Maestro 擁有整合式細胞生理環境控制倉，并載有信噪比超1000的核心芯片BioCoreV6，獲得的數據真實可靠。硬件平臺結合下一代數據采集和分析軟件Ax1S，Maestro呈現給您完整的可興奮性細胞網絡特征分析平臺。

產品優勢特征：

1. 無標記、非侵入的實時細胞外微電壓測試技術，保持細胞的原始生理狀態。

2. 多達 768 個超高密度微電極陣列與至多 96 孔板實驗通量相結合，可對電生理活動進行高分辨率高通量的記錄。

3. 任意電極可進行電刺激，且板內所有電極均可同時記錄或進行電刺激。

4. 多型 MEA 板可選 (6/24/48/96 孔板)，孔底透明，方便開展光學觀察，滿足了不同實驗規模的需求。

5. 集成細胞培養室（可控溫控氣體），提供穩定的實驗環境，獲取更準確結果。

6. 特殊設計的Lumos MEA板及控制單元，實現  體外光遺傳學控制。

l 體外生物樣本光遺傳控制系統。

l Lumos24/48/96，三種型號滿足不同通量實驗設計需求。

l 可同時進行光強和光照時長(低至100ms)的控制。

l 可自行設定多至四種不同波長光遺傳通道。

7. 強大而易用的分析軟件

l實時可視電活動熱圖，隨時觀測整板細胞動作電位的反饋。

l 軟件控制CO2、溫度及單/多電極電刺激方案。

l 包含多種數據分析軟件，進行100多個指標的特定應用自動化計算。

l 軟件界面直觀易懂，實驗設計迅速靈活。

應用方向及功能：

神經應用方向：神經、神經類器官、神經毒理、肌肉、視網膜

從三個層面了解神經網絡功能

神經細胞(橙色)經培養覆蓋于固定在多孔板底的電極(灰色)上，這樣細胞群落的電活動就能被捕獲到。

1. 電活動：通過檢測動作電位的發放頻率來反映神經元的功能。

2. 突觸聯接：神經元間突觸建立帶來的放電同步性，毫秒畢現。

3. 網絡功能：其重要標志是細胞興奮性差異導致的網絡放電震蕩。

心臟應用方向：心臟基礎研究、心臟類器官、心臟毒理、神經對心臟的調控、心臟藥物篩選與開發

實時記錄心肌細胞電活動

一次實驗，四項檢測

1. 場電位：檢測心肌活動的主要指標，比如除極、復極、跳動時間和不規律跳動。

2. 動作電位：無標記無損技術，進行其波形定量計算（ADP30/50/90、三角化等），并判斷復雜不規則復極（如EAD）。 

3. 跳動傳播：記錄傳播速率和模式，定量細胞間耦合及其在藥物和生理作用下的相應變化。 

4. 心臟收縮：實時監測收縮舒張動態變化，來反映振幅、時長、興奮-收縮偶聯等重要心跳相關參數。

應用案例：

人多種神經類器官/腦組織凍存新技術

實驗借助Maestro ME冷凍技術是否影響皮層類器官的神經網絡功能（圖1D）。數據顯示，在對照組（未經冷凍處理的類器官）和實驗組（MEDY處理過的類器官）中均能檢測到同步放電（圖1E-G）。并且實驗組的放電頻率（圖1H）、120s內的電極活躍數量（圖1I）、網絡簇放電數量（圖1J）與對照組相比，均未有顯著差異。綜上所述，MEDY 冷凍保存技術并未影響腦類器官的神經功能連接^[1]。

圖1. 利用MEA技術檢測皮層類器官的電生理功能

遞質系統在心房肌細胞興奮中的功能鑒定

研究者構建并誘導分化了GRIA3和GRIN1兩個基因敲低 (mRNA和蛋白表達量均降低50%以上)的人iPSC衍生心肌細胞 (iPSC-CMs)，并借助Maestro MEA系統檢測敲低組與對照組的電活動差異。目的是通過蛋白的低表達模擬拮抗劑作用，從而避免了在體和離體組織電生理實驗中可能存在的脫靶效應。下圖 (圖2 f-i) 結果顯示敲低組樣本心率和電傳導速率均明顯低于對照組，反映出GRIA3和GRIN1的減少極大地降低了心房肌細胞的興奮易感性并減緩了場電位的傳播。

圖2. 對照組及GRIA3 和GRIN1敲低組iPSC-CMs電活動比較

f & g：三組樣本心率熱圖(f)和柱形圖(g) (Student’s t-test，n=5-7，*P< 0.05)

h & i：三組樣本傳導熱圖(h)和傳導速率柱形圖(i) (Student’s t-test，n=5-8，*P< 0.05)

參考文獻：

[1] Xue W, Li H, Xu J, Yu X, Liu L, Liu H, Zhao R, Shao Z. Effective cryopreservation of human brain tissue and neural organoids. Cell Rep Methods. 2024 May 20;4(5):100777. doi: 10.1016/j.crmeth.2024.100777. Epub 2024 May 13. PMID: 38744289; PMCID: PMC11133841.

[2] Xie D, Xiong K, Su X, Wang G, Ji Q, Zou Q, Wang L, Liu Y, Liang D, Xue J, Wang L, Gao X, Gu X, Liu H, He X, Li L, Yang J, Lu Y, Peng L, Chen YH. Identification of an endogenous glutamatergic transmitter system controlling excitability and conductivity of atrial cardiomyocytes. Cell Res. 2021 Sep;31(9):951-964. doi: 10.1038/s41422-021-00499-5. Epub 2021 Apr 6. PMID: 33824424; PMCID: PMC8410866.