一种微芯片，允许科学家以无与伦比的规模和精度研究3D细胞网络的复杂性，已添加到3Brain AG的脑线芯片投资组合中。
与瑞士精密制造专家CSEM合作，3Brain AG今天宣布了这一消息（8月22日）。
细胞电子界面技术还将使科学家能够对宇宙中最复杂的结构，人类大脑的内部运作获得新颖的机械见解。
发育障碍
3脑说，了解器官如何形成以及其细胞的行为对于寻找发育障碍的原因和治疗以及理解某些疾病至关重要。
但是，该公司承认研究活体动物或人类中的大多数器官在技术上很困难，昂贵且侵入性。
它说，像人类衍生的干细胞这样的新生物技术提供了概括人体组织的复杂性和功能，并允许生成新颖和令人兴奋的测试系统，包括多细胞模型，三维培养物和片上的器官。
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模型系统
但是，这些模型系统的复杂性日益增加为研究人员和公司带来了新的挑战。
该公司表示，需要新颖的方法和设备来满足这些系统中生理相关终点的评估的准确性，精度，灵敏度，特异性和重复性要求。
诸如心脏，脑或神经系统之类的电活性组织是由细胞网络建立的，这些细胞网络通过快速去极化其膜电位通过电压门控离子通道的开放和关闭而介导的膜电位。
细胞电源接口是记录或在靠近质膜的细胞外场电势中记录或激发动态变化的设备，对应于离子进入或流出细胞的通量，并实时将这些生物信号连接到计算机。
自由功能成像
3Brain表示，其技术可以同时连接到数千个细胞，并在空间分辨的像素阵列中以每秒20,000帧的速度处理生物信号，这与超高速度高清摄像机不同，从而有效地扩展了标签的概念。超出光学方法的自由功能成像。
目前，该公司指出，细胞电源接口（如斑块夹）以及最近的高密度多电极阵列限制为2D，并且在测量3D模型系统（如脑类器官或组织制备）时遭受了许多限制，因为它们是因为它们无法达到与生理相关细胞的必要近端。
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为了应对这些挑战，3Brain AG与CSEM这是一个具有精确制造专业知识的瑞士研究与技术组织，以基于互补的金属氧化物半导体（CMOS）技术开发3D细胞电子界面。
金电极
3D CMOS微芯片（命名为Accura-3D）配备了安装在数千个生物聚合物覆盖的微针上的感觉金电极。
准确的3D可以在前所未有的深度和分辨率下对3D蜂窝网络进行研究，这将为生物系统的复杂性提供无与伦比的访问。
3Brain AG的首席执行官兼联合创始人Mauro Gandolfo说：“我们真正想要的是授权研究人员提出迄今为止无法调查的新的，大胆的生物学问题。
“我们的细胞电子界面扩展了无光学功能成像的概念，无需生物标记，荧光蛋白或细胞网络的遗传操纵。使用准确的3D，我们创建了一个一流的解决方案，该解决方案可以直接访问3D组织和脑器官的复杂细胞结构。
最大的挑战
“最大的挑战是获取来自单元格的大量数据并处理它们，而不会实时失去关键信息。精确的3D通过片上处理，信号放大和噪音过滤进行了很多繁重的工作，这基本上使芯片本身聪明。
“这种综合的智能与临床前空间中的其他工具是一个显着的区别，可帮助研究人员在前所未有的深度记录甚至积极刺激生物信号。那里没有可比的解决方案。”
3Brain AG一直在研究应用于生命科学的高级微芯片技术已有15年以上。
CSO兼3Brain AG联合创始人Alessandro Maccione说：“我们非常专注于高级细胞模型（例如球体和类器官）提供的机会。我们已经有结果表明，准确的3D在测量生理相关的细胞和生物信号方面非常出色。
脑器官
“我们开始专注于脑器官，因为它们与大脑的毁灭性发育和神经退行性疾病有关，这给我们的社会带来了很大的负担，例如阿尔茨海默氏症和癫痫病。从科学上讲，准确的3D非常令人兴奋，因为它可以使我们更深入地窥视组织和器官的内部工作，并提出以前无法解决的问题。为什么，自发性活动如何在脑器官中出现，如何开始，如何协调脑波？
“神经元活动是否塑造了细胞结构结构，还是反过来？连接如何随着时间的流逝而发展？从健康和处于高危患者中得出的类器官中神经元发育的差异？
“可能性几乎是无穷无尽的，准确的3D正在为我们自己的心灵打开大门，这就是我认为许多科学家希望与我们一起探索的东西。对于许多人来说，可以直接从组织和器官内部收集细胞信息的三维细胞电子界面听起来像是科幻小说。我们使它成为科学事实。”
为了开发准确的3D，3Brain与CSEM合作，通过3D微加工来突破可能的边界。
微加工
CSEM的VP微型和纳米系统的Michele Palmieri说：“与3Brain AG一起，我们的团队一直在开发尖端的微观加工过程，以在预处理的高级CMOS晶圆上创建一个密集的，垂直开发的微针阵列。
“如此高的垂直界限阵列超过了微电极阵列的最新阵列，极端电极垂直/水平纵横比超过8。为了构建它，它需要80多个工艺单元，包括photolithography and etch, multi-metal stack deposition, noble metal electroplating, structural polymeric material, planarization, etc. – to put it simply, it’s a microtechnology masterpiece – a technologist’s and neurobiologist’s ultimate dream.”
