2025年1月，東京大學Yoshiho Ikeuchi團隊在期刊《Advanced Healthcare Materials》（IF：10.0）在線發表題為：Insulative Compression of Neuronal Tissues on Microelectrode Arrays by Perfluorodecalin Enhances Electrophysiological Measurements的高水平研究論文。

微電極陣列（MEA）技術為探索神經網絡動力學提供了一種強大的方法。一個關鍵的挑戰是將包括神經類器官在內的3D神經組織與平坦的MEA表面連接起來，因為將神經元放置在電極附近對于記錄神經元的微弱細胞外信號至關重要。

為了提高MEA的性能，大多數研究都集中在改善其表面處理上，而很少關注從介質方面改善組織MEA相互作用。在這里，介紹了一種通過在神經組織上覆蓋全氟十氫萘（PFD）（一種生物相容性氟化溶劑）來增強MEA測量的策略。在腦類器官上放置PFD可以隔離和壓縮MEA上的組織，從而顯著增強電生理記錄。該技術甚至可以檢測到運動神經類器官捆綁軸突中動作電位傳播等細微信號。此外，PFD在急性記錄中穩定組織，其透明度允許進行光遺傳學操作。

這項研究強調了PFD作為完善體外神經元培養電生理測量工具的潛力。這可以開辟新的途徑來利用神經科學研究的準確性，并擴展神經功能和連接的體外研究工具包。

創新點

首次提出了一種通過在神經組織上覆蓋全氟十二烷（PFD）來增強微電極陣列（MEA）電生理測量的方法。

傳統的MEA技術在與3D神經組織（如神經類器官）結合時存在接觸面積有限的問題。該研究通過在MEA上覆蓋PFD，使得3D神經組織與電極表面的接觸面積增大，從而能夠記錄到更多原本無法接觸電極的神經元的活動，拓展了MEA在3D神經組織研究中的應用范圍。

PFD的使用不僅提高了信號的幅度，還增強了信號的信噪比，使得MEA能夠更準確地檢測神經網絡的活動，包括神經元之間的連接和網絡的同步性等。

PFD具有良好的光學透明性，因此在使用PFD增強MEA測量的同時，還可以進行光遺傳學操作。

該方法不僅適用于長期培養的細胞，還能夠用于急性神經組織的記錄。研究者們通過在MEA上覆蓋PFD，成功穩定了自由漂浮的神經類器官，并實現了對其電生理活動的清晰記錄。

文獻精讀

Q1：全氟十二烷（PFD）在神經科學研究中除了增強MEA電生理測量外，還有哪些潛在應用？

A：PFD具有高密度和不溶于水的特性，可以用于增加組織的氧氣供應，支持神經組織的生長和修復，例如在神經損傷修復研究中，通過局部應用PFD來提高受損神經組織的氧合，促進其功能恢復。PFD的化學穩定性和生物惰性使其可以作為藥物載體，將神經藥物精確遞送到目標神經組織，提高藥物的靶向性和有效性，同時減少對其他組織的副作用，這在神經疾病治療研究中具有重要價值。PFD的光學透明性使其在結合光學成像技術時具有優勢，可以在進行電生理記錄的同時，進行神經活動的光學成像，如熒光成像或光遺傳學成像，為研究神經網絡的復雜動態提供更全面的信息。

Q2：在MEA技術中，除了使用PFD外，還有哪些方法可以提高MEA與3D神經組織的接觸面積？

A：一種方法是改進電極設計，例如開發具有三維結構的電極，如錐形電極或微針電極，這些電極可以深入到3D神經組織中，增加與神經元的接觸點。另一種方法是優化MEA的表面特性，通過表面修飾技術，如涂覆生物相容性材料或細胞外基質成分，增強神經組織在MEA上的附著力和生長，從而提高接觸面積。此外，還可以采用微流控技術與MEA結合，通過微流控通道引導神經組織的生長方向，使其更接近電極表面，或者在MEA上構建微尺度的結構，如微槽或微柱，為神經組織提供更多的接觸空間。這些方法各有優缺點，需要根據具體的實驗需求和神經組織的特性進行選擇和優化。

Q3：在使用PFD增強MEA測量時，如何避免或減少背景噪聲的增加？

A：在實驗前對MEA進行充分的清洗和校準，確保電極表面干凈無雜質，減少由于電極污染引起的噪聲。優化PFD的用量和覆蓋方式，避免過量的PFD導致不必要的噪聲增加，同時確保PFD均勻覆蓋在神經組織上，減少局部信號干擾。可以在數據處理階段采用先進的信號處理算法，如小波去噪或自適應濾波等，對記錄到的信號進行降噪處理，提取出有效的神經信號，提高信噪比。還可以在實驗環境中采取屏蔽措施，減少外部電磁干擾對MEA測量的影響，從而降低背景噪聲。