الكشف عن الاستشعار الميكانيكي التفاضلي للخلايا العصبية ضمن الشبكات بواسطة التحفيز الميكانيكي والمراقبة الكهربية الفسيولوجية بدقة دون الخلوية

ملخص يزداد الإجماع على أن الدماغ هو عضو حساس ميكانيكياً مما يؤدي إلى الحاجة إلى أدوات تحفز ميكانيكياً وتسجيل الاستجابة الكهربية الفسيولوجية للخلايا العصبية ضمن الشبكات العصبية في نفس الوقت. هنا نقدم تركيبة متزامنة من الميكروسكوب القوي الذري، وشبكة الأقطاب الصغيرة عالية الكثافة، والميكروسكوب الفلوري لمراقبة الشبكات العصبية وموضعة وتحفيز الخلايا العصبية الفردية بدقة حساسية القوة القليلة نيوتن ودقة النانومتر، بينما نراقب نشاطها الكهربي الفسيولوجي بدقة مكانية دون الخلوية ودقة زمنية مللي ثانية. لم يتم العثور على أي ارتباط بين الصلابة الميكانيكية والنشاط الكهربي الفسيولوجي لمكونات الخلايا العصبية. علاوة على ذلك، تظهر الخلايا العصبية النشطة تلقائياً مرونة وظيفية استثنائية تجاه الضغط الميكانيكي الثابت على جسمها. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي تطبيق المحفزات الميكانيكية السريعة العابرة (~500 مللي ثانية) على جسم الخلية العصبية إلى تحفيز إمكانيات العمل، التي تعتمد على توطن غشاء الخلية العصبية والهيكل الخلوي للأكتين. تظهر الخلايا العصبية استجابة أكبر، بما في ذلك انفجارات من إمكانيات العمل، للمحفزات الميكانيكية العابرة الأبطأ (~60 ثانية). علاوة على ذلك، فإن التطبيق العابر والمتكرر لنفس الضغط يعدل معدل إطلاق الخلايا العصبية. يبدو أن الشبكات العصبية يمكنها التمييز والاستجابة لخصائص محددة من التحفيز الميكانيكي. في نهاية المطاف، تفتح الأداة متعددة المعايير المطورة الباب لاستكشاف الاستجابة النانوية المتعددة البيولوجية الميكانيكية للأنظمة العصبية وطرق جديدة للتحكم الميكانيكي.