Morphological and electrophysiological characterization of spiral ganglion neurons cultured in vitro on high-density complementary semiconductor electrode array

Radotić, Viktorija

prikaz prve stranice dokumenta Morphological and electrophysiological characterization of spiral ganglion neurons cultured in vitro on high-density complementary semiconductor electrode array

disertacija

Morphological and electrophysiological characterization of spiral ganglion neurons cultured in vitro on high-density complementary semiconductor electrode array

2024. urn:nbn:hr:171:302514

Radotić, Viktorija

Sveučilište u Splitu
Medicinski fakultet

Citirajte ovaj rad

APA 6th Edition

Radotić, V. (2024). Morphological and electrophysiological characterization of spiral ganglion neurons cultured in vitro on high-density complementary semiconductor electrode array (Disertacija). Split: Sveučilište u Splitu, Medicinski fakultet. Preuzeto s https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:171:302514

MLA 8th Edition

Radotić, Viktorija. "Morphological and electrophysiological characterization of spiral ganglion neurons cultured in vitro on high-density complementary semiconductor electrode array." Disertacija, Sveučilište u Splitu, Medicinski fakultet, 2024. https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:171:302514

Chicago 17th Edition

Harvard

Radotić, V. (2024). 'Morphological and electrophysiological characterization of spiral ganglion neurons cultured in vitro on high-density complementary semiconductor electrode array', Disertacija, Sveučilište u Splitu, Medicinski fakultet, citirano: 13.11.2024., https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:171:302514

Vancouver

Radotić V. Morphological and electrophysiological characterization of spiral ganglion neurons cultured in vitro on high-density complementary semiconductor electrode array [Disertacija]. Split: Sveučilište u Splitu, Medicinski fakultet; 2024 [pristupljeno 13.11.2024.] Dostupno na: https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:171:302514

IEEE

V. Radotić, "Morphological and electrophysiological characterization of spiral ganglion neurons cultured in vitro on high-density complementary semiconductor electrode array", Disertacija, Sveučilište u Splitu, Medicinski fakultet, Split, 2024. Dostupno na: https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:171:302514

Za citiranje koristite ovu mrežnu adresu: https://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:171:302514

Prijavite se u repozitorij kako biste mogli spremiti objekt u svoju listu.

Podaci o radu

Naslov	Morphological and electrophysiological characterization of spiral ganglion neurons cultured in vitro on high-density complementary semiconductor electrode array
Naslov (hrvatski)	Morfološka i elektrofiziološka karakterizacija stanica spiralnog ganglija in vitro uzgojenih na komplementarnom poluvodiču sa elektrodnim sustavima visoke gustoće
Autor	Viktorija Radotić
Mentor	Damir Kovačić (mentor)
Član povjerenstva	Marko Ljubković (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva	Zdravko Petanjek (član povjerenstva)
Član povjerenstva	Marija Raguž (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj	Sveučilište u Splitu Medicinski fakultet Split
Datum i država obrane	2024-05-21, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana	BIOMEDICINA I ZDRAVSTVO Temeljne medicinske znanosti
Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC)	61 - Medicina
Sažetak	Objectives: This study investigated a micro-patterned, high-density complementary metal–oxide semiconductor (CMOS) electrode array to be used as a biologically permissive environment for organization, guidance, and simultaneous electrical stimulation and recording of spiral ganglion neurons (SGN). Methods: SGNs extracted and isolated from cochleae of P5-P7 rat pups and adult guinea pigs were cultured for 1, 4, and 7 days in vitro on glass coverslips (control) and CMOS electrode array. The cultures were analyzed visually and immunohistochemically for SGN presence, outgrowth, neurite alignment, neurite length, neurite asymmetry, and the contact of neuronal soma and neurites with the microelectrodes. Electrophysiological experiments were performed at 37° using a CMOS-like electrode array in two modes. The first, spontaneous, mode focuses on recording intrinsic spontaneous electrophysiological activity without external stimulation to determine whether cells can fire action potentials in the absence of a standard neurotransmitting mechanism via hair cells, while the second, stimulation mode recorded potential cell responses to an electrical biphasic stimulus (positive phase first) with a total duration of 60 µs and an amplitude of 500 nA or 800 nA. Results: Our findings indicate that the topographical environment of the CMOS chip with micro-patterned pillars enhanced growth, survival, morphology, neural orientation, and alignment of SGNs in vitro compared to control. Smaller spacing (0.8-1.6 µm) between protruding pillars on CMOS led SGNs to develop structured and guided neurites oriented along three topographical axes separated by 60°. These results constitute a morphological basis for positioning the microelectrodes on the chip appropriate for direct contact with SGNs. This configuration allowed the CMOS electrode array to electrically stimulate the SGN, whose responses were observed with live Fluo 4 calcium imaging and, at the same time, recorded electrophysiologically using the same CMOS electrode array. The average maximum spike amplitude was 135.4 ± 15.2 µV for recorded spontaneous activity and 130 ± 10 µV for recorded neural activity after stimulation. Conclusion: To the best of our knowledge, this study demonstrates for the first time that simultaneous stimulation and recording with the same electrode array is feasible for measuring auditory neuronal activity from dissociated SGNs. Immunostaining of SGNs cultures grown on a CMOS electrode array for the neuronal marker Tuj revealed both somata and processes of neurons on the electrode surface, in accordance with results that the position of neuronal soma and neurites affects recordings of electrical activity on the CMOS electrode array. The model presented in this study represents a novel in vitro tool to investigate strategies for simultaneous electrical stimulation and recording of auditory neurons to optimize CI technology.
Sažetak (hrvatski)	Cilj: Ova studija istraživala je mogućnost korištenja elektrodnog sustava visoke gustoće temeljenog na CMOS tehnologiji, kao biološki prihvatljivog okruženja za organizaciju, navođenje te električnu stimulaciju živčanih stanica spiralnog ganlija (engl. SGNs). Metode: Stanice spiralnog ganglija, ekstrahirane i izolirane iz pužnica 5-7 dana starih (P5-P7) štakorskih mladunaca i odraslih zamoraca, uzgajane su 1, 4 i 7 dana in vitro na stakalcima (kontrola) te CMOS čipovima. Kulture su analizirane vizualno i imunohistokemijski na prisutnost živčanih stanica spiralnog ganglija, na rast, poravnanje neurita, duljinu neurita, asimetriju neurita te kontakt neuronske some i neurita sa elektrodama. Elektrofiziološki pokusi izvedeni su na 37°C u dva eksperimentalna modusa sa svrhom detekcije živčane aktivnosti koristeći elektrodni sustav koji se temelji na CMOSu. Prvi modus je usredotočen na snimanje intrizične, spontane elektrofiziološke aktivnosti bez vanjske stimulacije kako bi se utvrdilo mogu li neuroni generirati akcijske potencijale u odsutnosti standardnog mehanizma neurotransmisije putem osjetilnih slušnih stanica. Drugi modus je uključivao stimulaciju pomoću koje su bili zabilježeni potencijalni stanični odgovori na električni bifazični podražaj (s prvom pozitivnom fazom) s ukupnim trajanjem od 60 µs i amplitudom od 500 nA ili 800 nA. Rezultati: Rezultati pokazuju, da je topografsko okruženje CMOS čipa sa mikroiglicama poboljšalo rast, preživljavanje, morfologiju te neuralnu orientaciju in vitro uzgojenih živčanih stanica spiralnog ganglija u usporedbi sa kontrolom. Manji razmak (0.8-1.6 µm) između mikroiglica na CMOS čipu doveo je stanice spiralnog ganglija do razvoja strukturiranih i vođenih neurita usmjerenih duž tri topografske osi pomaknutih za 60°. Ti rezultati čine morfološku osnovu za pozicioniranje mikroelektroda na čipu prikladnih za izravan kontakt sa stanicama spiralnog ganglija. Ova konfiguracija je omogućila uspješnu električnu stimulaciju stanica spiralnog ganglija čiji su odgovori promatrani uživo pomoću Fluo 4 oslikavanja kalcija na CMOS čipu. Prosječna maksimalna vršna amplituda je bila 135.4 ± 15.2 µV za zabilježenu spontanu aktivnost te 130 ± 10 µV za zabilježenu živčanu aktivnost nastalu kao odgovor na stimulaciju. Ova studija pokazuje da je istovremena stimulacija te snimanje s istim elektrodnim sustavom elektroda visoke gustoće izvedivo za mjerenje elektrofiziološke aktivnosti živčanih stanica dobivenih iz in vitro kultura stanica spiralnog ganglija. Imunohistokemijsko bojanje kultura uzgojenih na CMOS čipu za neuronski marker Tuj otkrilo je tijela stanica (some) i procese (neurite) neurona na površini elektroda, te u skladu s rezultatima, pokazuje, da položaj neurona i neurita utječe na snimanje električne aktivnosti na CMOS čipu. Model predstavljen u ovoj studiji predstavlja pogodan in vitro alat za istraživanje stimulacijskih protokola za istovremenu električnu stimulaciju i snimanje živčanih stanica spiralnog ganglija u svrhu optimizacije tehnologije kohlearnih implantata (engl. CI).
Ključne riječi
Ključne riječi (hrvatski)
Jezik	engleski
URN:NBN	urn:nbn:hr:171:302514
Studijski program	Naziv: Translacijska istraživanja u biomedicini Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: poslijediplomski doktorski Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, interdisciplinarna područja znanosti (dr. sc.)
Vrsta resursa	Tekst
Način izrade datoteke	Izvorno digitalna
Prava pristupa	Otvoreni pristup
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane	2024-05-17 06:33:18