《Maestro MEA——开创细胞电活动研究新篇章》

产品背景：

在生命科学领域，对细胞电生理活动的研究至关重要。细胞的电活动是生命活动的基本表现之一，它涉及到神经信号传递、心脏节律控制、肌肉收缩等诸多关键生理过程。然而一直以来想要对它们的功能进行评估却是个难题。传统的电生理科研工具通量低，操作既繁复难度较高，仅针对于单个细胞电生理研究。就此而言，胞外记录宏观水平电信号的MEA（多电极阵列）技术，不但操作相较更为简便，可实现高通量对群体细胞的协同电活动进行检测，而且更能反映细胞在体内的真实电生理活动，是深入研究细胞间的相互作用和复杂的电生理现象的理想工具。

Axion创新推出Maestro高通量MEA系统，将多达728个微小电极组成的精密阵列与多孔板结合，使其能够同时对多个位点的细胞电生理活动进行高分辨率的记录，同时高通量、长期监控并分析活细胞的网络电活动功能。在神经和心脏疾病相关的基因治疗药物研发，以及临床前安全评估领域，得到了极为广泛的应用。

多孔MEA系统

Maestro 拥有整合式细胞生理环境控制仓，并载有信噪比超1000的核心芯片BioCoreV6，获得的数据真实可靠。硬件平台结合下一代数据采集和分析软件Ax1S，Maestro呈现给您完整的可兴奋性细胞网络特征分析平台。

产品优势特征：

1. 无标记、非侵入的实时细胞外微电压测试技术，保持细胞的原始生理状态。

2. 多达 768 个超高密度微电极阵列与至多 96 孔板实验通量相结合，可对电生理活动进行高分辨率高通量的记录。

3. 任意电极可进行电刺激，且板内所有电极均可同时记录或进行电刺激。

4. 多型 MEA 板可选 (6/24/48/96 孔板)，孔底透明，方便开展光学观察， 板满足了不同实验规模的需求。

5. 集成细胞培养室（可控温控气体），提供稳定的实验环境，获取更准确结果。

6. 特殊设计的Lumos MEA板及控制单元，实现精准体外光遗传学控制。

l 体外生物样本光遗传控制系统。

l Lumos24/48/96，三种型号满足不同通量实验设计需求。

l 可同时进行光强和光照时长(低至100ms)的控制。

l 可自行设定多至四种不同波长光遗传通道。

7. 强大而易用的分析软件

l 实时可视电活动热图，随时观测整板细胞动作电位的反馈。

l 软件控制CO2、温度及单/多电极电刺激方案。

l 包含多种数据分析软件，进行100多个指标的特定应用自动化计算。

l 软件界面直观易懂，实验设计迅速灵活。

应用方向及功能：

神经应用方向：神经、神经类器官、神经毒理、肌肉、视网膜

从三个层面了解神经网络功能

神经细胞(橙色)经培养覆盖于固定在多孔板底的电极(灰色)上，这样细胞群落的电活动就能被捕获到。

1. 电活动：通过检测动作电位的发放频率来反映神经元的功能。

2. 突触联接：神经元间突触建立带来的放电同步性，毫秒毕现。

3. 网络功能：其重要标志是细胞兴奋性差异导致的网络放电震荡。

心脏应用方向：心脏基础研究、心脏类器官、心脏毒理、神经对心脏的调控、心脏药物筛选与开发

实时记录心肌细胞电活动

一次实验，四项检测

1. 场电位：检测心肌活动的主要指标，比如除极、复极、跳动时间和不规律跳动。

2. 动作电位：无标记无损技术，进行其波形定量计算（ADP30/50/90、三角化等），并判断复杂不规则复极（如EAD）。 

3. 跳动传播：记录传播速率和模式，定量细胞间耦合及其在药物和生理作用下的相应变化。 

4. 心脏收缩：实时监测收缩舒张动态变化，来反映振幅、时长、兴奋-收缩偶联等重要心跳相关参数。

应用案例：

人多种神经类器官/脑组织冻存新技术

实验借助Maestro MEA平台评估了MEDY冷冻技术是否影响皮层类器官的神经网络功能（图1D）。数据显示，在对照组（未经冷冻处理的类器官）和实验组（MEDY处理过的类器官）中均能检测到同步放电（图1E-G）。并且实验组的放电频率（图1H）、120s内的电极活跃数量（图1I）、网络簇放电数量（图1J）与对照组相比，均未有显著差异。综上所述，MEDY 冷冻保存技术并未影响脑类器官的神经功能连接^[1]。

图1. 利用MEA技术检测皮层类器官的电生理功能

谷氨酸递质系统在心房肌细胞兴奋中的功能鉴定

研究者构建并诱导分化了GRIA3和GRIN1两个基因敲低 (mRNA和蛋白表达量均降低50%以上)的人iPSC衍生心肌细胞 (iPSC-CMs)，并借助Maestro MEA系统检测敲低组与对照组的电活动差异。目的是通过蛋白的低表达模拟拮抗剂作用，从而避免了在体和离体组织电生理实验中可能存在的脱靶效应。下图 (图2 f-i) 结果显示敲低组样本心率和电传导速率均明显低于对照组，反映出GRIA3和GRIN1的减少极大地降低了心房肌细胞的兴奋易感性并减缓了场电位的传播。

图2. 对照组及GRIA3 和GRIN1敲低组iPSC-CMs电活动比较

f & g：三组样本心率热图(f)和柱形图(g) (Student’s t-test，n=5-7，*P< 0.05)

h & i：三组样本传导热图(h)和传导速率柱形图(i) (Student’s t-test，n=5-8，*P< 0.05)

参考文献：

[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.