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Projeto e implementação de um protótipo de amplificador de sinais eletrofisiológicos em culturas in-vitro de neurônios

Autores:Francisco Fambrini, Marco A. Roberto, José H. Saito

Uma Matriz de Microeletrodos (Microelectrode Array, MEA) para cultura in-vitro de neurônios, é um dispositivo em substrato de vidro, com os sensores circulares, na sua região central, no fundo de uma câmara semelhante a uma Placa de Petri, interligados até os conectores na borda do substrato, por trilhas condutoras e isoladas da cultura [1]. Os sinais eletrofisiológicos obtidos são extracelulares e as culturas dissociadas podem ser mantidas vivas, para medições, por várias semanas. As culturas podem ser estimuladas quimicamente ou eletricamente antes das medidas eletrofisiológicas serem realizadas. Os resultados de medidas espontâneas ou estimuladas podem ser usados para o estudo do comportamento dinâmico de células neuronais, da comunicação entre as células, e para estudos de fármacos, analisando o efeito nos sinais eletrofisiológicos, quando são realizadas as estimulações das células cultivadas por drogas. Os resultados de medidas espontâneas ou estimuladas podem ser usados para o estudo do comportamento dinâmico de células neuronais, da comunicação entre as células, e para estudos de fármacos, analisando o efeito nos sinais eletrofisiológicos, quando são realizadas as estimulações das células cultivadas por drogas.
Recentemente, diversos trabalhos tem sido desenvolvidos sobre MEA, como o trabalho de Jimbo e colaboradores, que estudaram a dinâmica de culturas corticais de alta densidade e descobriram que um único estímulo pode produzir uma sequência de pulsos em curto intervalo de tempo (bursts) em todos os microeletrodos [2]. Num outro estudo do Laboratório de Meister, foi descoberto que grupos de até 7 células ganglionares disparam sincronamente e tais grupos representam mais de 50% de todos os registros de pulsos (spikes) da retina [3]. A referência [4] apresenta uma revisão das MEAs e usos em culturas de células. Existem atualmente, vários sistemas comerciais de MEAs, sendo o principal fabricante a Multi Channel Systems (MCS) de Reutlingen, Alemanha [5], que disponibiliza o sistema completo MEA60 de amplificação e aquisição de dados, usando uma MEA conhecida como MEA Padrão, de 60 microeletrodos. A MEA Padrão tem uma área de registro escolhida de 700x700 μm até 5x5 mm; distância entre os microeletrodos, que pode ser escolhida dentre 100, 200 e 500 μm; e diâmetro dos microeletrodos escolhido dentre 10, 20 e 30 μm. Os microeletrodos de Nitrito de Titânio (TiN) tem uma impedância no intervalo entre 20 a 400 kῼ, dependendo do seu diâmetro, e tem uma vida média de utilização de um ano [6]. As trilhas que conectam os sensores circulares dos microeletrodos até a borda do substrato de vidro da MEA Padrão podem ser de Óxido de Índio-Estanho (Indium Tin Oxide, ITO), ou Titânio, e são isoladas eletricamente usando Nitrito de Silício.
Em seguida constam o projeto do sistema de amplificação (Seção 2), simulação e resultados (Seção 3), e conclusões (Seção 4).

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