為了精準解碼NoN之間的聯系，西湖大學先進神經芯片中心提出運用單細胞操控平臺，深入探究細胞間相互作用和細胞功能。我們通過在體外構建可控的、基于單個神經細胞的人造神經網絡，為研究大腦高級功能提供了有力的支持。這一前沿技術的結合，為解鎖大腦奧秘、拓展人類認知邊界帶來了全新的機遇。

在本研究中，我們利用介電泳力，在微電極陣列(MEA)芯片上精確操控單細胞，建立了精準的神經細胞間相互作用模型。此集成平臺能夠精確地操控單個細胞，這些細胞既可以被電極捕獲，也可以在電極之間轉移。每個電極都可以獨立控制，同時也可以記錄相應的神經細胞電生理信號。我們還研究了電極微孔的直徑和深度、細胞的幾何形狀以及控制信號的電壓幅值等多個參數對細胞操控的影響，進一步優化細胞操控時的環境因素。利用293T細胞和神經細胞對芯片的功能進行評估，觀察電場對細胞的影響。在研究的最后，我們記錄了從人類誘導多能干細胞(iPSC)中分化出來的單個神經元和神經元網絡的電生理信號，并對其進行了比較，以證明芯片的功能。所獲得的初步結果將神經網絡的自然生長模型擴展到基于單細胞的可控神經網絡水平，滿足了引入更精細的細胞間相互作用模型的期望。

圖1.細胞操控裝置及原理:(a)裝置示意圖，主要包括具有微流控結構的MEA芯片。細胞被捕獲并在電極之間轉移以實現精確的操控；(b)細胞捕獲過程的模擬結果。細胞從左側釋放，以10μm/s的流速移動。隨后，電極利用介電泳力將細胞捕獲。

相較傳統MEA芯片記錄神經連接，我們的平臺具有獨特優勢，能構建定制化、可控的、基于單細胞的神經元網絡，并實現對網絡中每個神經元的精確記錄。傳統MEA芯片上的神經元網絡是隨機、不可預測的，導致可重復性較低。總體而言，我們的工作結合了單細胞操控技術和MEA神經元記錄的能力，不僅改善了電極-細胞間的耦合，提高了信號記錄質量，還可創建定制的神經元網絡，進行記錄、刺激和訓練。這種綜合性方法為神經科學研究提供了強大而靈活的工具，有望推動對大腦高級功能廣泛而深刻地理解。