Crescimento neuronal controlado por campos elétricos de CA em chip

• Autor(a) principal: Dias, Fábio Faria
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/188181
• topic: Engenharia elétrica; Neurons; Hippocampus; ITO; Electrodes; Electrical fields; Microfluidics

Traumas causados por acidentes cerebrais podem induzir degradação e perda do tecido cerebral. A falta de tratamentos para esse tipo de complicação serve como motivação para o desenvolvimento de diferentes pesquisas com foco em formação induzida de sinapses. O presente projeto explora como dispositivos fabricados com canais em escala microscópica podem usar campos elétricos alternados para guiar neurites em determinadas direções e promover conexões entre populações de neurônios. Nosso aparato microfluidico aplica campos AC sobre axônios presentes no topo de lâminas de vidro. As amostras foram projetadas para acoplar eletrodos interdigitados constituídos de óxido de índio e estanho sobre a superfície da lâmina. Esses eletrodos, que são responsáveis pelo estímulo elétrico, são então cobertos por microcanais fabricados em PDMS. Uma análise elétrica dos dispositivos foi realizada com o intuito de verificar se os eletrodos são capazes de fornecer a tensão e a frequência necessária para a realização dos experimentos. Para isso, os aparatos foram submetidos a medidas de impedância e fase para sinais variantes no domínio frequencial. A caracterização elétrica foi feita para conjuntos de eletrodos com diferentes dimensões. Além disso, a influência de meios de cultura iônicos na condutividade das amostras também foi investigada. O uso de meio Neurobasal acarretou em significativa diminuição na impedância do sistema quando comparados às amostras contendo meio aquoso. Para frequências entre 100 kHz e 2 MHz, os dispostivos preenchidos com meio de cultura celular mostraram impedâncias entre [103 − 104] . Isso significa que amostras podem ser conectadas a geradores de função de baixa impedância de saída tendo uma máxima perda de tensão de 50000 ppm. Alguns estudos mostraram bons resultados em crescimento axonal guiado através de aplicações de estímulos elétricos sinusoidais entre 2 e 3 Vp-p sob frequências de 100 kHz. Devido a esse resultado, um gerador de sinais foi projetado e fabricado para entregar estímulos de até 10 Vp-p em frequências entre 0 - 2 MHz. O gerador de sinais mostrou performance limitada com presença de 1 Vp-p de ruído no circuito negativo de alimentação (-5V). Capacitores de desacoplamento foram adicionados nas proximidades do amplificador operacional. Em paralelo ao projeto do gerador de sinais, experimentos eletrocinéticos foram realizados. Micro esferas de silicone provaram a capacidade dos eletrodos interdigitados em guiar partículas. A influência da amplitude do sinal e de sua frequência foram constatadas nesse experimento, porém investigações mais profundas são necessárias para estabelecer uma conclusão sobre os fenômenos por trás dos efeitos vistos. O crescimento orientado dos axônios neuronais foi observado após serem estimulados (experimento realizado em células do hipocampo). Pesquisas mais aprofundadas são necessárias para indicar as razões de tal crescimento.