Influence of surface chemical functionalization on growth of neurons

Implantabilní extracelulární neuroelektrody jsou velice slibným řešením pro získávání informací o aktivitě nervových buněk s využitím například v aktivních protézách končetin. Jedním z problémů těchto elektrod je nízká citlivost, která limituje v získání vyššího prostorového rozlišení neuroelektrody ?ideálně na úrovni jednoho neuronu. Ztohoto důvodu je nezbytné nalézt materiál a jeho chemickou modifikaci, aby se co nejvíce zvýšila adheze neuronu k elektrodě. Mezi vhodné materiály pro konstrukci neuroelektrod patří zlato nebo titan. Předmětem studií je využití nanokrystalického diamantu. Cílem této studie bylo nalézt optimální chemické modifikace povrchu neuroelektrody, která umožní co nejlepší kontakt mezi neuronem a elektrodou. Za tímto účelem byla provedena studie, která srovnala vhodnost použití nanovrstvy zlata, nanokrystalického diamantu a skla a následně různé chemické modifikace polyetyleniminem s molekulovou hmotností 800, 2 000 a 750 000 g?mol-1a poly-D-lysinu v kombinaci s lamininem. Sledovanými parametry byl poměr živých buněk k celkovému počtu buněk, koncentrace a velikost živých buněk společně s počtem a délkou jejich výběžků. Pro posouzení těchto parametrů byl v rámci bakalářské práce vytvořen skript vprostředí MATLAB. Nejlepších výsledků jsme dosáhli modifikacísužitím poly-D-lysinuasníženímpočátečníkoncentrace buněk. Při porovnání vlivu molekulové hmotnosti jsme získali nejlepší výsledky při použití polyetyleniminu o hmotnosti 2 000 g?mol-1.Implantable extracellular neuroelectrodes are a very promising solution for gaining information about activity of neuron cells with applications for example for active limbs prosthesis. One of the issues of these electrodes is their low sensibility limiting the achievement of the higher spatial resolution, e.i. readout from single neuron. Because of this reason, it is crucial to find a material and itschemical modification to significantly increase adhesion of neurons to the electrode. Gold and titan layers are considered as suitable materials for the construction of neuroelectrodes. Usage of nanocrystalline diamond is also subject of studies. The aim of this study was to find an optimal chemical surface modifications of neuroelectrodes which enables the best adhesion of a neuron to the electrode. We carried out studies for this purpose ?we compared the suitability of usage of gold nanolayer, nanocrystalline diamond and glass. Afterwards, we evaluated the suitability of chemical modification using polyethylenimine with molecular weight of 800, 2 000 and 750 000 g?mol-1and poly-D-lysine combined with laminine. Examined parameters were living cells to all cells ratio, concentration and largeness of living cells together with the number and length of neurites. Data were evaluated in a script developed in MATLAB. We achieved the best results by usingpoly-D-lysine and by reduction the initial cell concentration. Comparing the influence of molecular weight, we achieved the best results by using polyethylenimine with the molecular weight of 2 000 g?mol-1

Competition between Polymer Treatment and Surface Morphology

The ability to form an efficient interface between material and neural cells is a crucial aspect for construction of neuroelectrodes. Diamond offers material characteristics that could, to a large extent, improve the performance of neuroelectrodes. The greatest advantage of diamond is a large variety of material and surface properties such as electrical conductivity, surface morphology, and surface chemistry. Such a variety of material characteristics can lead to various cellular responses. Here, the authors compare survival, adhesion, and neurite formation of primary neurons on diamond thin films of various morphologies and treatments with several types of polymers commonly used to enhance cell adhesion. The authors find that the variation of surface roughness of nanocrystalline diamond film when coated with polymer does not have a major influence on neuron survival or adhesion. The adhesion of neurons can be influenced by the selected type of polymer coating. High molecular weight of polyethylenimine results in lower viability, adhesion, and neurite formation. The addition of laminin to treated films do not lead to significant improvements in neuron adhesion and neurite development. Their findings emphasize the importance of the correct polymer treatment over morphological properties of diamond thin films as a material for forming interfaces with primary neurons