In our brain, various structural connectivity patterns of neural circuits exist and have unique functions for each circuit played as an important role in the brain. To understand the function of the brain, research on relation between the structural connectivity and function of neural circuits is needed. In vitro neuronal models are being studied as an approach. The neurophysiological characteristics of the model are analyzed through the patterning of nerve cells. Although the importance of three-dimensional cell models emerging, most of these studies have been done on two-dimensional models. In this study, we produced a 3D neuronal experimental model that can analyze the structural connectivity and functional activity to a three-dimensional environment. we attempted to construct a three-dimensional neuronal model using extracellular matrix(ECM)-based hydrogels, and to produce a three-dimensional hydrogel-neuron model with micro-patterns using a micromolding in capillary (MIMIC) technique. The model was made on top of microelectron array to record the neuronal signal. we investigated the hydrogel-neuron interface to maintain structure of micropattern and the structural properties of cell in 3D hydrogel-neuron model. This model is expected to be used as a tool to study the relationship between structural connectivity and functional activity about the three-dimensional environment.
우리 뇌에는 다양한 구조적 연결도 패턴의 신경 회로가 존재하고 각 회로마다의 뇌의 기능에 중요한 역할을 하는 고유한 기능을 가지고 있다. 뇌의 기능을 이해하기 위해선 신경 회로의 연결도와 기능에 대한 연구가 필요하다. 체외 신경세포 모델은 한가지 접근법으로서, 신경세포의 패터닝을 통해 해당 모델이 가지고 있는 신경생리학적 특성에 대한 분석이 이루어지고 있다. 하지만 3차원 세포 모델의 중요성이 대두되고 있는 현재, 이러한 연구는 대부분 2차원 모델에 대해서 행해졌었다. 본 연구에서는 3차원 환경에 대한 구조적 연결도와 기능적 활성도를 분석할 수 있는 신경세포 실험 모델을 제작하였다. 세포외기질 기반의 하이드로겔을 이용해 신경세포의 3차원 모델을 구성시키고 MIMIC 기술을 이용해 미세패턴을 지닌 3차원 하이드로겔-신경세포 모델을 제작하였다. 해당 모델은 신경 신호 측정을 위해 미세전극칩 위에 제작되어 3차원 신경세포 모델의 전기 신호를 측정하였다. 미세패턴의 구조 유지를 위해 하이드로겔-신경세포 인터페이스를 조사하였다. 해당 미세패턴을 지닌 신경세포 모델을 이용해 3차원 모델에 대한 구조적 연결도와 기능적 활성도에 대한 관계를 연구하는데 사용될 것으로 기대한다.
