沙林是一種神經毒劑,會抑制乙醯膽鹼酯酶(AChE),使原本應被分解的神經傳訊物質持續累積,造成過度刺激。然而,暴露結束後,即使細胞仍然存活、恢復放電,神經細胞之間的協調是否也能恢復?這是評估神經毒性時,需要持續追蹤的問題。
美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL)的 Bogguri 等人,於 2024 年在《Frontiers in Cellular Neuroscience》(《細胞神經科學前沿》)發表研究,以具有類似 AChE 抑制作用的沙林替代試驗物 NIMP,觀察人源神經細胞模型的反應,並追蹤移除試驗物後六天內的功能變化。
研究使用人類誘導性多能幹細胞(iPSC)分化的神經元。iPSC 是將成熟細胞重新編程,使其恢復分化為多種細胞的能力,再用來取得研究所需的細胞。實驗將神經元與原代人類星狀膠質細胞共同培養;星狀膠質細胞則提供支持,協助維持神經元周圍的環境。
細胞培養在微電極陣列(MEA)上,由分布於基底的多個電極記錄電訊號。研究除了觀察「放電活動」,也分析「網路協調性」:前者是神經元發出訊號的情形,後者則關注不同位置的訊號之間是否維持協調關係。因此,有放電並不一定代表整個網路已恢復原有的運作。
培養前,研究人員使用 Harrick Plasma PDC-001-HP 處理 MEA 基材,再完成後續清洗、滅菌及聚乙烯亞胺(PEI)與 laminin 塗佈。電漿清潔與表面活化可改善潤濕性,為後續塗佈準備表面;PEI 與 laminin 則形成有助細胞附著的塗層,供神經細胞培養與後續電活動量測使用。
實驗發現,移除 NIMP 後,網路協調性曾短暫恢復;但較高暴露組從第二天再次下降,至第六天仍受到影響。此時放電活動已恢復,網路協調卻未同步回復。細胞存活檢測也未見明顯下降,顯示單看細胞是否存活或是否放電,可能忽略仍存在的功能異常。多日追蹤讓研究人員看見短期恢復後再次出現的網路變化,補足單一時間點量測難以呈現的資訊。