Drug Evaluation of Parkinson’s Disease Patient-Derived Midbrain Organoids Using Mesoporous Au Nanodot-Patterned 3D Concave Electrode

纳米点 类有机物 纳米技术 材料科学 电极 介孔材料 生物医学工程 医学 神经科学 化学 心理学 生物化学 物理化学 催化作用
作者
Joohyun An,Minkyu Shin,Geunyoung Beak,Jinho Yoon,Seewoo Kim,Hyeon‐Yeol Cho,Jeong‐Woo Choi
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:9 (7): 3573-3580 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acssensors.4c00476
摘要

Brain organoids are being recognized as valuable tools for drug evaluation in neurodegenerative diseases due to their similarity to the human brain's structure and function. However, a critical challenge is the lack of selective and sensitive electrochemical sensing platforms to detect the response of brain organoids, particularly changes in the neurotransmitter concentration upon drug treatment. This study introduces a 3D concave electrode patterned with a mesoporous Au nanodot for the detection of electrochemical signals of dopamine in response to drugs in brain organoids for the first time. The mesoporous Au nanodot-patterned film was fabricated using laser interference lithography and electrochemical deposition. Then, the film was attached to a polymer-based 3D concave mold to obtain a 3D concave electrode. Midbrain organoids generated from Parkinson's disease (PD) patient-derived iPSCs with gene mutations (named as PD midbrain organoid) or normal midbrain organoids were positioned on the developed 3D concave electrode. The 3D concave electrode showed a 1.4 times higher electrochemical signal of dopamine compared to the bare gold electrode. And the dopamine secreted from normal midbrain organoids or PD midbrain organoids on the 3D concave electrode could be detected electrochemically. After the treatment of PD midbrain organoids with levodopa, the drug for PD, the increase in dopamine level was detected due to the activation of dopaminergic neurons by the drug. The results suggest the potential of the proposed 3D concave electrode combined with brain organoids as a useful tool for assessing drug efficacy. This sensing system can be applied to a variety of organoids for a comprehensive drug evaluation.
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