Low-intensity focused ultrasound enables temporal modulation of human midbrain organoid differentiation

类有机物 中脑 强度(物理) 调制(音乐) 超声波 神经科学 生物 医学 物理 放射科 光学 声学 中枢神经系统
作者
Jinseong Jeong,Yehhyun Jo,Youngsun Lee,Eunyoung Jang,Yeonji Jeong,Won Do Heo,Jennifer H. Shin,Mi‐Ok Lee,Hyunjoo J. Lee
标识
DOI:10.1101/2025.08.29.672992
摘要

Abstract Controlling the precise timing of biosignaling cues in complex 3D models such as organoids is critical for guiding cellular differentiation and functional maturation. Ultrasound stimulation, a next-generation neuromodulation modality, offers unique advantages due to its wide range of tunable waveform parameters, including pulse repetition frequency (PRF) and acoustic intensity (I). However, there is still a lack of precision stimulation platforms and comprehensive biomarker assays for selective control of organoid development. Here, we introduce a modular piezoelectric ultrasound stimulation platform that integrates seamlessly with conventional multi-well plates, enabling parameter-controlled neuromodulation of midbrain organoids (mBOs). Using two distinct ultrasound regimes, we demonstrate that ultrasound can specifically modulate cellular differentiation by promoting dopaminergic progenitor markers while delaying terminal differentiation. Importantly, ultrasound stimulation did not induce cellular damage, as confirmed by the absence of apoptosis and DNA damage markers. This work demonstrates the potential of focused ultrasound as a safe, non-invasive, and tunable biophysical cue for temporal regulation of organoid differentiation and maturation. Teaser Temporal modulation of early-stage midbrain organoid differentiation using precision ultrasound stimulation

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