Platforms for Optogenetic Stimulation and Feedback Control

光遗传学 计算机科学 合成生物学 刺激 测距 神经科学 生物 电信 生物信息学
作者
Sant Kumar,Mustafa Khammash
出处
期刊:Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [Frontiers Media]
卷期号:10 被引量:19
标识
DOI:10.3389/fbioe.2022.918917
摘要

Harnessing the potential of optogenetics in biology requires methodologies from different disciplines ranging from biology, to mechatronics engineering, to control engineering. Light stimulation of a synthetic optogenetic construct in a given biological species can only be achieved via a suitable light stimulation platform. Emerging optogenetic applications entail a consistent, reproducible, and regulated delivery of light adapted to the application requirement. In this review, we explore the evolution of light-induction hardware-software platforms from simple illumination set-ups to sophisticated microscopy, microtiter plate and bioreactor designs, and discuss their respective advantages and disadvantages. Here, we examine design approaches followed in performing optogenetic experiments spanning different cell types and culture volumes, with induction capabilities ranging from single cell stimulation to entire cell culture illumination. The development of automated measurement and stimulation schemes on these platforms has enabled researchers to implement various in silico feedback control strategies to achieve computer-controlled living systems—a theme we briefly discuss in the last part of this review.
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