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Después de una semana (7-10 días) en el chip con medios de diferenciación, los NSC se diferencian en neuronas y las proyecciones neuronales entran en el compartimiento axonal (Figura3). Dentro del chip, las neuronas se unen y distribuyen uniformemente dentro del compartimento somático. En comparación, las neuronas en los dispositivos PDMS se agrupan/agregan tan pronto como 5 días después de la adición de medios de diferenciación, lo que conduce a la salud celular comprometida como se puede ver en la Figura 3B (día 13 imagen ampliada). Las neuronas en los chips se ven saludables con axones incluidos. Las neuronas sanas se pueden mantener dentro de las fichas durante 4-5 semanas.
Para visualizar la maduración de las neuronas y el desarrollo de la columna vertebral dendrítica, el virus de la rabia modificado se entregó al compartimento axonal en el día 29 para retrógrado las neuronas de la etiqueta, incluidas las espinas dendríticas, con proteína fluorescente mCherry. Cuatro días después de la infección por el virus de la rabia, las neuronas que extienden los axones hacia el compartimiento axonal expresaron mCherry. Las neuronas en el día de diferenciación 33mostraron la formación de espinas dendríticas (Figura 4). La visualización de las espinas dendríticas demuestra que las neuronas derivadas del NSC diferenciadas dentro de los chips forman sinapsis maduras.
El chip multi-compartimento también es compatible con la inmunocitoquímica para visualizar la localización celular de la proteína. Después de 26 días de mantener las neuronas en medios de diferenciación, las neuronas fueron etiquetadas para el marcador sináptico excitatorio, vGlut1 (Figura 5). Estos resultados muestran que las neuronas etiquetadas viralmente colocalizan con vGlut1 (Figura 5E) y marcador específico de neuronas, -tubulina III (Figura 5F-H).
La capacidad de crear diferentes microambientes aislados a los axons también se demostró utilizando La hidrazida Alexa Fluor 488, un tinte fluorescente de bajo peso molecular (Figura6).
Los estudios de lesiones de Axon se realizan comúnmente dentro de dispositivos compartimentados. Se realizó una prueba de principio para lesionar selectivamente axons de neuronas diferenciadas con el chip COC premontado (Figura7). Los resultados fueron equivalentes a los dispositivos compartimentados de silicona6,13,14.

Figura 1: El CHIP microfluídico multicompartimento CO-montado premontado. (A) Un dibujo del chip que identifica los pozos superior e inferior. El tamaño del chip es de 75 mm x 25 mm, el tamaño de las diapositivas de microscopio estándar. (B) Una región ampliada que muestra los canales y microgrooves que separan los canales. Se proporcionan detalles adicionales en Nagendran et al.12. (C) Esta fotografía ilustra la creación de microambientes aislados dentro de cada compartimiento utilizando tinte colorante de alimentos. Toda esta cifra ha sido reproducida a partir de 12. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Recubrimiento de viruta compartimentado de plástico y línea de tiempo de revestimiento de celdas NSC. (A) Los chips multicompartimento de plástico fueron recubiertos con una solución de pre-recubrimiento, y luego poli-L-ornitina y laminina antes del pre-acondicionamiento con medios NSC. (B) los SCN estaban chapados con 7 x 104 células en el compartimento somático del chip. Las células fueron cultivadas en medios NSC durante 24 h y luego los medios fueron reemplazados por medios de diferenciación neuronal. Las neuronas diferenciadas se observaron por 7-10 días después de la diferenciación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: comparación de crecimiento de hSC-neurona en chips y dispositivos PDMS. (A) Una imagen de contraste de fase de las neuronas hSC cultivadas a los 13 días después de la diferenciación en el chip multicompartimento de plástico. (B) Una región ampliada de neuronas hSC cultivadas dentro del cuadro blanco en (A) y una región equivalente dentro de un dispositivo PDMS (derecha). las neuronas hSC dentro de los chips se fijan bien. Los grupos de neuronas agregados se forman en dispositivos basados en PDMS. Representante de 2 experimentos independientes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Las neuronas derivadas de NSC humanomuestran morfología delafótica de la columna vertebral. Neurona mCherry retrógrada etiquetada en el día de diferenciación 33 cultivado dentro del chip. La región magnificada esbozada en rojo, destaca la presencia de espinas dendríticas, que proporcionan evidencia que apoya el desarrollo de sinapsis glutamatérgicas maduras. Las flechas rojas apuntan hacia las espinas dendríticas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Las neuronas derivadas de NSC humano cultivadas dentro de chips exhiben sinapsis excitatorias. La inmunomancha se realizó en la diferenciación del día 26. La imagen de la neurona se realizó en el compartimento somático. A) vGlut1 (verde) y (B) Inmunoetiquetado DAPI (azul). (C) neuronas etiquetadas con mCherry (rojo) retrógradas etiquetadas con un virus de la rabia modificado. (D) Un micrográfico fluorescente fusionado de (A-C). (E) Espinas dendríticas y puncta positivo vGlut1 colocalizadas con dendritas mCherry positivas, que se muestran en una región ampliada desde (D). Micrografías de inmunofluorescencia de (F) marcador específico de neurona, á-tubulina III (magenta) y (G) vGlut1 (verde). (H) Superposición de la tubulina III y vGlut1. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Las neuronas mCherry transducidas viralmente extienden las proyecciones en un microambiente localizado de axón establecido dentro del chip COC premontado. (A) neurona etiquetada mCherry extender axons a través de los microgrooves del chip y en un compartimiento de axón aislado. El aislamiento del compartimiento de axón se visualiza con la hidrazida Alexa Fluor 488. Las imágenes de las neuronas ocurrieron en los días de diferenciación 26 y 3 días después de la infección con el virus de la rabia modificado. (B) La imagen de fluorescencia en (A) se fusiona con una imagen DIC. Observe la ubicación de las microranuras. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7: Axotomía realizada dentro del chip multicompartimento COC. (A) mCherry etiquetas neuronas en el día de diferenciación 33 fueron imágenes antes de la axotomía. Tabla de aspecto de color 'Fuego'. (B) Inmediatamente después de la axotomía, mostrando que los axons están completamente cortados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Chips multicompartimento de plástico | Dispositivos multicompartimento PDMS |
| aíslan axons | aíslan axons |
| establecer microambientes | establecer microambientes |
| axotomizca las neuronas | axotomizca las neuronas |
| ópticamente transparente | ópticamente transparente |
| compatible con imágenes de alta resolución | compatible con imágenes de alta resolución |
| compatible con microscopía de fluorescencia | compatible con microscopía de fluorescencia |
| completamente montado | montaje al sustrato requerido |
| axóns sanos >21 días | axóns sanos >14 días |
| superficie de cultivo hidrófilo | Hidrofóbico |
| gas impermeable | gas permeable |
| microgrooves y canales redondeados | microgrooves rectos |
| no es compatible con la ablación láser | Se puede utilizar para la ablación láser cuando las cámaras PDMS se montan en diapositivas especiales compatibles con la ablación láser. |
| dispositivo no se puede modificar para eliminar la parte superior | superior es extraíble para la tinción dentro de microgrooves |
| no es compatible con aceites de inmersión a base de aceite mineral (los aceites a base de silicona están bien) | compatible con aceites de inmersión a base de aceite mineral |
| impermeables a pequeñas moléculas y disolventes orgánicos | absorción de moléculas pequeñas y disolventes orgánicos |
| Sin problemas de fugas con el chip | recubrimiento con poli-L-ornitina y laminina hacen que los dispositivos gotean |
| las neuronas diferenciadas permanecen distribuidas uniformemente (> 4 semanas) en las densidades celulares probadas | neuronas diferenciadas comienzan a acumularse después de 3-4 días en cultivo en las densidades celulares probadas |
Tabla 1: Comparación de chips COC multicompartimento y dispositivos de silicona para el cultivo de neuronas