Usando nuestra estrategia de diferenciación, el cultivo mostró componentes pre y post-sinápticos de la NMJ en el día 30. Los componentes NMJ fueron inducidos y bien desarrollados en un solo pozo, y su morfología y ubicaciones en la NMJ fueron demostrados por la microscopía IF (Figura 1). El diagrama de flujo de la Figura 1A resume el curso de tiempo de la progresión de la diferenciación NMJ. La tinción de neurofilamentos (NF), vesículas sinápticas (SV2) y AChR (Figura 1B,C) indican las neuronas. Las imágenes de tinción única de NF y SV2 se muestran en la Figura Suplementaria 1. La tinción de alfa-bungarotoxina indica AChR (Figura 1C). La imagen combinada muestra las ubicaciones relativas de una neurona motora y AChR en la NMJ (Figura 1D,E). El segundo conjunto de tinción IF indica la neurona motora por Tuj1 e Islet 1 (Figura 1G,H) y miotubos postsinápticos por cadena pesada de miosina (Figura 1I). Las células Schwann también fueron etiquetadas por el anticuerpo S-100 en el cultivo NMJ (Figura Complementaria 2).
Para confirmar aún más las identidades de los componentes NMJ, utilizamos SEM para el análisis morfológico detallado. La morfología madura NMJ con terminales de axón expandido, axones y fibras musculares se muestran en la Figura 2A,B. TEM se realizó para revelar la ultraestructura madura de los componentes NMJ incluyendo el terminal de axón presináptico con vesículas sinápticas y la parte postsináptica, que está separada por la hendidura sináptica (Figura 2C-u2012E). Los pliegues de unión están indicados por la línea amarilla discontinua, que marca la unión de la neurona y las fibras musculares (Figura 2C). Los terminales de axón maduros que contienen vesículas sinápticas se muestran en la Figura 2D,E (flechas amarillas). Los resultados morfológicos muestran que los componentes NMJ fueron bien inducidos y madurados.
Para evaluar la función del NMJ in vitro, realizamos análisis de movimiento estimulando la neurona motora con CaCl2 para desencadenar contracciones de miotu. Los resultados mostraron que Ca2+ puede desencadenar contracciones musculares. Las contracciones podrían ser interrumpidas por curare. La NMJ mostró señales de movimiento prominentes que desaparecieron con el tratamiento de curare(Figura 3). Este efecto confirma que las señales de la neurona motora se transmitieron a través del NMJ para desencadenar la contracción muscular. En conjunto, los datos de la microscopía IF, SEM y TEM demostraron la distribución espacial, morfología y madurez de los componentes NMJ en el NMJ in vitro generado por el protocolo descrito anteriormente. El análisis de movimiento validó la función del NMJ in vitro, lo que implica su posible aplicación al desarrollo de estrategias terapéuticas.

Figura 1: Diagrama de flujo para la inducción NMJ y las imágenes IF de la referencia cultural NMJ. (A) Un diagrama de flujo para la progresión de la diferenciación NMJ. (B-u2012F) Detección de componentes NMJ, neurofilamentos (NF), vesículas sinápticas (SV2) y AChR. Las flechas blancas en el panel D indican el NMJ. (G-u2012K) Componentes pre y postsinápticos del NMJ. Tuj1 e Islet1 indican la neurona motora, y la cadena pesada de miosina (MYH) indica el miotu. a-BTX, alfa-bungarotoxina. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Imágenes SEM y TEM de NMJ maduro. (A) La distribución espacial de los componentes NMJ muestra el terminal de axón anclado en la superficie de la fibra muscular (Mf). (B) Un aumento más alto del NMJ muestra los terminales de axón. (C) La ultraestructura de un NMJ maduro con terminal de axón presináptico (cabezas de flecha rojas) y vesículas sinápticas (Sv), hendidura sináptica (Sc) y partes postsinápticas (flechas rojas). Los pliegues de unión (jf) se indican mediante la línea discontinua amarilla. Hacha, axón. (D, E) Las imágenes de alto aumento muestran las vesículas sinápticas en terminales de axón (flechas amarillas). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Análisis de contracción de Myotubes de NMJ in vitro. La contracción de los myotubos se activó con una solución de25 mM de CaCl 2 (línea verde). Las contracciones se inhibieron después de tratarse con curare (línea amarilla). Consulte también Película Suplementaria 1 y Película Suplementaria 2. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Película Suplementaria 1: La contracción de los myotubos desencadenada por Ca++. Por favor, haga clic aquí para descargar este video.
Película Suplementaria 2: Se muestra la contracción mucho más débil de los miotubos después del tratamiento con curare. Por favor, haga clic aquí para descargar este video.
Figura complementaria 1: Las imágenes de tinción única de neurofilamentos (NF, flechas blancas) en el cultivo NMJ. Las imágenes de tinción única de vesículas sinápticas (SV2, flechas blancas) en el cultivo NMJ. Haga clic aquí para descargar esta figura.
Figura complementaria 2: Las células Schwann etiquetadas por el anticuerpo S-100 en el cultivo NMJ. Haga clic aquí para descargar esta figura.
| Medio de diferenciación miogénico (MDM) | MEM-alfa | 500mL |
| 100mM 2-ME | 1117-L |
| Doxiciclina | 1 g/ml |
| Ksr | 56mL (final a 10%) |
| Pluma/Strep | 2.5mL |
| Total | 560mL |
|
| 100mM 2-mercaptoetanol | 2-mercaptoetanol | 7-L |
| d.d. agua | 993-L |
| Total | 1000 l |
|
| Medio NMJ | Medio neurobasal (NB) | 500mL |
| B27 | 1x (stock en 50x) |
| Bdnf | 10ng/mL |
| Gdnf | 10ng/mL |
| N2 | 1x (stock en 100x) |
| Nt3 | 10ng/mL |
| Pluma/Strep | 2.5mL |
Tabla 1: Fórmula de medio.