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La culture in vitro de cellules musculaires provenant de sources humaines et de rongeurs est possible depuis des décennies1,2. Cependant, bien que les préparations standard de lamelles soient utiles pour l’évaluation biochimique, elles ne facilitent pas l’analyse de la production fonctionnelle primaire de la cellule (contractilité) et ont donc une valeur quelque peu limitée en tant que moyen d’évaluer la maturation et les performances cellulaires. Afin de maximiser la quantité de données pouvant être obtenues à partir de ces cultures in vitro, il est nécessaire de faire progresser le développement de systèmes capables d’héberger de telles cellules dans des configurations permettant l’évaluation en temps réel de leur performance fonctionnelle. L’établissement d’une multitude de modèles musculaires tridimensionnels a permis de réaliser certains progrès vers la satisfaction de ce besoin, et de tels systèmes ont été utilisés dans un certain nombre de publications comme moyen d’évaluer la capacité contractile des cellules musculaires cultivées in vitro3-5. Bien que ces systèmes soient inestimables pour la modélisation tissulaire et les études de reconstruction, leur applicabilité limitée pour les études des réponses unicellulaires. Dans les cas où des études sur une seule fibre sont nécessaires, les méthodologies ex vivo complexes et laborieuses restent la seule option6-10. De plus, le mouvement actuel vers le développement de plates-formes complexes et multi-organes pour le développement de médicaments et les protocoles de criblage nécessite la mise en place de systèmes non invasifs, facilement évolutifs et qui s’intègrent facilement aux cellules de soutien et aux modèles tissulaires11.
Les cantilevers à micro-échelle offrent une méthode simple pour évaluer la capacité contractile fonctionnelle de cellules uniques/petites populations de cellules12,13. La technique est basée sur la technologie modifiée de microscopie à force atomique (AFM)14 et utilise un système de laser et de photodétecteur pour mesurer la déviation en porte-à-faux à l’échelle microscopique en réponse à l’activité contractile des myotubes en culture. Les équations de Stoney modifiées sont ensuite utilisées pour calculer la contrainte dans le myotube et la force exercée par le myotube afin de générer la déviation du substrat observée15. Un programme de balayage a été conçu pour permettre l’évaluation simultanée de réseaux de porte-à-faux multiplexés, offrant des applications potentielles à débit modéré à élevé pour les études de toxicité et d’efficacité des médicaments15,16. Une telle technologie pourrait s’avérer inestimable dans le développement d’essais précliniques fonctionnels pour prédire l’efficacité des médicaments in vivo. De plus, la fabrication de puces en porte-à-faux dans le silicium n’entrave pas le traitement post-analyse des cellules pour les tests biomoléculaires standard tels que l’immunomarquage, le western blot et la PCR.
Ce manuscrit fournit des instructions détaillées sur la fabrication et la préparation de cantilevers en silicium à l’échelle microscopique, la configuration matérielle et logicielle, ainsi que les directives de fonctionnement pour évaluer la fonctionnalité des cellules contractiles cultivées sur ces puces. Des techniques de culture cellulaire standard peuvent être mises en œuvre pour le placage et l’entretien des cellules sur ces surfaces, par conséquent, tout type de cellule contractile pour lequel des paramètres de culture fiables existent devrait pouvoir s’intégrer facilement à ce dispositif. Les paramètres de culture 2D relativement simples utilisés dans ce système facilitent l’intégration d’autres modèles cellulaires ou l’ajout de types de cellules capables d’interagir avec les muscles (tels que les neurones innervants), ce qui augmente considérablement l’applicabilité de ce modèle dans le développement d’essais fonctionnels in vitro plus complexes et de modèles multi-organes de systèmes mammifères.