Cette procédure décrit comment lancer rapidement, étendre et connecter des neurites organisées dans des chambres microfluidiques en utilisant des billes revêtues de poly-D-lysine fixées sur des micropipettes qui guident l'allongement des neurites.
Article de méthode
Cette procédure décrit comment lancer rapidement, étendre et connecter des neurites organisées dans des chambres microfluidiques en utilisant des billes revêtues de poly-D-lysine fixées sur des micropipettes qui guident l'allongement des neurites.
Les lésions du cerveau et de la moelle épinière peuvent conduire à un handicap permanent et à la mort car il n'est toujours pas possible de régénérer les neurones sur de longues distances et de les reconnecter avec précision à une cible appropriée. Ici, une procédure est décrite pour lancer rapidement, allonger et connecter de manière précise de nouveaux circuits neuronaux fonctionnels sur de longues distances. Les taux d'extension atteints atteignent plus de 1,2 mm / h, 30 à 60 fois plus vite que les taux in vivo des axones à plus forte croissance du système nerveux périphérique (0,02 à 0,04 mm / h) 28 et 10 fois plus rapides que précédemment signalés pour le même Type neuronal à un stade de développement antérieur 4 . Premièrement, les populations isolées de neurones d'hippocampe de rat sont cultivées pendant 2-3 semaines dans des dispositifs microfluidiques pour positionner précisément les cellules, ce qui permet une micromanipulation facile et une reproductibilité expérimentale. Ensuite, les perles recouvertes de poly-D-lysine (PDL) sont placées sur des neurites pour former un conteneur adhésifLes actes et la micromanipulation par pipette sont utilisés pour déplacer le complexe résultant de neurites-perles. À mesure que le cordon est déplacé, il élimine un nouveau neurite qui peut être étendu sur des centaines de micromètres et connecté fonctionnellement à une cellule cible en moins de 1 h. Ce processus permet une reproductibilité expérimentale et une facilité de manipulation tout en contournant des stratégies chimiques plus lentes pour induire une croissance des neurites. Les mesures préliminaires présentées ici démontrent un taux de croissance neuronal dépassant largement les facteurs physiologiques. La combinaison de ces innovations permet l'établissement précis de réseaux neuronaux en culture avec un degré de contrôle sans précédent. C'est une méthode novatrice qui ouvre la porte à une multitude d'informations et d'informations sur la transmission et la communication du signal dans le réseau neuronal, tout en étant une aire de jeux pour explorer les limites de la croissance neuronale. Les applications et expériences potentielles sont répandues avec des implications directes pour les thérapies qui visent à reconnecter les neuronesL après un traumatisme ou dans des maladies neurodégénératives.
Les blessures au système nerveux central adulte (SNC) peuvent entraîner un handicap permanent en raison de mécanismes multiples qui limitent la repousse axonale 1 . Après une blessure, de nombreux axones CNS ne forment pas un nouveau cône de croissance et ne parviennent pas à monter une réponse régénératrice efficace 2 . En outre, les dommages et les tissus cicatriciels entourant les lésions du SNC inhibent de manière significative la croissance axonale 1 , 2 , 3 . Les thérapies actuelles pour favoriser la régénération du SNC après une blessure se sont concentrées sur l'amélioration du potentiel de croissance intrinsèque du neurone blessé et sur le masquage des inhibiteurs de l'extension axonale associée aux débris de myéline et à la cicatrice gliale 1 , 3 . Malgré cela, la capacité de régénérer les axones longs vers des cibles distantes et de former des synapses fonctionnelles appropriées reste sévèrement limitée 4 , 5 , 6 , 7 .
Dans le présent travail, les microbilles, la micromanipulation par pipette et les dispositifs microfluidiques sont utilisés pour lancer rapidement, allonger et connecter avec précision de nouveaux circuits neuronaux fonctionnels sur de longues distances. Des travaux antérieurs ont montré que les perles revêtues de poly-D-lysine (PDL-beads) induisent une adhérence membranaire suivie par le regroupement des complexes de vésicules synaptiques et la formation de boutons presynaptiques fonctionnels 8 . Il a également été démontré que lorsque le cordon PDL s'écarte mécaniquement après la différenciation présynaptique, le groupe de protéines synaptiques suit le cordon, en initiant un nouveau neurite 9 . La procédure suivante exploite ce fait avec la capacité de culture des neurones embryonnaires de l'hippocampe de rats dans des régions organisées sur une lamelle en utilisant des dispositifs microfluidiques de polydiméthylsiloxane (PDMS) pour renvoyer précisément un neuronecircuit.
Ces dispositifs microfluidiques PDMS sont non toxiques, optiquement transparents et se composent de deux chambres connectées par un système de microcanaux. Une fois assemblé sur une lamelle, chaque dispositif sert de moule pour guider la croissance neuronale et maintenir des cultures neuronales saines sur des motifs précis pendant plus de 4 semaines in vitro .
Ici, un cadre est présenté pour étudier les limites d'extension et de fonctionnalité du nouveau neurite. Des neurites nouveaux et fonctionnels sont créés et positionnés de manière à pouvoir (re) câbler des réseaux neuronaux de manière contrôlable. Les taux d'extension atteints sont supérieurs à 20 μm / min par rapport aux distances à l'échelle millimétrique et les connexions fonctionnelles sont établies. Ces résultats montrent, de façon inattendue, que la capacité intrinsèque de ces neurites pour l'allongement est beaucoup plus rapide qu'on ne le pensait auparavant. Cette approche mécanique proposée contourne les stratégies chimiques lentes et permet une connexion contrôlée à une cible spécifique. ThLa technique ouvre de nouvelles avenues pour l'étude in vitro de nouvelles thérapies pour restaurer la connectivité neuronale après une blessure. Il permet également la manipulation et le câblage des réseaux neuronaux pour étudier les aspects fondamentaux du traitement du signal neuronal et de la fonction neuronale in vitro .
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Toutes les procédures détaillées ci-dessous ont été approuvées par le Comité des soins animaux de l'Université McGill et sont conformes aux lignes directrices du Conseil canadien des soins animaux.
1. Normalisation des cultures neuronales à l'aide de dispositifs microfluidiques: assemblage de périphériques
2. Galvanisation des neurones dans les systèmes microfluidiques
3. Maintien des cultures neuronales
4. Suppression des dispositifs microfluidiques
5. Préparation des perles revêtues de PDL
6. Préparation des micropipettes
7. Adhésion PDL-perle aux neurones
8. Préparation de la solution saline physiologique (pour les expériences de température ambiante)
9. Micromanipulation de perles
10. Tirant les neurones
11. Raccordement des neurones
12. Vérification de la fonctionnalité de la nouvelle connexion via des enregistrements de pinces à patchs à puces intégrés
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Les neurones hippocampiques du rat embryonnaire sont cultivés dans des dispositifs microfluidiques pour permettre un positionnement précis des cellules, des puces PDL et des micromanipulateurs. La première étape consiste à assembler correctement l'appareil microfluidique sur une lamelle ou un plat en verre. Il est essentiel que le dispositif microfluidique soit bien attaché au substrat pour éviter que les cellules quittent les chambres et ne se déplacent sous les parties du dispositif qu...
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En utilisant une micromanipulation standard et des dispositifs microfluidiques innovants, une nouvelle technique a été développée pour initier, allonger et connecter de manière précise de nouveaux circuits neuronaux fonctionnels sur de grandes distances. La micromanipulation par pipette est un outil commun dans la plupart des laboratoires de neurosciences 4 , 13 . Le véritable défi pour obtenir des résultats reproductibles et fiables était la normalisation de cu...
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L'auteur Margaret H Magdesian est le PDG d'Ananda Devices qui produit des instruments utilisés dans cet article.
Nous tenons à remercier Yoichi Miyahara pour de nombreuses discussions et idées utiles. MA et PG reconnaissent le financement du CRSNG.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Dispositifs de co-culture | Ananda Devices | Disponible dans le commerce chez http://www.anandadevices.com | |
| Dispositifs neurologiques | Ananda Devices | Disponible dans le commerce chez http://www.anandadevices.com | |
| No. 1 Glass Coverslip 25 mm Round | Warner Instruments | 64-0705 | |
| 35 mm Plats à fond en verre #0, non revêtus, irradiés aux rayons gamma | MatTex Incorporation | P35G-0-20-C | |
| Boîte de culture cellulaire de 35 mm, apyrogène, stérile | Corning Inc | 430165 boîte de | |
| Pétri de 95 mm x 15 mm, couvercle coulissant, polystyrène stérile | Fisherbrand | FB0875714G | |
| 50 mL Tubes à centrifuger avec graduations imprimées et bouchons plats | VWR | 89039-656 | |
| Tube conique en polypropylène de 15 mL, style 17 x 120 mm, apyrogène, | faucon stérile | ||
| Neurobasal Medium Life | Technologies | 21103-049 | Solution extracellulaire |
| B-27 Supplément (50X), | supplément B-27 sans sérum (50X), sérum sans 17504044 | Solution extracellulaire | |
| Penniciline, streptomyocine, glutamine | Thermo Fisher Scientific ; | 11995-065 | Solution extracellulaire |
| 200 &mu ; L Pipettors | VWR | 89079-458 | |
| 2 - 20 &mu ; L Pipettors | Embouts Résistants aux Aérosols | 2149P | |
| BD Falcon 3mL Pipettes de Transfert [Non Stériles] | BD Falcon | 357524 | |
| Glucose | Gibco | 15023-021 | Solution extracellulaire |
| HEPES | Sigma | 7365-45-9 | Solution extracellulaire/Perles |
| NaCl | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | Solution extracellulaire |
| KCl | Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | Solution extracellulaire |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | 10043-52-4 | Solution extracellulaire |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | 7786-30-3 | Solution extracellulaire |
| #5 Dumont Dumostar Pince à épiler 11 cm | World Precision Instruments | 500233 | |
| Outils de dissection | Braun, Aesculap | ||
| Poly-D-lysine Hydrobromure | Sigma-Aldrich | P6407 | |
| Microparticules à base de polystyrène, 10 &mu ; m | Sigma-Aldrich | 72986 | |
| Tubes borosilicatés | King Precision Glass, Inc. | 14696-2 | |
| Extracteur de pipette horizontal | Sutter Instruments | Micromanipulateurs P-97 | |
| , série PCS-5000 | Instruments SD | MC7600R | |
| 1 mL Seringue | BD Luer-Lok | 309628 | |
| Microscope inversé | Olympus ; | IX71 | |
| Objectif | Olympus | UIS2, LUCPLFLN 40X | |
| Caméra CCD | Photométrie | Cascade II : 512 | |
| Leibovitz (1x) L-15 Medium | Life Technologies | 11415-064 | Dissection |
| rats Typsin-EDTA (0,05 %), Phenol red | Life Technologies | 25300054 | Dissection |
| de ratsDMEM (1x) Dulbecco’s Modified Eagle Medium [+4,5 g/L de D-glucose, + L-glutamine, + 110 mg/L de pyruvate de sodium] | Life Technologies | 11995-065 | Dissection de rats |
| HBSS (1x) Hank’s Balanced Salt Solution [- Chlorure de calcium, - Chlorure de magnésium, - Sulfate de magnésium] | Life Technologies | 14170-112 | Dissection de rats |
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