Les méthodes décrites permettent l’établissement de coupes organotypiques SC à partir de souris au stade P3 et leur maintien en culture pendant une période prolongée dans des conditions saines. De plus, nous montrons un protocole pour la transplantation de cellules dans les tranches et pour leur co-culture jusqu’à 30 jours (Figure 1). Dans un premier temps, nous montrons l’optimisation des conditions de culture et un protocole adapté à la culture prolongée des tranches SC avec des cellules transplantées (Figure 2A). Les tranches sont générées et gérées à partir de DEV 0 jusqu’à DEV 2 dans le MO, qui a été proposé à l’origine comme un support optimal pour la maintenance des tranches SC47. Cependant, en raison de la présence de protéines sériques, ce milieu pourrait être sous-optimal pour soutenir la différenciation neuronale et la maturation des cellules précurseurs neurales transplantées. En effet, à DEV 3, nous avons testé le passage de l’OM au GM, une formulation contenant du Neurobasal plus B27, qui soutient la survie neuronale, et sans sérum, qui inhibe la différenciation neuronale correcte, favorisant à la place un destin glial48,49.
La figure 2B montre les résultats obtenus en changeant le milieu au DEV 3 de OM à GM, par rapport aux tranches SC ne recevant pas le commutateur (les tranches de contrôle ont été cultivées en MO). Nous avons utilisé la distribution du signal NFL à l’intérieur des tranches comme marqueur de l’intégrité neuronale (Figure 2B,C). Les coupes de DEV 7 étaient saines dans les deux conditions de culture, montrant la distribution diffuse de neurofilaments (NFL, en vert) à l’intérieur. À DEV 10, les tranches cultivées en GM semblaient être plus saines par rapport aux tranches témoins cultivées en OM, comme documenté par la distribution de coloration NFL. Nous avons également estimé la surface NFL+ (% NFL+ Area/DAPI+ Area) des tranches montrées dans les images représentatives de la figure 2B. La zone NFL+ estimée est représentée dans les histogrammes de la figure 2C, confirmant que le signal NFL est distribué de manière diffuse dans les tranches à DEV 7 dans les deux conditions. Cependant, à DEV 10, la zone estimée couverte par la coloration NFL diminue pour la condition de culture OM.
Ces données suggèrent que le passage à la MG à DEV 3 est bien toléré pour la culture prolongée de tranches SC (DEV 10). Comme étape suivante, nous avons testé GM à des moments plus prolongés : DEV 30, DEV 60 et DEV 90. Comme le montrent les figures 3A et B, les tranches ont été maintenues saines en culture jusqu’à DEV 90. La coloration NFL a été trouvée largement présente dans les tranches à chaque point temporel, avec une germination diffuse autour des tranches de neurites partant de la région centrale. En effet, nous avons estimé la surface NFL+ des tranches montrées à la figure 3A et elle a augmenté au fil du temps comme le montrent les histogrammes de la figure 3B. Nous avons également observé une positivité au marqueur neuronal RBFOX3, fournissant une autre preuve de la différenciation neuronale des tranches. À chaque point temporel, nous avons également vérifié le taux d’apoptose en évaluant dans différentes tranches le nombre de cellules positives à aCASP3 (Figure 4A,B). L’analyse a été effectuée conformément à la section 10.2 du protocole. Le taux d’apoptose (% de cellules aCASP3+/nombre total de cellules DAPI+) s’est avéré très faible à chaque point temporel (0,85 ± 0,52 %, 0,71 ± 0,27 %, 0,66 ± 0,45 % pour DEV 30, 60 et 90, respectivement), sans différences significatives entre les trois points temporels considérés (valeur p > 0,05, figure 4B). Ces données suggèrent que le taux d’apoptose associé à aCASP3 reste stable au cours du temps et, avec la large distribution de NFL dans les coupes (Figure 4A), confirment la survie des tranches à chaque point temporel.
À l’appui des données précédentes, nous avons également effectué un test vivant/mort pour évaluer la viabilité des coupes aux trois points temporels différents. Nous avons utilisé Calcein (coloration verte) pour marquer les cellules viables et métaboliquement actives et Sytox (coloration cyan) pour évaluer la mort cellulaire. Comme le montrent les histogrammes de la figure 4C, le pourcentage de cellules métaboliquement actives augmente légèrement de DEV 30 à DEV 90 (93,17 ± 5,21 %, 96,43 ± 3,02 %, 96,33 ± 3,10 % pour DEV 30, 60 et 90, respectivement), se stabilisant entre les deux derniers points temporels (DEV 30 vs DEV 60 valeur p = 0,018 ; DEV 30 vs DEV 90 : valeur p = 0,027 ; DEV 60 vs DEV 90 valeur p = 0,99). Nous avons constaté de faibles niveaux de mort cellulaire qui ont diminué au fil du temps (6,83 ± 5,21 %, 3,57 ± 3,02 %, 3,66 ± 3,10 % pour DEV 30, 60 et 90, respectivement) et une différence significative a été observée entre DEV 30 et les points temporels ultérieurs, DEV 60 et DEV 90 (DEV 30 vs DEV 60 valeur p = 0,018 ; DEV 30 vs DEV 90 : valeur p = 0,027 ; DEV 60 vs DEV 90 valeur p = 0,99). Ces données, associées au taux d’apoptose, confirment la survie des tranches au fil du temps et soutiennent l’efficacité du protocole de culture à long terme effectué.
Une fois que la faisabilité d’une culture prolongée des tranches SC a été établie, nous avons défié le système par la transplantation de cellules h-SC-NES aux premiers stades de la différenciation neuronale. Nous avons testé les cellules h-SC-NES car elles ont montré des résultats prometteurs pour le traitement des lésions médullaires12. La procédure de transplantation de cellules h-SC-NES dans des tranches SC de souris est décrite dans la section 6 du protocole. Les coupes SC et les cellules h-SC-NES transplantées ont été maintenues jusqu’à DPT 30. Les cellules ont été greffées à la DIV 10 de différenciation (stade précurseur neural) en tranches organotypiques DEV 4, comme le montre le schéma de protocole de la figure 5A. L’expression de la GFP en culture a permis de surveiller l’expression de la GFP dans les cellules transplantées pendant une période allant jusqu’à 30 jours. La figure 5B montre des images en direct représentatives, à différents DPT, d’une tranche SC avec des cellules GFP+ transplantées. L’expression stable de la GFP au fil du temps (figures 5B et 6A) suggère que les cellules ont survécu dans le tissu SC dans les conditions de culture précédemment optimisées. Nous avons également vérifié le taux d’apoptose des cellules transplantées comme décrit dans la section 10.2 du protocole. Le taux d’apoptose (% de cellules aCASP3+ /nombre total de cellules Hu-Nu+ ) s’est avéré très faible (0,44 ± 0,34 %) après 30 DPT (Figure 6B). De plus, le taux d’apoptose à DPT 30 s’est avéré être conforme à celui trouvé pour le même type de cellules à DPT 7, comme précédemment rapporté40, documentant que les cultures se stabilisent au fil du temps.

Figure 1 : Flux de travail du protocole. Schéma représentatif montrant le flux de travail général du protocole effectué. (A) À gauche, un schéma résumant la génération de tranches SC de souris à partir de SC isolés de petits de souris à P3 et la culture à long terme de tranches organotypiques SC. (B) À droite, un schéma résumant la transplantation de cellules h-SC-NES exprimant la GFP dans des coupes organotypiques de SC de souris. Les cellules greffées sont conservées pendant 30 jours après la greffe. Abréviations : h-SC-NES = tige neuroépithéliale dérivée de la moelle épinière humaine ; GFP = protéine fluorescente verte ; DEV = jour ex vivo ; DTC = jour après la greffe ; NFL = chaîne légère de neurofilaments ; RBFOX3 = ARN liant l’homologue 3 du fox-1 ; aCASP3 = caspase-3 active ; SC = moelle épinière. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Optimisation des conditions d’élevage à long terme. (A) Schéma représentatif du protocole d’essai OM et GM. OM est maintenu jusqu’au DEV 7-10 pour le groupe témoin. Le milieu est basculé sur le GM à DEV 3 pour les tranches traitées ; ensuite, ils sont fixés à DEV 7-10 pour comparaison avec les commandes. (B) Images représentatives comparant des coupes organotypiques de souris SC à DEV 7 et 10 cultivées dans des conditions différentes. Les tranches sont colorées pour le neurofilament marqueur du cytosquelette (NFL, vert). La large distribution de la coloration NFL dans les tranches cultivées avec des OGM suggère une survie et une différenciation globales. Les noyaux sont contre-colorés avec du DAPI. Barre d’échelle = 500 μm. (C) Histogrammes représentatifs de l’estimation de la zone couverte par NFL dans les tranches illustrées à la figure 1B. À DEV 10, la surface de NFL diminue dans les conditions de culture de la MO. Abréviations : DEV = jour ex vivo ; DAPI = 4',6-diamidino-2-phénylindole ; NFL = chaîne légère de neurofilaments. ; OM = milieu organotypique ; GM = milieu de greffe ; SC = moelle épinière. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Coupes organotypiques de souris cultivées à long terme. (A) Les tranches sont maintenues en culture jusqu’à DEV 90. Le test d’immunofluorescence révèle une large distribution du neurofilament marqueur cytosquelettique (NFL, vert) et du marqueur neuronal nucléaire RBFOX3 (rouge), attestant de leur état de santé et de leur identité neuronale après une culture à long terme. Il est à noter que les axones NFL+ poussent de manière diffuse autour des tranches au fil du temps. Les noyaux sont contre-colorés avec du DAPI. Barre d’échelle = 500 μm. (B) Histogrammes représentatifs de l’estimation de la zone et du temps NFL+ et de l’aire RBFOX3+ des coupes montrées dans le panneau A. La surface neurite NFL+ augmente avec le temps. Abréviations : DEV = jour ex vivo ; DAPI = 4',6-diamidino-2-phénylindole ; NFL = chaîne légère de neurofilaments ; SC = moelle épinière ; RBFOX3 = Homologue 3 de l’ARN reliant l’ARN-1. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Évaluation de la viabilité cellulaire dans les coupes SC au cours du temps. (A) Images représentatives de coupes organotypiques à DEV 60 colorées pour aCASP3 (rouge) et NFL (vert). Barre d’échelle = 100 μm. NFL montre un motif diffus. Des cellules rares sont positives pour le marqueur apoptotique aCASP3 (Inserts : 1-2-3). (B) Analyse du taux d’apoptose en tranches à différents points temporels. Moyenne ± écart-type, N (répétitions) = 6 tranches, n (cellules totales) > 1 000 pour chaque tranche, test de Kruskal-Wallis, comparaison multiple, valeur p > 0,05. Le taux d’apologie est stable dans le temps. Dans les encarts 1-2-3 du panneau A, il est possible d’observer le détail des cellules positives pour aCASP3 (coloration rouge, flèches blanches). De petits points rouges marquent les débris cellulaires et les noyaux pycnotiques. Barre d’échelle = 50 μm. (C) Images représentatives du test vivant/mort réalisé sur des coupes SC à DEV 90 : les cellules métaboliquement actives sont marquées en vert avec Calcein, tandis que les cellules mortes et endommagées sont marquées en bleu clair (cyan) avec Sytox. Les deux histogrammes montrent le % de cellules positives pour Calcein (à gauche) et Sytox (à droite) sur le nombre total de cellules. Pour les deux moyennes ± écarts-types, N (répétitions) = 6 tranches, n (cellules totales) > 1 000 pour chaque tranche, test de Kruskal-Wallis, comparaison multiple, valeur p DEV 30 vs DEV 60 = 0,018 ; DEV 30 vs DEV 90 : valeur p = 0,027 ; DEV 60 vs DEV 90 : la valeur p > 0,99. Abréviations : DEV = jour ex vivo ; DAPI = 4',6-diamidino-2-phénylindole ; NFL = chaîne légère de neurofilaments ; SC = moelle épinière ; aCASP3 = caspase-3 active. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Transplantation de cellules h-SC-NES dans des coupes organotypiques de souris. (A) Schéma représentatif du protocole de transplantation. Les cellules sont transplantées en tant que précurseurs neuraux à la DIV 10 de la différenciation en tranches organotypiques DEV 4. (B) Images représentatives de coupes organotypiques de souris transplantées avec des cellules h-SC-NES exprimant la GFP au fil du temps jusqu’à DPT 30. Les cellules sont transduites à l’aide d’un vecteur lentiviral porteur du gène GFP. L’expression de la GFP au fil du temps confirme leur viabilité et leur adaptation à l’environnement de la tranche. Barre d’échelle = 500 μm. Abréviations : DIV = premier jour de pré-différenciation ; h-SC-NES = tige neuroépithéliale dérivée de la moelle épinière humaine ; GFP = protéine fluorescente verte ; DEV = jour ex vivo ; OM = milieu organotypique ; GM = milieu de greffe ; DTC = jours après la greffe. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6 : Évaluation du taux d’apoptose des cellules h-SC-NES transplantées 30 jours après la greffe. (A) Image représentative d’une tranche organotypique de souris transplantée avec des cellules h-SC-NES exprimant la GFP. Les cellules sont transduites à l’aide d’un vecteur lentiviral porteur du gène GFP pour les surveiller dans les tranches après la transplantation. L’expression de la GFP au fil du temps confirme leur viabilité et leur adaptation à l’environnement de la tranche. Le point temporel indiqué est DPT 30 ; Les cellules sont colorées pour les noyaux humains (cyan) et aCASP3 (rouge). Barre d’échelle = 150 μm. (B) À gauche, graphique circulaire représentatif de l’analyse de l’apoptose des cellules transplantées en coupes à DPT 30 (N (répétitions) = 5 tranches, n (cellules) = 5 000), et à droite, un encart de cellules Hu-Nu+ et le détail d’une cellule positive à aCASP3 (flèche blanche). Barre d’échelle = 75 μm. De petits points rouges marquent les débris cellulaires et les noyaux pycnotiques. Abréviations : h-SC-NES = tige neuroépithéliale dérivée de la moelle épinière humaine ; GFP = protéine fluorescente verte ; DTC = jour après la greffe ; DAPI = 4',6-diamidino-2-phénylindole ; NFL = chaîne légère de neurofilaments ; aCASP3 = caspase-3 active ; Hu-Nu = noyaux humains. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Tableau 1 : Composition des solutions utilisées dans ce protocole. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.