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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Ce protocole fournit une technique pour récolter et cultiver le ganglion de la racine dorsale (DRG) explanté de rats Sprague Dawley adultes dans un dispositif à compartiments multiples (MC).
La caractéristique neuronale périphérique la plus courante de la douleur est un seuil de stimulation abaissé ou une hypersensibilité des nerfs terminaux des ganglions de la racine dorsale (DRG). L’une des causes proposées de cette hypersensibilité est associée à l’interaction entre les cellules immunitaires du tissu périphérique et les neurones. Les modèles in vitro ont fourni des connaissances fondamentales pour comprendre comment ces mécanismes entraînent une hypersensibilité des nocicepteurs. Cependant, les modèles in vitro sont confrontés au défi de traduire l’efficacité chez l’homme. Pour relever ce défi, un modèle in vitro pertinent sur le plan physiologique et anatomique a été développé pour la culture de ganglions de la racine dorsale intacts (DRG) dans trois compartiments isolés d’une plaque de 48 puits. Les DRG primaires sont récoltés sur des rats Sprague Dawley adultes après euthanasie sans cruauté. Les racines nerveuses en excès sont coupées et le DRG est coupé à des tailles appropriées pour la culture. Les DRG sont ensuite cultivés dans des hydrogels naturels, ce qui permet une croissance robuste dans tous les compartiments. Ce système multi-compartiments offre une isolation anatomiquement pertinente des corps cellulaires DRG à partir des neurites, des types de cellules physiologiquement pertinents et des propriétés mécaniques pour étudier les interactions entre les cellules neurales et immunitaires. Ainsi, cette plateforme de culture fournit un outil précieux pour étudier les stratégies d’isolement du traitement, conduisant finalement à une meilleure approche de dépistage pour prédire la douleur.
La douleur chronique est la principale cause d’invalidité et de perte d’emploi dans le monde1. La douleur chronique touche environ 20 % des adultes dans le monde et impose un fardeau sociétal et économique important2, avec des coûts totaux estimés entre 560 et 635 milliards de dollars chaque année aux États-Unis3.
La principale caractéristique périphérique présentée par les patients souffrant de douleurs chroniques est un seuil de stimulation abaissé des nerfs, ce qui conduit le système nerveux à être plus réactif aux stimuli 4,5. L’abaissement du seuil de stimulation peut entraîner une réponse douloureuse à un stimulus auparavant non douloureux (allodynie) ou une réponse accrue à un stimulus douloureux (hyperalgésie)6. Les traitements actuels de la douleur chronique ont une efficacité limitée, et les traitements qui réussissent sur des modèles animaux échouent souvent dans les essais humains en raison de différences mécanistes dans la manifestation de la douleur7. Les modèles in vitro qui peuvent imiter plus précisément les mécanismes de sensibilisation périphérique ont le potentiel d’augmenter la traduction de nouvelles thérapies 8,9. De plus, en modélisant les aspects clés des nerfs sensibilisés dans un système de culture, les chercheurs pourraient développer une compréhension plus profonde des mécanismes qui entraînent l’abaissement des seuils et identifier de nouvelles cibles thérapeutiques qui les inversent10.
Les plateformes in vitro ou les systèmes microphysiologiques idéaux incorporeraient la séparation physique des neurites distaux et du corps cellulaire des ganglions de la racine dorsale (DRG), un environnement cellulaire tridimensionnel (3D) et la présence de cellules de soutien natives pour imiter étroitement les conditions in vivo . Cependant, un article récent de Caparaso et al.11 montre que les plateformes actuelles de culture de DRG manquent d’une ou plusieurs de ces caractéristiques clés, ce qui les rend insuffisantes pour reproduire des conditions in vivo . Même si ces plateformes sont faciles à mettre en place, elles n’imitent pas la base biologique de la sensibilisation périphérique et peuvent donc ne pas se traduire par une efficacité in vivo . Pour remédier à cette limitation, un modèle in vitro physiologiquement pertinent a été développé pour la culture de ganglions de la racine dorsale (DRG) dans une matrice d’hydrogel avec trois compartiments isolés pour permettre l’isolement fluidique temporel des neurites et des corps cellulaires DRG11. Ce modèle offre une pertinence à la fois physiologique et anatomique, ce qui a le potentiel d’étudier la sensibilisation périphérique des neurones in vitro.
L’intérêt croissant pour l’utilisation des explants de DRG dans une culture 3D est dû à leur capacité à faciliter la croissance robuste des neurites, qui sert d’indicateur indirect de la viabilité des DRG12. Alors que les explants primaires de DRG néonatals ou embryonnaires sont principalement utilisés dans les plateformes de culture in vitro actuelles13,14, l’utilisation d’explants de rongeurs adultes fournit un meilleur modèle de la physiologie neuronale mature, qui imite étroitement la physiologie humaine des DRG par rapport aux explants de rongeurs néonatals ou embryonnaires15. Les DRG explant font référence à la préservation du tissu cellulaire et moléculaire du tissu DRG natif, principalement en maintenant les cellules de soutien non neuronales natives. Le présent protocole décrit la méthodologie de récolte et de culture des explants de DRG de rats Sprague Dawley adultes dans un dispositif à compartiments multiples (figure 1).
L’efficacité a été démontrée dans la culture de DRG à partir de la colonne cervicale, thoracique et lombaire, sans aucune différence observable dans la croissance des neurites. Pour cette application, l’objectif était de provoquer la croissance de neurites dans les compartiments extérieurs du dispositif ; par conséquent, cet article n’a pas fait de distinction entre les niveaux de DRG. Cependant, si nécessaire pour une expérience spécifique, le niveau DRG peut être adapté pour répondre aux besoins des expérimentateurs. Il existe actuellement d’autres modèles de culture compartimentée pour la culture 3D des DRG16, cependant, ces dispositifs ne contiennent pas de cellules de support non neuronales natives préservées, ce qui peut limiter la traduction. La préservation de la structure native des DRG récoltés est importante car elle assure la rétention des cellules de soutien non neuronales, dont les interactions avec les neurones DRG sont essentielles pour maintenir les propriétés fonctionnelles de ces neurones. Plusieurs études ont co-cultivé des DRG dissociés avec des cellules neuronales non natives telles que les cellules de Schwann pour favoriser la myélinisation des neurones 17,18,19.
La récolte de DRG a été effectuée conformément au Comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux (IACUC) de l’Université du Nebraska-Lincoln. Des rats Sprague Dawley femelles âgés de 12 semaines (~250 g) ont été utilisés pour l’étude. Les détails des animaux, des réactifs et de l’équipement utilisés dans l’étude sont répertoriés dans la table des matériaux.
1. Fabrication et assemblage de dispositifs à compartiments multiples
2. Préparation de l’hydrogel
3. Préparation de la solution de photo-initiateur
REMARQUE : Un photoinitiateur est nécessaire pour réticuler le MAHA sous la lumière UV. Il est couramment utilisé à des pourcentages de 0,3 % à 0,6 %.
4. Dissolution de l’acide hyaluronique méthacrylé
5. Assemblage de l’appareil
6. Préparation des animaux
7. Récolte des ganglions de la racine dorsale (DRG)
8. Rognage et coupe DRG
9. Neutralisation du collagène
10. Fabrication d’hydrogel
11. Intégration DRG
12. Intégration de contrôle DRG
13. Imagerie DRG
14. Quantification du neurite DRG
Le présent protocole décrit une technique de récolte et de culture de DRG sur des rats Sprague Dawley adultes dans un dispositif à compartiments multiples (MC). Comme le montre la figure 1, le DRG récolté sur des rats adultes a été taillé et coupé en ~0,5 mm. Les DRG coupés et coupés ont ensuite été intégrés dans un hydrogel dans la région soma du dispositif MC (Figure 2) et cultivés pendant 27 jours avant la quantification des neurites. Le DRG a été cultivé dans un gel ordinaire pour servir de témoin. La concentration de la formulation d’hydrogel utilisée pour cette expérience était de 4,5/1,25 mg/mL de collagène : MAHA. Les jours 27 et 21 pour les gels à compartiments multiples et les gels simples, respectivement, il y avait une croissance robuste des neurites (Figure 3). La longueur moyenne des neurites dans la MC (894,22 μm ± 308,75 μm) était comparable à la longueur des neurites dans les gels simples témoins (864,26 μm ± 362,84 μm) (Figure 4). Cela démontre la capacité du dispositif MC à prendre en charge la culture DRG et la croissance des neurites. Les longueurs des neurites ont été quantifiées à l’aide du logiciel ImageJ.

Figure 1 : Schéma de principe de la procédure expérimentale. (A) Récolte des ganglions de la racine dorsale (DRG) sur des rats Sprague Dawley adultes. (B) Parage et découpe des DRG récoltés. (C) Formulation d’hydrogel, enrobage de DRG et culture en hydrogel dans un MC inséré dans une plaque de 48 puits. (D) Croissance des neurites DRG après 21 à 30 jours de culture. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Multi-compartiments imprimés avec trois compartiments isolés et pouvant être utilisé dans une plaque à 48 puits. (A) Une image représentative montrant la vue de dessus du dispositif MC imprimé montre les compartiments DRG et Neurite (lignes rouges) et la zone d’encastrement DRG (vert). (B) Vue latérale de MC. (C) Une image de MC insérée dans une plaque de 48 puits. Barre d’échelle = 10 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3 : Croissance des neurites dans un dispositif à compartiments multiples (MC) et des gels simples de contrôle. (A) Une image représentative montrant la croissance tracée des neurites dans un dispositif à compartiments multiples (MC) en fond clair. (Ci-dessous) Les neurites qui se sont développées à travers les tunnels de MC sont indiqués par des flèches. (B) Image de la croissance des neurites dans des gels simples témoins (sans MC). (C) Une image représentative montrant le tracé des neurites de douze longs neurites dans des gels simples de contrôle (lignes violettes). Six longs neurites des deux côtés du DRG ont été quantifiés pour donner la longueur moyenne des neurites. Les images ont été capturées à l’aide d’un imageur à plaque fluorescente à un grossissement de 4x, et les neurites ont été quantifiées à l’aide de FIJI (ImageJ). Barres d’échelle = 1000 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4 : Longueur des neurites dans les compartiments multiples (MC) par rapport à celle du gel ordinaire (PG). Nuage de points montrant les longueurs individuelles des neurites avec les moyennes et les écarts-types représentés par des barres d’erreur. La longueur moyenne des neurites dans la MC était de 1204,40 μm ± 690,43 μm (moyenne ± ET) contre 864,26 μm ± 362,84 μm (moyenne ± ET) dans le gel simple, indiquant que la MC soutient la croissance des neurites. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Fichier de codage supplémentaire 1 : Fichier STL d’un dispositif à compartiments multiples (MC) généré à l’aide d’un logiciel de conception assistée par ordinateur. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Les auteurs de cette étude déclarent qu’ils n’ont pas de conflit d’intérêts.
Ce protocole fournit une technique pour récolter et cultiver le ganglion de la racine dorsale (DRG) explanté de rats Sprague Dawley adultes dans un dispositif à compartiments multiples (MC).
Ce travail a été soutenu par une subvention de la NSF (2152065) et une bourse NSF CAREER (1846857). Les auteurs tiennent à remercier tous les membres actuels et passés du Wachs Lab pour leur contribution à ce protocole. Les diagrammes de la figure 1 ont été réalisés dans Biorender.
| #5 pince | Outils de science fine | 11252-00 | Pour tailler et couper DRG |
| 10x DMEM | MilliporeSigma | D2429 | |
| 1x PBS (autoclavé) | Préparé en laboratoire | 7,3 - 7,5 pH | |
| 24 plaques de puits | VWR | 82050-892 | Pour stocker temporairement les DRG récoltés et coupés |
| Seringue stérile, à usage unique | BD | 309657 | |
| 48 plaques de puits | Greiner Bio-One | 677180 | |
| 60 mm Boîte de Pétri | Fisher Scientific | FB0875713A | Pour maintenir les supports pour le rognage et la coupe |
| Feuille d’aluminium | Fisherbrand | 01-213-104 | |
| B27 Plus 50x | ThermoFisher | 17504044 | Pour supports DRG |
| Collagène type I | Ibidi | 50205 | |
| Courbé tasse Friedman Pearson Rongeur | Fine Science Tools | 16221-14 | Pour la dissection |
| Pince Dumont #3 | Outils de science fine | 11293-00 | Pour la dissection |
| Sérum de veau fœtal (FBS) | ThermoFisher | 16000044 | Pour le média DRG |
| Form cure | Form Labs | Agent de durcissement | Form wash Form Labs|
| Pour laver l’excès de résines | du MC | ||
| Stérilisateur à billes de verre | Fisher Scientific | NC9531961 | |
| Flacons en verre (8 mL) | DWK Life Sciences (Wheaton) | 224724 | |
| GlutaMax | ThermoFisher | 35050-061 | Pour média DRG |
| HEPES (1M) | Millipore Sigma | H0887 | |
| Haute température V2 Résine | FormLabs | FLHTAM02 | |
| Acide hyaluronique Sel de sodium | MilliporeSigma | 53747 | Utilisé pour fabriquer MAHA |
| Irgacure | MilliporeSigma | 410896 | |
| Laminin | R& D Systems | 344600501 | |
| Grands ciseaux à bec émoussé | Militex | EG5-26 | Pour la dissection |
| Grandes pinces (pointes dentelées) | Militex | 9538797 | Pour la dissection |
| Grands ciseaux à bec pointu | Outils de science fine | 14010-15 | Pour la dissection |
| Pointes de pipette à faible rétention | Fisher Scientific | 02-707-017 | Pour le pipetage du collagène et MAHA |
| Acide hyaluronique méthacrylé (MAHA) | Préparé en laboratoire | N/A | 85 - 115 % méthacrylation |
| Facteur de croissance nerveuse (NGF) | R& D Systems | 556-NG-100 | Pour les médias DRG |
| Neurobasal A Media | ThermoFisher | 10888022 | Pour les médias DRG |
| Parafilm | Bemis | PM996 | |
| Parafilm | Bemis | PM996 | |
| Pénicilline/Streptomycine (PS) | EMD Millipore | 516106 | Pour les médias DRG |
| Bandelettes de test de pH | VWR International | BDH35309.606 | |
| Pointes de pipette (1000 & micro ; L) | USA Scientific | 1111-2021 | |
| Preform 3.23.1 software | Formslab | Pour télécharger le fichier STL | |
| Rat | Charles River | ||
| Résine Imprimante 3D | Form | Labs Form 3L | Impression 3D MC Dispositif |
| Petits ciseaux à bec pointu | Outils de sciences fines | 14094-11 | Pour la dissection |
| Bicarbonate | de sodiumMilliporeSigma | S6014 | |
| Rongeur à coupelle droite | Fine Science Tools | 16004-16 | Pour la dissection |
| Ciseaux à ressort à bord droit | Outils pour les sciences fines | 15024-10 | Pour la dissection |
| Lame chirurgicale Scaplel (N° 10) | Fisher Scientific | 22-079-690 | |
| Filtres à seringue, PES (0.22 µ ; m) | Celltreat | 229747 | |
| Ciseaux à ressort minuscules | World Precision Instruments | 14003 | Pour la coupe et la coupe |
| Lampe UV | DRGAnalytik Jena US | Pour photocrosslink hydrogel (15 - 18 mW/cm2) |