Este procedimento descreve como iniciar rapidamente, estender e conectar neurites organizados em câmaras microfluídicas usando pérolas revestidas de poli-D-lisina fixadas em micropipetas que guiam o alongamento de neurites.
Artigo de método
Este procedimento descreve como iniciar rapidamente, estender e conectar neurites organizados em câmaras microfluídicas usando pérolas revestidas de poli-D-lisina fixadas em micropipetas que guiam o alongamento de neurites.
Lesões do cérebro e da medula espinhal podem levar à incapacidade permanente e à morte, porque ainda não é possível regenerar os neurônios em longas distâncias e reconectá-los com precisão com um alvo apropriado. Aqui, um procedimento é descrito para iniciar, alongar e conectar com precisão novos circuitos neuronais funcionais em longas distâncias. As taxas de extensão alcançadas atingem mais de 1,2 mm / h, 30-60 vezes mais rápido do que as taxas in vivo dos axônios de crescimento mais rápido do sistema nervoso periférico (0,02 a 0,04 mm / h) 28 e 10 vezes mais rápido do que o relatado anteriormente para o mesmo Tipo neuronal em um estágio anterior de desenvolvimento 4 . Em primeiro lugar, as populações isoladas de neurônios do hipocampo de ratos são cultivadas por 2-3 semanas em dispositivos microfluídicos para posicionar com precisão as células, possibilitando uma fácil micromanipulação e reprodutibilidade experimental. Em seguida, as pérolas revestidas com poli-D-lisina (PDL) são colocadas em neurites para formar contatos de adesivoOs atos e a micromanipulação de pipeta são usados para mover o complexo resultante do bead-neurite. À medida que o talão é movido, ele tira um novo neurite que pode ser estendido sobre centenas de micrômetros e funcionalmente conectado a uma célula alvo em menos de 1 h. Este processo permite reprodutibilidade experimental e facilidade de manipulação, ignorando estratégias químicas mais lentas para induzir o crescimento de neurites. As medidas preliminares aqui apresentadas demonstram uma taxa de crescimento neuronal muito superior aos fisiológicos. A combinação dessas inovações permite o estabelecimento preciso de redes neuronais em cultura com um grau de controle sem precedentes. É um método inovador que abre a porta a uma infinidade de informações e insights sobre a transmissão e comunicação de sinais dentro da rede neuronal, além de ser um campo de jogos para explorar os limites do crescimento neuronal. As aplicações e experiências em potencial são generalizadas com implicações diretas para terapias que visam reconectar a neuronaL após trauma ou em doenças neurodegenerativas.
As lesões do sistema nervoso central do adulto (SNC) podem levar à incapacidade permanente devido a múltiplos mecanismos que limitam o crescimento do crescimento axonal 1 . Após a lesão, muitos axônios do SNC não formam um novo cone de crescimento e não conseguem montar uma resposta regenerativa efetiva 2 . Além disso, danos e tecido cicatricial que envolvem lesões do SNC inibem significativamente o crescimento axonal 1 , 2 , 3 . As terapias atuais para promover a regeneração do SNC após a lesão se concentraram no aumento do potencial de crescimento intrínseco do neurônio lesado e no encobrimento dos inibidores da extensão axonal associada aos detritos de mielina e à cicatriz glial 1 , 3 . Apesar disso, a capacidade de regenerar axônios longos para alvos distantes e formar sinapses funcionais adequadas permanece severamente limitada 4 , 5 , 6 , 7 .
No presente trabalho, micrometras, micromanipulação de pipeta e dispositivos microfluídicos são usados para iniciar, alongar e conectar com precisão novos circuitos neuronais funcionais em longas distâncias. O trabalho anterior mostrou que os grânulos revestidos com poli-D-lisina (pílulas PDL) induzem a adesão da membrana seguido pelo agrupamento de complexos de vesículas sinápticas e a formação de boutons presinápticos funcionais 8 . Também foi demonstrado que, quando o retículo PDL é mecanicamente puxado após a diferenciação pré-sináptica, o conjunto de proteína sináptica segue o grânulo, iniciando um novo neurite 9 . O procedimento a seguir explora esse fato, juntamente com a capacidade de cultura de neurônios embrionários do hipocampo de ratos em regiões organizadas em uma lamínula usando dispositivos microfluídicos de polidimetilsiloxano (PDMS) para recarregar precisamente um neurônioo circuito.
Estes dispositivos microfluídicos PDMS são não tóxicos, transparentes opticamente e consistem em duas câmaras conectadas por um sistema de microcanais. Uma vez montado em uma lamínula, cada dispositivo serve como um molde para orientar o crescimento neuronal e manter culturas neuronais saudáveis em padrões precisos por mais de 4 semanas in vitro .
Aqui, é apresentada uma estrutura para investigar os limites de extensão e funcionalidade do novo neurite. Novites neurites funcionais são criados e posicionados para controlar (re) redes neuronais de rede controláveis. As taxas de extensão alcançadas são mais rápidas do que 20 μm / min em distâncias de escala milimétrica e as conexões funcionais são estabelecidas. Estes resultados mostram, inesperadamente, que a capacidade intrínseca desses neurites para o alongamento é muito mais rápida do que se pensava anteriormente. Esta abordagem mecânica proposta ultrapassa as estratégias químicas lentas e permite a conexão controlada a um alvo específico. ºA técnica abre novos caminhos para o estudo in vitro de novas terapias para restaurar a conectividade neuronal após a lesão. Também permite a manipulação e reconexão de redes neuronais para investigar aspectos fundamentais do processamento de sinal neuronal e função neuronal in vitro .
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Todos os procedimentos detalhados abaixo foram aprovados pelo Comitê de Cuidados com Animais da Universidade McGill e estão de acordo com as diretrizes do Conselho Canadense de Cuidados com Animais.
1. Padronização de culturas neuronais usando dispositivos microfluídicos: montagem de dispositivos
2. Galvanização de neurônios em sistemas microfluídicos
3. Manter as Culturas Neuronais
4. Remoção de dispositivos microfluídicos
5. Preparação de grânulos revestidos com PDL
6. Preparando Micropipetas
7. Adesão do pêndulo PDL aos neurônios
8. Preparando Solução Salina Fisiológica (para Experimentos de Temperatura do Quarto)
9. Micromanipulação de grânulos
10. Neurites puxando
11. Conectando Neurônios
12. Verificando a funcionalidade da nova conexão através de gravações de grampos de patchs com células inteiras
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Os neurônios do hipocampo do rato embrionário são cultivados em dispositivos microfluídicos para permitir o posicionamento preciso de células, PDL-beads e micromanipuladores. O primeiro passo é montar adequadamente o dispositivo microfluídico em uma lamínula de vidro ou prato. É essencial que o dispositivo microfluídico esteja bem ligado ao substrato para evitar células que saem das câmaras e se movendo sob as partes do dispositivo que devem ser seladas ( Figura 1a
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Usando micromanipulação padrão e dispositivos microfluídicos inovadores, uma nova técnica foi desenvolvida para iniciar, alongar e conectar com precisão novos circuitos neuronais funcionais em grandes distâncias. A micromanipulação de pipeta é uma ferramenta comum na maioria dos laboratórios de neurociência 4 , 13 . O verdadeiro desafio para alcançar resultados reprodutíveis e confiáveis foi a padronização de culturas neuronais saudáveis e posicionadas com p...
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
A autora Margaret H Magdesian é a CEO da Ananda Devices que produz instrumentos utilizados neste artigo.
Gostaríamos de agradecer a Yoichi Miyahara por muitas discussões e informações úteis. MA e PG reconhecem o financiamento do CRSNG.
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Dispositivos de co-cultura | Ananda Devices | Comercialmente disponível na http://www.anandadevices.com | |
| Neuro devices | Ananda Devices | Comercialmente disponível na http://www.anandadevices.com | |
| No. 1 Glass Coverslip 25 mm Round | Warner Instruments | 64-0705 | |
| 35 mm Glass Bottom Plates #0, não revestido, irradiado por gama | MatTex Incorporação | P35G-0-20-C | |
| Placa de cultura de células de 35 mm, não pirogênica, placa de | 430165 | ||
| 95 mm x 15 mm estéril Corning Inc, tampa deslizável, poliestireno estéril | Fisherbrand | FB0875714G | |
| Tubos de centrífuga de 50 mL com graduações impressas e tampas planas | VWR | 89039-656 | |
| Tubo cônico de polipropileno de 15 mL, estilo 17 x 120 mm, não pirogênico, falcão estéril | |||
| Neurobasal Medium | Life Technologies | 21103-049 | Solução extracelular |
| B-27 Suplemento (50X), suplemento B-27 sem soro | (50X), | extracelular | sem 17504044 |
| Penoniclinina, Estreptomiocina, Glutamina | Thermo Fisher Scientific | 11995-065 | Solução extracelular |
| 200 μ L Pipettors | VWR | 89079-458 | |
| 2 - 20 μ L Pipettors | Pontas Resistentes a Aerossóis | 2149P | |
| BD Falcon 3mL Pipetas de Transferência [Não Estéril] | BD Falcon | 357524 | |
| Glicose | Gibco | 15023-021 | Solução extracelular |
| HEPES | Sigma | 7365-45-9 | Solução extracelular / Beads |
| NaCl | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | Solução |
| extracelularKCl | Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | Solução extracelular |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | 10043-52-4 | Solução extracelular |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | 7786-30-3 | Solução extracelular |
| #5 Pinças Dumont Dumostar 11 cm | World Precision Instruments | 500233 | |
| Ferramentas de dissecação | Braun, Aesculap | ||
| Poli-D-lisina Hidrobrometo | Sigma-Aldrich | P6407 | |
| Micropartículas à base de poliestireno, 10 μ m | Sigma-Aldrich | 72986 | |
| King Precision Glass, Inc. | Extrator de Pipetas Horizontal 14696-2 | ||
| Sutter Instruments | Brown-Flaming P-97 | ||
| Micromanipulators, Série PCS-5000 | SD Instruments | MC7600R | |
| Seringa de 1 mL | BD Luer-Lok | 309628 | |
| Microscópio Invertido | Olympus | IX71 | |
| Objetiva | Olympus | UIS2, LUCPLFLN 40X | |
| CCD Câmera | Photometrics | Cascade II: 512 | |
| Leibovitz's (1x) L-15 Medium | Life Technologies | 11415-064 | Dissecção de Rato |
| Typsin-EDTA (0,05%), Fenol vermelho | Life Technologies | 25300054 | Dissecção |
| de RatoDMEM (1x) Meio Eagle Modificado de Dulbecco [+4,5 g/L D-Glicose, + L-Glutamina, + 110 mg/L de Piruvato de Sódio] | Life Technologies | 11995-065 | Dissecção de Rato |
| HBSS (1x) Solução Salina Balanceada de Hank [- Cloreto de Cálcio, - Cloreto de Magnésio, - Sulfato de Magnésio] | Life Technologies | 14170-112 | Dissecção de Rato |
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou as figuras deste artigo JoVE
Solicitar permissão