Utilizando nossa estratégia de diferenciação, a cultura mostrou componentes pré e pós-sinápticos do NMJ no dia 30. Os componentes do NMJ foram induzidos e bem desenvolvidos em um único poço, e sua morfologia e localizações no NMJ foram demonstradas pela microscopia IF (Figura 1). O fluxograma na Figura 1A resume o curso de tempo da progressão de diferenciação do NMJ. A coloração de neurofilamentos (NF), vesículas sinápticas (SV2) e AChR(Figura 1B,C) indicam os neurônios. As únicas imagens de coloração de NF e SV2 são mostradas na Figura Suplementar 1. A coloração alfa-bungarotoxina indica AChR (Figura 1C). A imagem mesclada mostra as localizações relativas de um neurônio motor e AChR no NMJ (Figura 1D,E). O segundo conjunto de manchas de IF indica o neurônio motor por Tuj1 e Ilhota 1(Figura 1G,H) e miótubos pós-sinápticos pela cadeia pesada de miosina(Figura 1I). As células Schwann também foram rotuladas por anticorpo S-100 na cultura NMJ (Figura Suplementar 2).
Para confirmar melhor as identidades dos componentes do NMJ, utilizou-se SEM para análise morfológica detalhada. Morfologia NMJ madura com terminais de axônio expandidos, axônios e fibras musculares são mostrados na Figura 2A,B. FOI realizado para revelar a ultraestrutura madura dos componentes NMJ, incluindo o terminal de axônio pré-sináptico com vesículas sinápticas e a parte pós-sináptica, que é separada pela fissura sináptica(Figura 2C\u2012E). As dobras juncionais são indicadas pela linha amarela tracejada, que marca a junção do neurônio e das fibras musculares(Figura 2C). Os terminais de axônio maduros que contêm vesículas sinápticas são mostrados na Figura 2D,E (setas amarelas). Os resultados morfológicos mostram que os componentes do NMJ foram bem induzidos e amadurecidos.
Para avaliar a função do NMJ in vitro, realizamos a análise de movimento estimulando o neurônio motor com CaCl2 para desencadear contrações do miotube. Os resultados mostraram que o Ca2+ pode desencadear contrações musculares. As contrações podem ser interrompidas por curare. O NMJ mostrou sinais de movimento proeminentes que desapareceram com o tratamento curare(Figura 3). Este efeito confirma que os sinais do neurônio motor foram transmitidos através do NMJ para desencadear a contração muscular. Juntos, os dados de microscopia if, SEM e TEM demonstraram a distribuição espacial, morfologia e maturidade dos componentes NMJ no NMJ in vitro gerado pelo protocolo descrito acima. A análise de movimento validou a função do NMJ in vitro, o que implica sua potencial aplicação ao desenvolvimento de estratégias terapêuticas.

Figura 1: Gráfico de fluxo para indução de NMJ e imagens IF da cultura NMJ. (A) Um fluxograma para a progressão de diferenciação do NMJ. (B\u2012F) Detecção de componentes NMJ, neurofilamentos (NF), vesículas sinápticas (SV2) e AChR. As setas brancas no painel D indicam o NMJ. (G\u2012K) Componentes pré e pós-sinápticos do NMJ. Tuj1 e Islet1 indicam o neurônio motor, e a cadeia pesada de minosina (MYH) indica o miotube. a-BTX, alfa-bungarotoxina. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Imagens SEM e TEM de NMJ maduro. (A) A distribuição espacial dos componentes do NMJ mostra o terminal de axônio ancorado na superfície da fibra muscular (Mf). (B) Uma ampliação mais elevada do NMJ mostra os terminais de axônio. (C) A ultraestrutura de um NMJ amadurecido com terminal de axônio pré-sináptico (pontas das flechas vermelhas) e vesículas sinápticas (Sv), fissura sináptica (Sc) e partes pós-sinápticas (setas vermelhas). As dobras juncionais (jf) são indicadas pela linha amarela tracejada. Ax, axon. (D, E) As imagens de alta ampliação mostram as vesículas sinápticas nos terminais de axônio (setas amarelas). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Análise de contração de myotubes de NMJ in vitro. A contração dos miotubes foi desencadeada com a solução CaCl 2 de25 mM (linha verde). As contrações foram inibidas após tratamento com curare (linha amarela). Consulte também o Filme Suplementar 1 e o Filme Suplementar 2. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Filme suplementar 1: A contração dos miotubes desencadeada por Ca++. Clique aqui para baixar este vídeo.
Filme suplementar 2: A contração muito mais fraca dos miótubos após o tratamento curare é mostrada. Clique aqui para baixar este vídeo.
Figura suplementar 1: As únicas imagens de coloração de neurofilamentos (NF, setas brancas) na cultura NMJ. As únicas imagens de coloração de vesículas sinápticas (SV2, setas brancas) na cultura NMJ. Clique aqui para baixar este número.
Figura suplementar 2: As células Schwann rotuladas por anticorpo S-100 na cultura NMJ. Clique aqui para baixar este número.
| Meio de diferenciação miogênica (MDM) | MEM-alfa | 500mL |
| 100mM 2-ME | 1117μL |
| Doxiciclina | 1μg/mL |
| Ksr | 56mL (final a 10%) |
| Caneta/Estreptococos | 2,5mL |
| Total | 560mL |
|
| 100mM 2-mercaptoetanol | 2-mercaptoetanol | 7μL |
| d.D. água | 993μL |
| Total | 1000μL |
|
| Meio NMJ | Meio neurobásal (RN) | 500mL |
| B27 | 1x (estoque em 50x) |
| Bdnf | 10ng/mL |
| GDNF | 10ng/mL |
| N2 | 1x (estoque em 100x) |
| NT3 | 10ng/mL |
| Caneta/Estreptococos | 2,5mL |
Tabela 1: Fórmula de médio.