Preparación de Neuronales Co-culturas con precisión Single Cell

Summary

Se describen protocolos para sola neurona arraying microfluidos y el enmascaramiento de agua para el patrón de plasma en el chip de recubrimientos de biomateriales. Co-cultivos altamente interconectadas se pueden preparar usando entradas de celda mínimos.

Abstract

Realizaciones de microfluidos de la cámara Campenot han despertado gran interés por parte de la comunidad de las neurociencias. Estas plataformas de co-cultivo interconectadas se pueden utilizar para investigar una variedad de preguntas, que abarca la neurobiología del desarrollo y funcional a la infección y la propagación de la enfermedad. Sin embargo, los sistemas convencionales requieren insumos significativos celulares (muchos miles por compartimiento), inadecuados para el estudio de las células de baja abundancia, como el nigra del substantia primaria dopaminérgico, ganglios espiral, y las neuronas melanogaster Drosophila y poco práctico para la experimentación de alto rendimiento. Los cultivos densos también se enredan muy localmente, con unos crecimientos (<10%) que interconectan las dos culturas. En este trabajo se describen los protocolos de microfluidos y de modelado sencillas que frente a estos desafíos: (i) una neurona única de microfluidos método arraying, y (ii) un método de enmascaramiento de agua para recubrimientos de biomateriales de modelado de plasma para Register neuronas y promover la excrecencia de entre los compartimentos. Co-cultivos neuronales Minimalistic se prepararon con alto nivel (> 85%) la conectividad intercompartimiento y se pueden utilizar para los de alto rendimiento experimentos neurobiología con precisión simple célula.

Introduction

Tejido neuronal es muy complejo; una mezcla celular heterogénea que se ordena espacialmente dentro de las capas y los compartimentos definidos y con conectividad de plástico a través de contactos celulares y en especial a través de los axones y dendritas excrecencias. Se requieren nuevas técnicas para conferir una mayor libertad experimental para obtener una visión más profunda y los mecanismos centrales para desentrañar la enfermedad, el desarrollo y la función saludable. La cámara de Campenot ^1,2 y, más recientemente microfabricado realizaciones ^3,4 se pueden utilizar para la preparación ex vivo de co-cultivos neuronales conectados en red con la capacidad para perturbar de forma selectiva las diferentes poblaciones somáticas y también sus excrecencias de neuritas. Estos dispositivos de microfluidos han, por ejemplo, han utilizado para estudiar la degeneración axonal y la regeneración siguiente químico ^5,6 o láser axotomía ^6-8, tauopatía ^9, difusión viral ^10,11, y la localización del mRNA en los axones ^4.

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Para ampliar el alcance de los neurobiólogos, se requieren desarrollos tecnológicos para preparar co-cultivos neuronales minimalistas. Esto permite que el desenmarañado de la red neuronal para la investigación del sistema con una sola célula y la precisión de sub-celular. El requisito para el número de células mínimas abre la posibilidad de analizar los tipos de células raras, incluyendo células dopaminérgicas de la sustancia negra pertinentes a la enfermedad de Parkinson, los ganglios de espiral desde el oído, las neuronas periféricas, y las células madre. Más allá de esto, la economía celular es relevante a la iniciativa de las 3R. El uso de estas plataformas de microfluidos, pantallas de toxicidad a gran escala u otras de alto rendimiento, rica serie experimental de datos que requieren las neuronas de los animales puede considerarse ahora.

En este trabajo se describen los protocolos para la fabricación y el uso de un dispositivo de microfluidos. De agrupación de microfluidos en combinación con un en biomateri situmétodo de modelado al se puede utilizar para el registro de los co-cultivos neuronales altamente interconectadas que utilizan el número de células mínimas. De agrupación de microfluidos se basa en un enfoque de flujo diferencial ^12-15, en el que las trampas microestructurados se colocan dentro de un circuito de fluido (ilustrada junto con imágenes de SEM en la Figura 1). La ruta de 0 → 1 tiene la resistencia fluídica inferior _{(R2> R1)} para el transporte de las neuronas a una serie lineal de aberturas microestructurados – las entradas a los canales de desarrollo de neuritas. Ocupación de la trampa por una sola célula impide localmente el flujo de desviar las líneas de corriente para atrapar las células posteriores en trampas vecinos. Ocupación completa de las trampas de la matriz cambia la relación de fluidos _{(R1> R2)} para desviar las líneas de corriente en la trayectoria de serpentina (0 → 2) para producir un modo de derivación de operación para la eliminación del exceso de neuronas.

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Figura 1. Microfluidic Circuito. A) El circuito de resistencia diferencial de fluido para el solo arraying neurona, con flanqueando cámaras de cultivo interconectados por canales de desarrollo de neuritas. B, las imágenes C) de SEM de la bicapa neurona compartimentada gama co-cultivo con menisco fijando micropilares. Con este diseño, se utilizaron estructuras de captura de neuronas en forma de tridente-para promover fasciculación de las excrecencias de neuritas. La figura y la leyenda reproducido con permiso de la Sociedad Real de Química (RSC) ^12. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

La preparación de las redes neuronales micropatterned en sustratos planos se puede conseguir fácilmente (por EJEMPLOS es de nuestro grupo, ver Frimat et al. ¹⁶ y Heike et al. ^17). Sin embargo, la encapsulación de patrones materiales bioactivos dentro de los dispositivos de PDMS y con el requisito de alineación micrómetro escala de estos a los canales de microfluidos plantea un gran desafío técnico. En la sección 3.1 de un protocolo para la en-chip, o in situ, se presenta la preparación de los patrones de biomateriales. Estos patrones permiten la inscripción de las neuronas durante las largas escalas de tiempo de cultivo y promover crecimientos entre los compartimentos. Microestructuras de menisco-colocación de clavos se utilizan para alinear una llamada máscara de agua con la neurona sitios y canales de desarrollo de neuritas arraying. El agua máscara protege los recubrimientos de moléculas de adhesión durante el tratamiento de plasma, mientras que las superficies expuestas se desintegran para definir el patrón de biomaterial. Además, se proporcionan protocolos para el cultivo celular y para el aislamiento de fluido necesario para el tratamiento selectivo de los diferentes compartimentos de co-cultivo.

ve_content "> Los protocolos están diseñados para aprovechar los principios de uso fácil de la litografía suave para la replicación de poli (dimetilsiloxano) (PDMS) dispositivos de microfluidos ^18. Del mismo modo, en el patrón de biomaterial in situ es sencillo, la explotación de la superficie de evaporación y fenómenos de tensión, y sólo que requiere una fuente de plasma de mano barata. El circuito de microfluidos con eficacia los programas de carga celular y compartimiento tratamientos específicos que hacen estas operaciones De esta manera, se pretende dar a los neurobiólogos simplemente una cuestión de distribución de materiales en el puerto inferior correcto y aspirando desde arriba. la libertad de preparar y usar los dispositivos de microfluidos en sus propios laboratorios.

Protocol

Los protocolos están destinados a los neurocientíficos, y se resumen en la Figura 2. Como tal, es recomendar que la microfabricación de los SU-8 maestros utilizados para la replicación de PDMS se externaliza a las instalaciones comerciales o institucionales. Los dos diseños de máscara de capa están disponibles gratuitamente como información complementaria (CP) en la Real Sociedad de Química página web 12. Es importante destacar que la primera capa de SU-8 debe ser fabricado a una pr…

Representative Results

Hazañas de enmascaramiento Agua tensión superficial. La tolerancia a la presión en la interfase aire-líquido escalas inversamente con el radio de curvatura [ , La producción de las interfaces altamente estables en las dimensiones de microfluidos. Los micropilares anclar eficazmente el agua máscara en su lugar. Formación de máscara de agua es impulsado por la evaporación de los puertos microfluídicos, con la tasa de aumento de …

Discussion

La técnica de agrupación de microfluidos es el primero de su tipo que permite precisión simple manejo de las neuronas para establecer culturas minimalistas. Junto con el método in situ patrón biomaterial, un enfoque poderoso para alinear patrones celulares con estructuras de microfluidos, estas culturas minimalistas tienen niveles de conectividad de alta intercompartimiento con reducida entrelazamiento local. Estas características se pueden utilizar para el estudio eficiente de transmisión inter-comparti…

Materials

PDMS Sylgard 184	Dow Corning
PDMS Elastosil RT 601	Wacker
Coverslips	VWR	630-1590	130-160 mm thick
3 mm Biopsy Punches	Kai Medical		Handle with care – extremely sharp
Tygon Tubing	Fisher Scientific	S-50-HL	1.65 mm ID; 3.35 mm OD
1 mL Syringe (Inkjekt and Omnifix)	Braun	6064204
4-Way Tubing Connector	VWR or Fisher Scientific
Flow Regulator	Harvard Apparatus	722645
0.5 mm Pins	Dressmaking Departments
PLL-g-PEG	SuSoS	PLL(20)-g[3.5]-PEG(5)	Stability in storage can be an issue
poly-D-lysine	Sigma-Aldrich	P6407
poly-lysine-FITC	Sigma-Aldrich	P3069
poly-ornithine	Sigma-Aldrich	P4957
fibronectin	Sigma-Aldrich	F2006
laminin	Sigma-Aldrich	L2020
PBS	Sigma-Aldrich	P4417
Inverted Fluorescent Microscope
Example Aspiration Pump	KNF Neuberger, Laboport	N811KVP
Hand Held Corona Discharge Device	Leybold-Heraeus, USA	VP23	May not comply with your country's safety standards
Femto Plasma Oven	Diener Electronic
Vacuum Dessicator or Centrifuge