Réponse neuronale aux gradients Sema3A de pente décroissante. Crédit :Université de la ville de Hong Kong
Le développement neuronal est souvent régulé par la distribution graduelle des molécules de guidage, qui peut attirer ou repousser la migration neuronale ou la projection des neurites lorsqu'elle est présentée sous forme de gradients de concentration, ou chimiotaxie. Cependant, de nombreux détails sur le processus sont largement inexplorés.
Une équipe de recherche de la City University of Hong Kong (CityU) a abordé ce problème de manière précise et systématique en développant un nouveau dispositif, et a récemment publié leurs résultats dans un article de recherche dans la revue Communication Nature , intitulé "Les dosages chimiotactiques tridimensionnels à haut débit révèlent une complexité dépendante de la pente de la sensation neuronale aux gradients moléculaires."
La chimiotaxie fait référence au mouvement d'un organisme en réponse à un stimulus chimique. Il est bien connu que les gradients de concentration des molécules de guidage, telles que les protéines nétrine ou sémaphorine (Sema), jouent un rôle essentiel dans le développement neuronal embryonnaire. Encore, comment exactement les profils physiques des gradients moléculaires, par exemple. le taux de changement des profils de concentration (pente du gradient), les interactions avec le développement neuronal sont longtemps restées une question sans réponse. Une partie de la raison était le manque d'appareils 3D qui peuvent récapituler les caractéristiques importantes des tissus cérébraux à l'extérieur du corps humain. Les tests chimiotactiques in vitro précédents sont souvent 2-D, à faible débit (ce qui signifie qu'il doit répéter manuellement les expériences plusieurs fois pour collecter des données pour différents paramètres) et manque de contrôle de gradient fin.
La nouvelle plateforme 3D microarrayée pour réaliser les expériences chimiotactiques, permettant une étude précise et systématique de la sensibilité neuronale à la pente du gradient moléculaire. Crédit :Université de la ville de Hong Kong
En réponse, l'équipe CityU développe une nouvelle plate-forme pour effectuer les expériences chimiotactiques. Ils ont développé une plate-forme microfluidique à base d'hydrogel pour les tests chimiotactiques 3D à haut débit, et l'a utilisé pour étudier la sensibilité neuronale à la pente du gradient moléculaire, faire la lumière sur le mécanisme de régénération neuronale en reconnaissant une variation subtile dans les profils de gradient des molécules de guidage.
"Notre puce ne mesure que 1 sur 3 cm 2 , mais abrite des centaines de cylindres d'hydrogel microscopiques suspendus, chacun contenant un profil de gradient distinct pour permettre la croissance 3D de cellules neuronales dans un environnement ressemblant étroitement à celui de notre cerveau, " dit le Dr Shi Peng, Professeur agrégé au Département de génie biomédical (BME) de CityU, qui a dirigé la recherche.
"L'avantage majeur de la configuration est le débit élevé, ce qui signifie qu'une grande collection de profils de gradient moléculaire peut être testée en parallèle à l'aide d'une seule puce pour générer une énorme quantité de données, et le temps d'expérimentation peut être réduit de mois à 48 heures, " il explique.
Reconstruction des images numérisées montrant la génération globale du gradient dans le nouvel appareil. Crédit :Université de la ville de Hong Kong
Grâce à la nouvelle plateforme et à une analyse statistique rigoureuse, l'équipe a révélé une diversité et une complexité spectaculaires dans la régulation chimiotactique du développement neuronal par diverses molécules de guidage. En particulier, pour Sema3A, l'équipe a découvert que deux voies de signalisation, à savoir STK11 et GSK3, sont différemment impliqués dans la régulation chimiotactique dépendante de la pente de la répulsion des neurites coordonnée et de la migration neuronale.
Sur la base de ces constatations, l'équipe a en outre démontré que la molécule de guidage, Sema3A, n'est bénéfique pour favoriser la régénération du cortex que s'il est présenté sous la bonne forme de gradient dans un cerveau de rat blessé, qui a été rapporté dans un autre article de la revue Biomatériaux plus tôt cette année.
« En cas de lésion cérébrale, le système nerveux ne se régénère pas facilement, donc une bonne utilisation des molécules de guidage aiderait le cerveau à récupérer. À cet égard, nos recherches apportent des éclairages sur le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques, " conclut le Dr Shi.
