Bioimpression 3D d’astrocytes corticaux murins pour l’ingénierie de tissus de type neural

Résumé

Nous rapportons ici une méthode de bioimpression 3D d’astrocytes corticaux murins pour la biofabrication de tissus de type neuronal afin d’étudier la fonctionnalité des astrocytes dans le système nerveux central et les mécanismes impliquant les cellules gliales dans les maladies neurologiques et les traitements.

Résumé

Les astrocytes sont des cellules gliales ayant un rôle essentiel dans le système nerveux central (SNC), y compris le soutien et la fonctionnalité neuronals. Ces cellules répondent également aux lésions neurales et agissent pour protéger le tissu contre les événements dégénératifs. Les études in vitro de la fonctionnalité des astrocytes sont importantes pour élucider les mécanismes impliqués dans de tels événements et contribuer au développement de thérapies pour traiter les troubles neurologiques. Ce protocole décrit une méthode pour biofabriquer une structure tissulaire de type neuronal riche en astrocytes par bioimpression 3D d’une bioencaire chargée d’astrocytes. Une bioimprimante 3D à base d’extrusion a été utilisée dans ce travail, et les astrocytes ont été extraits des cortex cérébraux des chiots de souris C57Bl / 6. La bioencentaire a été préparée en mélangeant des astrocytes corticaux jusqu’au passage 3 à une solution de biomatériau composée de gélatine, de gélatine-méthacryloyle (GelMA) et de fibrinogène, complétée par de la laminine, qui présentait des conditions optimales de bioimpression. Les conditions de bio-impression 3D ont minimisé le stress cellulaire, contribuant à la haute viabilité des astrocytes pendant le processus, dans lequel 74,08% ± 1,33% des cellules étaient viables juste après la bioimpression. Après 1 semaine d’incubation, la viabilité des astrocytes a considérablement augmenté à 83,54% ± 3,00%, ce qui indique que la construction 3D représente un microenvironnement approprié pour la croissance cellulaire. La composition du biomatériau a permis l’attachement cellulaire et stimulé le comportement astrocytaire, les cellules exprimant la protéine acide fibrillaire gliale marqueur astrocytaire spécifique des astrocytes (GFAP) et possédant une morphologie astrocytaire typique. Ce protocole reproductible fournit une méthode précieuse pour biofabriquer des tissus de type neuronal 3D riches en astrocytes qui ressemblent au microenvironnement natif des cellules, utile aux chercheurs qui visent à comprendre la fonctionnalité des astrocytes et leur relation avec les mécanismes impliqués dans les maladies neurologiques.

Introduction

Les astrocytes sont le type de cellule le plus abondant dans le système nerveux central (SNC) et jouent un rôle clé dans l’homéostasie cérébrale. En plus de supporter le neurone, les astrocytes sont responsables de la modulation de l’absorption des neurotransmetteurs, du maintien de l’intégrité de la barrière hémato-encéphalique et de la régulation de la synaptogenèse neuronale^1,2. Les astrocytes ont également un rôle essentiel dans l’inflammation du SNC, répondant aux lésions cérébrales dans un processus qui conduit à la réactivité astrocitaire ou à l’astrogliose réactive^3,4....

Protocole

Toutes les procédures impliquant des animaux ont suivi les directives internationales pour l’utilisation des animaux dans la recherche (http://www.iclas.org) et ont été approuvées par le Comité d’éthique de la recherche de l’Universidade Federal de São Paulo (CEUA 2019 / 9292090519).

1. Dissection cérébrale de souris

1. Transférer 10 mL de solution saline tamponnée Hanks froide (HBSS) dans une boîte de culture de 100 mm et 1 mL dans un microtube de 1,5 mL. Préparez un microtube par animal.
   REMARQUE: La boîte de culture et le microtube doivent être conservés sur la glace.
2. Préparer le milieu de culture des astrocytes en ut....

Résultats

Ce travail visait à développer un tissu de type neuronal en utilisant la technologie de bio-impression 3D pour déposer couche par couche de gélatine primaire chargée d’astrocytes / GelMA / fibrinogène bioink. Les astrocytes ont été extraits et isolés du cortex cérébral de chiots souris(Figure 1),ajoutés à une composition de biomatériaux, permettant la biofabrication d’une construction 3D vivante.

La conception assistée par ordinateur (CAO) a ét.......

Discussion

La technologie de bio-impression 3D est apparue comme une alternative de biofabrication qui permet l’ingénierie de constructions raffinées qui ressemblent structurellement et physiologiquement à des tissus natifs²², y compris le cerveau²³. La biofabrication de tissus de type neuronal permet une modélisation in vitro du microenvironnement natif, étant un outil important pour comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires associés au développement e.......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Bioprinter	3D Biotechnology Solutions		Extrusion-based bioprinter
Blunt-tip forceps	Integra Miltex	6--30	Forceps for brain dissection previously sterilized
Bovine serum albumin	Sigma-Aldrich	9048-46-8	Protease free, fatty acid free, essentially globulin free
CaCl2	Sigma-Aldrich	10043-52-4
Cell culture flask	Fisher Scientific	156340	Culture flask T25
Cell strainer	Corning Incorporated	352340	Cell strainer 40 µm
Confocal microscope	Leica		Confocal TCS SP8 microscopy coupled with an Olympus FluoView 300 confocal system
Conical tubes	Thermo Scientific	339651, 339652	Sterile tubes of 15 mL and 50 mL
DAPI	Abcam	ab224589	DAPI staining solution
DMEM/F12	Gibco; Life Technologies Corporation	12500062	DMEM/F-12 50/50, 1X (Dulbecco's Mod. Of Eagle's Medium/Ham's F12 50/50 Mix) with L-glutamine
Dyalisis tubing	Sigma-Aldrich	D9527	Molecular weight cut-off = 14 kDa
Ethanol	Fisher Scientific	64-15-5	Reagent grade
Fetal Bovine Serum	Gibco; Life Technologies Corporation	12657011	Research Grade
Fibrinogen	Sigma-Aldrich	9001-32-5	Fibrinogen cristalline powder from bovine plasma
Gelatin	Sigma-Aldrich	9000-70-8	Gelatin powder from porcine skin
Glycine	Sigma-Aldrich	56-40-6	Glycine powder
Hanks Buffered Salt Solution (HBSS)	Gibco; Life Technologies Corporation	14175095	No calcium, no magnesium, no phenol red
L-Glutamine	Sigma-Aldrich	56-85-9	L-Glutamine crystalline powder
Laminin	Sigma-Aldrich	114956-81-9	Laminin 1-2 mg/mL L in 50 mM Tris-HCl
Live dead kit cell imaging kit	Thermo Scientific	R37601	Green fluorescence in live cells (ex/em 488 nm/515 nm). Red fluorescence in dead cells (ex/em 570 nm/602 nm)
Methacrylic anhydride	Sigma-Aldrich	760-93-0	For GelMA preparation
Microtubes	Corning Incorporated	MCT-150-C	Microtubes of 1,5 mL
NaCl	Sigma-Aldrich	7647-14-5
Needle 22G	Fisher Scientific	NC1362045	Sterile blunt needle
Operating scissor	Integra Miltex	05--02	Sharp scissor for brain dissection previously sterilized
Paraformaldehyde	Sigma-Aldrich	30525-89-4	Paraformaldehyde powder
Penicillin/Streptomycin	Gibco; Life Technologies Corporation	15070063	Pen Strep (5,000 Units/ mL Penicillin; 5,000 ug/mL Streptomycin)
Petri dish	Corning Incorporated	430591, 430588	Sterile petri dishes of 35 and 100 mm
Phalloidin	Abcam	ab176753	iFluor 488 reagent
Photoinitiator	Sigma-Aldrich	106797-53-9	2-Hydroxy-4′-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone
Phosphate buffer saline (PBS)	Gibco; Life Technologies Corporation	10010023	PBS 1 x, culture grade, no calcium, no magnesium
Poly-L-lysine	Sigma-Aldrich	25988-63-0	Poly-L-lysine hydrobromide mol wt 30,000-70,000
Primary antobody	Abcam	ab4674	Chicken polyclonal to GFAP
Secondary antibody	Abcam	ab150176	Alexa fluor 594 anti-chicken
Spatula	Miltex	V973-70	Number 24 cement spatula previously sterilized
Stereomicroscope	Fisherbrand	3000038	Microscope for brain dissection
Syringe 5 mL	BD	1222C84	Sterile syringe
Syringe filter 2 µm	Fisher Scientific	09-740-105	Polypropylene filter for sterilization
Thrombin	Sigma-Aldrich	9002--04-4	Thrombin cristalline powder from bovine plasma
Triton X-100	Sigma-Aldrich	9002-93-1	Laboratory grade
Trypsin-EDTA	Gibco; Life Technologies Corporation	15400054	Trypsin no phenol red 1 x diluted in PBS
Versene solution	Gibco; Life Technologies Corporation	15040066	Versene Solution (0.48 mM) formulated as 0.2 g EDTA(Na4) per liter of PBS
Well plate	Thermo Scientific	144530	Sterile 24-well plate