Name: axon stretch growth: the mechanotransduction of neuronal growth
Uploaded: 2011-08-10T12:00:00
Duration: 11 min 46 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Axon Stretch Growth: The Mechanotransduction of Neuronal Growth at JoVE.com

עבודה זו מומנה על ידי קריירה NSF CBET-0747615. המחברים מבקשים להודות בני הזוג. דאגלס ח סמית ודיוויד פ &#39;שמיני עבור הדרכה ותמיכתם.

<ol>
	<li>Bernal, R., Pullarkat, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+axons.">Mechanical properties of axons.</a> Phys Rev Lett. 99, 018301-018301 (2007).</li><li>Bray, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+growth+in+response+to+experimentally+applied+mechanical+tension.">Axonal growth in response to experimentally applied mechanical tension.</a> Dev Biol. 102, 379-389 (1984).</li><li>Chetta, J., Kye, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytoskeletal+dynamics+in+response+to+tensile+loading+of+mammalian+axons.">Cytoskeletal dynamics in response to tensile loading of mammalian axons.</a> Cytoskeleton (Hoboken). 67, 650-665 (2010).</li><li>Dennerll, T. J., Lamoureux, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cytomechanics+of+axonal+elongation+and+retraction.">The cytomechanics of axonal elongation and retraction.</a> J Cell Biol. 109, 3073-3083 (1989).</li><li>Fu, S. Y., Gordon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cellular+and+molecular+basis+of+peripheral+nerve+regeneration.">The cellular and molecular basis of peripheral nerve regeneration.</a> Mol Neurobiol. 14, 1-2 (1997).</li><li>Gray, C., Hukkanen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+neural+growth:+calcitonin+gene-related+peptide+and+substance+P-+containing+nerves+attain+exceptional+growth+rates+in+regenerating+deer+antler.">Rapid neural growth: calcitonin gene-related peptide and substance P- containing nerves attain exceptional growth rates in regenerating deer antler.</a> Neuroscience. 50, 953-963 (1992).</li><li>Heidemann, S. R., Buxbaum, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tension+as+a+regulator+and+integrator+of+axonal+growth.">Tension as a regulator and integrator of axonal growth.</a> Cell Motil Cytoskeleton. 17, 6-10 (1990).</li><li>Heidemann, S. R., Buxbaum, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+tension+as+a+regulator+of+axonal+development.">Mechanical tension as a regulator of axonal development.</a> Neurotoxicology. 15, 95-107 (1994).</li><li>Heidemann, S. R., Lamoureux, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytomechanics+of+axonal+development.">Cytomechanics of axonal development.</a> Cell Biochem Biophys. 27, 135-155 (1995).</li><li>Iwata, A., Browne, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+survival+and+outgrowth+of+mechanically+engineered+nervous+tissue+constructs+implanted+into+spinal+cord+lesions.">Long-term survival and outgrowth of mechanically engineered nervous tissue constructs implanted into spinal cord lesions.</a> Tissue Eng. 12, 101-110 (2006).</li><li>Lamoureux, P., Heidemann, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+elongation+within+and+along+the+axon.">Growth and elongation within and along the axon.</a> Dev Neurobiol. 70, 135-149 (2010).</li><li>Lamoureux, P., Zheng, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cytomechanical+investigation+of+neurite+growth+on+different+culture+surfaces.">A cytomechanical investigation of neurite growth on different culture surfaces.</a> J Cell Biol. 118, 655-661 (1992).</li><li>Lindqvist, N., Liu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinal+glial+(Muller)+cells:+sensing+and+responding+to+tissue+stretch.">Retinal glial (Muller) cells: sensing and responding to tissue stretch.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 51, 1683-1690 (2010).</li><li>Loverde, J. R., Ozoka, V. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live+Imaging+of+Axon+Stretch+Growth+in+Embryonic+and+Adult+Neurons.">Live Imaging of Axon Stretch Growth in Embryonic and Adult Neurons.</a> J. Neurotrauma. , (2011).</li><li>Lu, Y. B., Franze, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelastic+properties+of+individual+glial+cells+and+neurons+in+the+CNS.">Viscoelastic properties of individual glial cells and neurons in the CNS.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 103, 17759-17764 (2006).</li><li>O'Toole, M., Lamoureux, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+physical+model+of+axonal+elongation:+force,+viscosity,+and+adhesions+govern+the+mode+of+outgrowth.">A physical model of axonal elongation: force, viscosity, and adhesions govern the mode of outgrowth.</a> Biophys J. 94, 2610-2620 (2008).</li><li>Pfister, B. J., Bonislawski, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stretch-grown+axons+retain+the+ability+to+transmit+active+electrical+signals.">Stretch-grown axons retain the ability to transmit active electrical signals.</a> FEBS Lett. 580, 3525-3531 (2006).</li><li>Pfister, B. J., Gordon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+Engineering+Strategies+for+Peripheral+Nerve+Repair:+Surgical+Applications,+State+of+the+Art,+and+Future+Challenges.">Biomedical Engineering Strategies for Peripheral Nerve Repair: Surgical Applications, State of the Art, and Future Challenges.</a> Crit Rev Biomed Eng. 39, 81-124 (2011).</li><li>Pfister, B. J., Iwata, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extreme+stretch+growth+of+integrated+axons.">Extreme stretch growth of integrated axons.</a> J Neurosci. 24, 7978-7983 (2004).</li><li>Pfister, B. J., Iwata, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+transplantable+nervous+tissue+constructs+comprised+of+stretch-grown+axons.">Development of transplantable nervous tissue constructs comprised of stretch-grown axons.</a> J Neurosci Methods. 153, 95-103 (2006).</li><li>Siechen, S., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+tension+contributes+to+clustering+of+neurotransmitter+vesicles+at+presynaptic+terminals.">Mechanical tension contributes to clustering of neurotransmitter vesicles at presynaptic terminals.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 12611-12616 (2009).</li><li>Smith, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stretch+growth+of+integrated+axon+tracts:+extremes+and+exploitations.">Stretch growth of integrated axon tracts: extremes and exploitations.</a> Prog Neurobiol. 89, 231-239 (2009).</li><li>Smith, D. H., Wolf, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+strategy+to+produce+sustained+growth+of+central+nervous+system+axons:+continuous+mechanical+tension.">A new strategy to produce sustained growth of central nervous system axons: continuous mechanical tension.</a> Tissue Eng. 7, 131-139 (2001).</li><li>Weiss, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nerve+patterns:+The+mechanics+of+nerve+growth.">Nerve patterns: The mechanics of nerve growth.</a> Growth, Third Growth Symposium. 5, 163-203 (1941).</li><li>Zheng, J., Lamoureux, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tensile+regulation+of+axonal+elongation+and+initiation.">Tensile regulation of axonal elongation and initiation.</a> J Neurosci. 11, 1117-1125 (1991).</li></ol>

התארכות לשעבר vivo מכניות של תאים עצביים הוא תחת פטנט פטנטים בארה&quot;ב # # 6264944 ו 7429267.

שני צעדים קריטיים יש לשים לב במהלך הכנת bioreactors. ראשית, חפיפה אופטימלית בממשק המצע יש צורך להבטיח כי האקסונים יכולים לעבור על המצע נייח. Aclar כי היא מכורבלת מוגזם או לא מושלם אחרת לא אמור לשמש (איור 3). כדי לייעל את החפיפה, לאשר את המצע גרירה הוא שייף שווה וקשרים המצע נייח באופן אחיד על פני תיקון 2-3mm קשר ארוך. חפיפה צריך להיות מותאם לפני כל ניסוי בקפידה על ידי התאמת גובה הרגליים גרירה. שנית, תוך מתן עבור התקשרות של נוירונים, ציפויים המצע לקיים כוחות הסתייגותו ניכר שנגרם על ידי עקירה של מתח bioreactor ועל התכווצות של אקסונים (היידמן בוקסבאום 1990; פפיסטר, איווטה et al 2004;.. Loverde, Ozoka et al 2011). מצעים יש לשטוף היטב במים מעוקרים הן לפני ואחרי ציפוי ליזין. ציפוי צריך להיות מיושם החל aliquots מופשר טרי ולהפיץ בצורה שווה ככל האפשר. חשוב לציין, מצעים לא צריך להתרגש או מופרע אחרת במהלך תקופת ההדבקה. בשלבים הבאים, להימנע ממגע עם מצעים במהלך ציפוי, ו pipet כל הפתרונות מן הקצה המרוחק של נתיבים מן הממשק המצע. טולרנסים בקשרים של כל רכיב bioreactor יכול להתבטא בצורה של רפוי. בתקופה הראשונה של ASG, רפיון במערכת ניכרת תנועה של הטבלה תנועה אוטומטית הליניארי מתרחשת ללא תנועה של גוש גרירה. הנטוש יכול להשתנות בכל ניסוי, אבל הוא בדרך כלל &lt;1mm בחוויה שלנו. מסיבה זו, &quot;טרום מתח&quot; שלב חיסול רפיון של 1mm/day, ליום אחד, מקדים את לוח הזמנים ASG שבמהלכו חלקים bioreactor לעסוק ולהתחיל התנועה של מצעים גרירה. בעיות עשויות להידרש אם הצעד עקירה של הטבלה תנועה אוטומטית הליניארי אינו תואם את העקירה של גוש גרירה לאחר שלב טרום מתח תושלם. Asynchronous, התקות מדויק של גוש גרירה המשויכים &quot;stiction &#39;או חיכוך סטטי בתוך החומרה גרירה כיפוף של מתאם. כדי למנוע בעיות אלה התרחשות, תנועה של גוש גרירה צריך להיבדק על ידי יד, לאחר ההרכבה, תנועה חלקה ללא מאמץ כמעט. אם מחייב מתרחשת, הרכבה הגרירה צריך להיות משוחרר לפני ניסויים. קשיחות מספקת של מתאם זה נחוץ גם כדי להבטיח מדויק, התקות סינכרוני אינם להתגבר על ידי stiction של החומרה גרירה.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם הרכיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> Polyetheretherketone (הצצה) </td><td> מקמאסטר-קאר, Elmhurst, IL </td><td> 8504K69 </td><td> מותאמים ללקוח bioreactor קאמרית </td></tr><tr><td> פוליקרבונט </td><td> מקמאסטר-קאר, Elmhurst, IL </td><td> 8574K28 </td><td> מותאמים ללקוח מכסה תא bioreactor </td></tr><tr><td> מנוע צעד </td><td> אפלייד מוצרים Motion, Watsonville, CA </td><td> HT23-397 </td><td></td></tr><tr><td> תנועה ליניארית השולחן </td><td> מערכות סרוו, Montville, NJ </td><td> MIPS-2-10-1.0mm </td><td></td></tr><tr><td> שלב מנוע כונן בקר </td><td> אפלייד מוצרים Motion, Watsonville, CA </td><td> Si2035 </td><td></td></tr><tr><td> Aclar </td><td> מבנה Probe Inc, במערב צ&#39;סטר, פנסילבניה </td><td> 1859 </td><td> גרירה תרבות מצעים </td></tr><tr><td> מס &#39;1 coverslip </td><td> המוח מעבדות מחקר, ניוטון, MA </td><td> 4865-1 </td><td> תרבות נייחים המצע </td></tr><tr><td> סיליקון RTV </td><td> מקמאסטר-קאר, Elmhurst, IL </td><td> 7587A37 </td><td></td></tr><tr><td> כותנה שקצהו מטליות </td><td> מקמאסטר-קאר, Elmhurst, IL </td><td> 7074T62 </td><td></td></tr><tr><td> Poly-D-ליזין </td><td> BD, בדפורד, מסצ&#39;וסטס </td><td> 354210 </td><td></td></tr></tbody></table>

axon stretch growth: the mechanotransduction of neuronal growth

במהלך ההתפתחות העוברית מראש הסינפטי, תהליכים עצביים לעבור מרחקים קצרים כדי להגיע ליעדם דרך חרוט צמיחה. במשך הזמן, somata העצבית מופרדים מסופי האקסון שלהם בשל הצמיחה השלד של האורגניזם הגדלת (וייס 1941,. גריי, Hukkanen et al 1992). Mechanotransduction זה משרה מצב משני של צמיחה עצבית המסוגלת להכיל התארכות מתמשך של האקסון (בריי 1984; היידמן בוקסבאום 1994; היידמן, Lamoureux et al 1995;. פפיסטר, איווטה et al 2004).. צמיחה אקסון מתיחה (ASG) היא להעלות על הדעת גורם מרכזי ההבשלה של תהליכים עובריים קצר לתוך העצבים ארוך קטעי החומר הלבן המאפיין של מערכת העצבים הבוגרת. כדי ללמוד ASG במבחנה, אנחנו מהונדסים bioreactors ליישם מתח לתהליכים axonal קצר של תרבויות העצבית (Loverde, Ozoka et al. 2011). כאן, אנו בפירוט את השיטות בהם אנו משתמשים כדי להכין bioreactors והתנהגות ASG. ראשית, בתוך נתיב כל מתיחה של bioreactor, הנוירונים מצופה על מצע גרירה מיקרו מניפולציה. בשלב הבא, נוירונים להתחדש תהליכים axonal שלהם, באמצעות הארכת חרוט צמיחה, על מצע נייח. לבסוף, צמיחה למתוח מבוצע על ידי גרירה הגופים התא מצופה מן מסופי האקסון דבק המצע נייחים; השחזור צמיחה השלד לאחר הארכה חרוט צמיחה. עבודות קודמות הראו כי ASG של עוברי העכברים הגב נוירונים שורש הגרעינים מסוגלים שיעורי צמיחה חסרת תקדים עד 10mm/day והגיע באורכים של עד 10 ס&quot;מ; ובמקביל וכתוצאה מכך בקטרים ​​axonal מוגברת (סמית, וולף et al 2001;. פפיסטר, איווטה et al 2004;. פפיסטר, Bonislawski et al 2006;. פפיסטר, איווטה et al 2006;. סמית 2009). זאת בניגוד דרמטי הרחבה חרוט משובי צמיחה (בהיעדר גירויים מכני) שבו קצב הצמיחה הממוצע 1mm/day עם התחדשות מוצלחת מוגבל באורכים של פחות מ 3 ס&quot;מ (פו גורדון 1997;. פפיסטר, גורדון et al 2011). לפיכך, מחקר נוסף של ASG עשוי לחשוף מנגנוני צמיחה dysregulated המגבילים התחדשות בהעדר גירוי מכני.

Watch this Scientific Journal Video about Axon Stretch Growth: The Mechanotransduction of Neuronal Growth at JoVE.com

Axon Stretch Growth: The Mechanotransduction of Neuronal Growth

שיטה ייחודית בהנדסת רקמות פותחה כדי להאריך סיבי עצב רבים בתרבות ידי משחזרת למתוח צמיחה האקסון, סוג של גידול במערכת העצבים לפיה עצבים להאריך בשילוב עם צמיחה של הגוף והרחבת.

אקסון צמיחה מתיחה: Mechanotransduction הצמיחה העצבית

During pre-synaptic embryonic development, neuronal processes traverse short distances to reach their targets via growth cone. Over time, neuronal somata ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Gold Nanostar Synthesis with a Silver Seed Mediated Growth Method

זהב Nanostar סינתזה עם שיטת Seed כסף מתווכת צמיחה

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest ...

Magnetic Resonance Elastography Methodology for the Evaluation of Tissue Engineered Construct Growth

תהודה מגנטית elastography מתודולוגיה להערכת של רקמות מהונדסות צמיחה Construct

Traditional mechanical testing often results in the destruction of the sample, and in the case of long term tissue engineered construct studies, the use ...

Time-lapse Fluorescence Imaging of Arabidopsis Root Growth with Rapid Manipulation of The Root Environment Using The RootChip

זמן לשגות דימות פלואורסצנטי של צמיחה רוט ארבידופסיס עם מניפולציה מהירה של הסביבה רוט שימוש RootChip

The root functions as the physical anchor of the plant and is the organ responsible for uptake of water and mineral nutrients such as nitrogen, ...

Preparation of Hydroxy-PAAm Hydrogels for Decoupling the Effects of Mechanotransduction Cues

הכנת הידרוקסי-PAAm הידרוג לצימוד האפקטים של רמזי mechanotransduction

It is now well established that many cellular functions are regulated by interactions of cells with physicochemical and mechanical cues of their ...

Electrospinning Growth Factor Releasing Microspheres into Fibrous Scaffolds

גורם הגדילה Electrospinning שחרור מיקרוסכמות לתוך סיביים פיגומים

This procedure describes a method to fabricate a multifaceted substrate to direct nerve cell growth.  This system incorporates mechanical, topographical, ...

Studying the Stoichiometry of Epidermal Growth Factor Receptor in Intact Cells using Correlative Microscopy

לומד את ההרכב של עוריות Growth Factor Receptor בתאים השלמים באמצעות מתאם מיקרוסקופית

This protocol describes the labeling of epidermal growth factor receptor (EGFR) on COS7 fibroblast cells, and subsequent correlative fluorescence ...

Polyelectrolyte Complex for Heparin Binding Domain Osteogenic Growth Factor Delivery

קומפלקס polyelectrolyte למשלוח גורם הגדילה osteogenic דומיין כריכה הפרין

During reconstructive bone surgeries, supraphysiological amounts of growth factors are empirically loaded onto scaffolds to promote successful bone ...

Designing Porous Silicon Films as Carriers of Nerve Growth Factor

עיצוב הסיליקון הנקבובי סרטים כמו נשאים של גורם הגדילה העצבי

Despite the great potential of NGF for treating neurodegenerative diseases, its therapeutic administration represents a significant challenge as the ...

Growth and Characterization of Irradiated Organoids from Mammary Glands

צמיחה ואפיון של אורגנואידים לקרינה מבלוטות החלב

Organoids derived from the digested tissue are multicellular three-dimensional (3D) constructs that better recapitulate in vivo conditions than cell ...

Segmenting Growth of Endothelial Cells in 6-Well Plates on an Orbital Shaker for Mechanobiological Studies

פילוח הצמיחה של תאי אנדותל ב 6-באר צלחות על שייקר מסלולית למחקרים מכניים

Shear stress imposed on the arterial wall by the flow of blood affects endothelial cell morphology and function. Low magnitude, oscillatory and ...