Guiding neuron development with planar surface gradients of substrate cues deposited using microfluidic devices.
Guiding neuron development with planar surface gradients of substrate cues deposited using microfluidic devices.
复制标题
DOI：
10.1039/c001552k
复制
发表时间：
2010-06-21
期刊：
影响因子：
6.1
通讯作者：
Gillette MU
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Millet LJ;Stewart ME;Nuzzo RG;Gillette MU
神经系统的连接依赖于控制神经突延伸、神经元极性、过程成熟和经验依赖的细化的内在和外在信号分子的相互作用。外在信号在发育过程中建立并丰富神经元间的相互作用。了解这些外在线索如何引导神经元在体外建立神经连接将有助于有组织的神经网络的发展，以研究神经系统网络的发展和功能。在体外产生具有明确连接的有序神经元网络提出了特殊的技术挑战，因为结果必须符合重新布线神经网络的生物学要求。在这里，我们展示了形成稳定的、指导性的层粘连蛋白表面结合梯度的能力，该梯度可指导出生后海马神经元的体外发育。我们的工作使用三通道互连的微流体装置，该装置允许通过层流、扩散和物理吸附的组合来生产平面基底的吸附层。通过简单的流程修改，层粘连蛋白 (LN) 和荧光素共轭聚赖氨酸 (FITC-PLL) 的各种模式和梯度被沉积，为神经元提供指导性基质以指导神经元发育。我们提出了基质设计的三种变化，这些变化为分散的细胞培养物中的出生后神经元产生不同的生长方案。在第一种方法中，在盖玻片上形成扩散介导的液氮梯度，以引导神经元增加液氮浓度。在第二种方法中，使用抽吸驱动的层流产生 LN 和 FITC-PLL 的组合梯度，以将神经元生长限制在两个叠加梯度中心的 15 μm 宽的生长区域内。最后一种方法展示了将 FITC-PLL 的二元系与 LN 和牛血清白蛋白 (BSA) 的表面梯度相结合以产生基质粘附层的能力，从而提供额外水平的生长控制。这项工作展示了使用简单的基于微流体的基底沉积程序来图案化表面结合梯度的时空流体控制的优势。我们预计这种基于微流体的图案化方法将提供指导性图案和表面结合梯度，从而在指导神经元发育和网络形成方面实现新的控制水平。
Wiring the nervous system relies on the interplay of intrinsic and extrinsic signaling molecules that control neurite extension, neuronal polarity, process maturation and experience-dependent refinement. Extrinsic signals establish and enrich neuron-neuron interactions during development. Understanding how such extrinsic cues direct neurons to establish neural connections in vitro will facilitate the development of organised neural networks for investigating the development and function of nervous system networks. Producing ordered networks of neurons with defined connectivity in vitro presents special technical challenges because the results must be compliant with the biological requirements of rewiring neural networks. Here we demonstrate the ability to form stable, instructive surface-bound gradients of laminin that guide postnatal hippocampal neuron development in vitro. Our work uses a three-channel, interconnected microfluidic device that permits the production of adlayers of planar substrates through the combination of laminar flow, diffusion and physisorption. Through simple flow modifications, a variety of patterns and gradients of laminin (LN) and flourescein-conjugated poly-lysine (FITC-PLL) were deposited to present neurons with an instructive substratum to guide neuronal development. We present three variations in substrate design that produce distinct growth regimens for postnatal neurons in dispersed cell cultures. In the first approach, diffusion-mediated gradients of LN were formed on coverslips to guide neurons toward increasing LN concentrations. In the second approach, a combined gradient of LN and FITC-PLL was produced using aspiration-driven laminar flow to restrict neuronal growth to a 15 μm-wide growth zone at the center of the two superimposed gradients. The last approach demonstrates the capacity to combine binary lines of FITC-PLL in conjunction with surface gradients of LN and bovine serum albumin (BSA) to produce substrate adlayers that provide additional levels of control over growth. This work demonstrates the advantages of spatio-temporal fluid control for patterning surface-bound gradients using a simple microfluidics-based substrate deposition procedure. We anticipate that this microfluidics-based patterning approach will provide instructive patterns and surface-bound gradients to enable a new level of control in guiding neuron development and network formation.
登录
查看更多内容
DOI：
10.1007/s00249-009-0506-1
发表时间：
2009-10-01
影响因子：
2
作者：
Couzon, Cecile;Duperray, Alain;Verdier, Claude
通讯作者：
Verdier, Claude
影响因子：
3.9
作者：
Gunawan, RC;Silvestre, J;Leckband, DE
通讯作者：
Leckband, DE
影响因子：
6.1
作者：
Jo, Kyubong;Heien, Michael L.;Sweedler, Jonathan V.
通讯作者：
Sweedler, Jonathan V.
影响因子：
15
作者：
Briseno, AL;Roberts, M;Bao, ZN
通讯作者：
Bao, ZN
影响因子：
3.9
作者：
Glasmästar, K;Gold, J;Kasemo, B
通讯作者：
Kasemo, B