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Vincent Studer dans The J. of Neurosci

Etudier le guidage axonal avec des micro-systèmes

Le 13 décembre 2013

Investigating axonal guidance with microdevice-based approaches.
Dupin I, Dahan M, Studer V.
J Neurosci. 2013 Nov 6;33(45):17647-55. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3277-13.2013.

 La formation de circuits neuronaux fonctionnels nécessite l’extension de neurones jusqu’à leur cible correcte selon un processus appelé « guidage axonal ». Le guidage des axones au sein de leur environnement requiert l’action concertée de molécules de guidage, qui possèdent la propriété d’attirer ou de repousser les cônes de croissance. L’analyse du mécanisme d’action des facteurs de guidage nécessite la manipulation précise des gradients chimiques et l’obtention de données sur un grand nombre de neurones, ce qui est impossible avec les techniques actuelles classiques telles que le test de guidage à la pipette ou le test de co-culture. 



Les techniques de micro-fabrication ont récemment commencé à être utilisée dans le domaine de la neurobiologie.
La micro-fabrication est un outil idéal pour manipuler et contrôler le milieu extracellulaire (environnement liquide et/ou de surface) avec une excellente résolution spatiale et temporelle. Elle permet de concevoir et de réaliser des dispositifs adaptés pour l’étude du chimiotactisme neuronal. Dans notre revue, nous décrivons les tests classiques et émergents pour l’étude du guidage axonal. Nous mettons en évidence les progrès récents et les améliorations possibles des dispositifs de chimiotaxie neuronale.

L'avènement des technologies de micro-fabrication ne se contente pas d'élargir l'arsenal des techniques disponibles pour les neuroscientifiques. Ces avancées technologiques ouvrent la voie à de nouvelles questions biologiques que nous proposons à la fin de cette revue. Par exemple, la possibilité de contrôler avec précision le profil spatial et temporel des signaux de guidage permet d’étudier précisément les propriétés des systèmes de détection des cônes de croissance. De même, la compréhension du mode d’intégration des multiples signaux de guidage par le cône de croissance bénéficiera sûrement de ces nouveaux outils expérimentaux. 


Exemple d’un test de guidage réalisé sur un micro-patron de polysine / Lamine.  A) Image d’un pattern de poly-lysine fluorescente contenant un gradient (barre d’échelle 100 µm). B) Après incubation d’une solution de laminine, un explant de neurones thalamiques a été positionné sur la zone circulaire du pattern de la figure A). Au bout de 2 jours en culture les neurones ont projeté des axones sur le pattern. C) Image en contraste de phase superposée à une image en fluorescence des axones dans la zone rectangulaire (gradient).


Investigating axonal guidance with microdevice-based approaches

The precise wiring of the nervous system relies on the extension of neurons to their correct target in a process called "axon guidance". Axon guidance requires the concerted action of guidance molecules, which promote the growth, attract or repel axons. Understanding the basic mechanisms of growth cone steering requires precise manipulation of chemical gradients and obtaining data on a large number of neurons, which is impossible with conventional techniques such as the micro-pipette based assay or the co-culture assay.

Microtechnology, which represents all the technologies on a small or microscopic scale, has recently started being applied in the field of neurobiology. Because it provides ideal tools to manipulate and control the extracellular environment (fluidic and/or surface) with a high spatial and temporal resolution, microtechnology is a promising technology to design adapted chemotaxis chambers for neuronal guidance. In our review, we describe what are the classical and novel in vitro assays to investigate axon guidance mechanisms and highlight the recent advances and possible improvements of devices for neuronal chemotaxis.

The advent of microfabrication-based technologies does not simply expand the arsenal of techniques available to neuroscientists. These technological advances open the way for investigation of important questions on axonal guidance that we proposed at the end of the review. For instance, the ability to accurately control the spatial and temporal profile of guidance cues should be especially beneficial for systems-level studies of the sensing properties of growth cone. Similarly, understanding how growth cone integrates multiple signals will surely benefit from these new experimental tools.