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Une puce microfluidique reproduit la jonction neuromusculaire

Réplication de la connexion entre les muscles et les nerfs

La nouvelle puce pourrait aider à tester des médicaments pour la SLA et d’autres troubles neuromusculaires.

Des ingénieurs du MIT ont développé un dispositif microfluidique qui réplique (reproduit) la jonction neuromusculaire – la connexion vitale où le nerf rencontre le muscle. Le dispositif, de la taille d’une pièce de 0,25$, contient une simple bande musculaire et un petit ensemble de motoneurones (ou neurones moteurs). Les chercheurs peuvent influencer et observer les interactions entre les deux, au sein d’une matrice tridimensionnelle réaliste.

The researchers fabricated a microfluidic device with two important features: a three-dimensional environment, and compartments that separate muscles from nerves to mimic their natural separation in the human body. They suspended muscle and neuron cells in a hydrogel and injected them in the millimeter-sized compartments (thin channels shown in blue) and supplied culture medium from each side of the neuron/muscle tissue (large channels shown in blue) to mimic a three-dimensional environment. Image: Sebastien Uzel

The researchers fabricated a microfluidic device with two important features: a three-dimensional environment, and compartments that separate muscles from nerves to mimic their natural separation in the human body. They suspended muscle and neuron cells in a hydrogel and injected them in the millimeter-sized compartments (thin channels shown in blue) and supplied culture medium from each side of the neuron/muscle tissue (large channels shown in blue) to mimic a three-dimensional environment.
Image: Sebastien Uzel

Les chercheurs ont génétiquement modifié les neurones dans le dispositif pour répondre à la lumière. En projetant la lumière directement sur les neurones, ils peuvent précisément stimuler ces cellules, qui à leur tour envoient des signaux pour exciter la fibre musculaire. Les chercheurs ont aussi mesuré la force que le muscle exerce dans le dispositif quand celui-ci tremble (se convulse) et se contracte en réponse.

Les résultats publiés en ligne sur Science Advances, peuvent aider les scientifiques à comprendre et identifier des médicaments pour traiter la sclérose latérale amyotrophique SLA (maladie de Charcot), plus communément connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig, aussi bien que d’autres conditions neuromusculaires.

« La jonction neuromusculaire est impliquée dans un grand nombre de troubles très invalidants, parfois brutaux et mortels, pour lesquels beaucoup de choses restent encore à découvrir », dit Sebastien Uzel, qui a dirigé les travaux en tant que diplômé du Department of Mechanical Engineering du MIT. « L’espoir est, être capable de former des jonctions neuromusculaires in vitro nous aidera à comprendre comment certaines maladies fonctionnent ».

Les coauteurs d’Uzel comprennent Roger Kamm, le Cecil and Ida Green Distinguished Professor of Mechanical and Biological Engineering au MIT, suivi de l’ancien étudiant diplômé aujourd’hui post-doctorant Randall Platt, chercheur scientifique Vidya Subramanian, ancien étudiant chercheur Taylor Pearl, senior post-doctorant Christopher Rowlands, ancien post-doctorant Vincent Chan, professeure associée de biologie Laurie Boyer, et le professeur d’ingénierie mécanique et d’ingénierie biologique Peter So.

Pour en savoir plus : MIT News

Traduction Thomas Jousse

Microfluidic design and assembly. (A) The microfluidic design features three parallel gel regions accessible by six gel filling ports and flanked by two medium channels connected to four medium reservoirs. A surrounding vacuum channel allows for temporary bonding. Scale bar, 2 mm. (B) The platform is composed of a top microfluidic layer assembled on top of a PDMS membrane featuring two sets of two capped pillars (inset), itself bonded to a coverslip. (C) Schematic displaying the final coculture arrangement: embedded in a hydrogel, muscle bundles that are wrapped around and exerted force to the pillars are innervated by neurospheres located in the opposite gel chamber separated by a 1-mm-wide gel region.

Microfluidic design and assembly.
(A) The microfluidic design features three parallel gel regions accessible by six gel filling ports and flanked by two medium channels connected to four medium reservoirs. A surrounding vacuum channel allows for temporary bonding. Scale bar, 2 mm. (B) The platform is composed of a top microfluidic layer assembled on top of a PDMS membrane featuring two sets of two capped pillars (inset), itself bonded to a coverslip. (C) Schematic displaying the final coculture arrangement: embedded in a hydrogel, muscle bundles that are wrapped around and exerted force to the pillars are innervated by neurospheres located in the opposite gel chamber separated by a 1-mm-wide gel region.

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