Axonal migration and turning investigated through surface-bound digital nanodot gradients

L'haptotaxis, ou la migration de cellules en réponse à un repère lié à la surface, est un processus critique pour la connexion du système nerveux. Malgré son importance, les études de ce mécanisme ont été limitées en grande partie en raison des contraintes inhérentes aux méthodes disponibles pour produire des gradients complexes de protéines liées au substrat. Dans cette thèse, nous avons développé une méthode pour créer facilement et de manière fiable des gradients de protéines liées au substrat, puis appliqué cette méthode pour étudier la navigation axonale sur des gradients de nétrine-1 et de polylysine. Dans le chapitre 2, nous présentons de nouveaux modèles pour créer des dégradés de nanopoints de protéines où l'espacement entre les points est modifié dans des directions X et Y pour modifier la densité. Nous avons pu atteindre une plage dynamique sans précédent pour ces gradients numériques de nanodots. Nous rapportons ensuite une méthode d'impression par contact à l'échelle nanométrique de lift-off à faible coût pour créer des gradients de protéines liées au substrat avec des nanopoints de protéines aussi petites que 100 nm de diamètre. Dans le chapitre 3, nous avons créé des tests quantitatifs pour pour étudier la surface de référence non imprimée, ou la surface de référence, qui ont servi à établir des comparaisons entre la réponse de différentes cellules et surfaces ainsi que d'articuler le concept d'affinité cellulaire à la surface. Nous avons utilisé cette méthode pour identifier un environnement dans lequel les cellules répondent à des motifs protéiques liés au substrat par des mécanismes spécifiques de transduction biochimiques. Nous démontrons par l'application de ces méthodes que les myoblastes C2C12 migrent sur des gradients de nétrine-1. Dans le chapitre 4, nous avons utilisé une matrice de 100 gradients distincts, imprimés en 10 minutes, pour étudier la navigation de neurones corticaux et spinaux commissure. Les gradients dans la matrice diffèrent en géométrie et le tableau a été imprimé en utilisant soit la nétrine-1 ou polylysine. La mise en œuvre de la matrice a révélé que les neurones corticaux présentent une réponse de braquage relativement forte sur des gradients de nétrine-1 de nanopoints numériques d'arrangement ordonné aux courbes exponentielles peu profondes. Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif de faciliter l'étude de l'haptotaxis. Il fournit une approche pour créer des gradients liés au substrat par le biais de nouveaux algorithmes complexes, un moyen pour convertir ces designs numériques en gradients de protéines imprimés, et un moyen pour modifier la surface de référence pour assurer une réponse cellulaire souhaitée. En outre, les résultats acquis de nos études sur la navigation de neurones sur des gradients de différentes géométries forment les bases pour de nouvelles études. Comme les gradients sont stables grâce à leur liaison à la surface, d'autres composants peuvent être facilement ajoutés à notre procédé. Par exemple, des médicaments pharmacologiques pourraient être appliqués en solution pour identifier un composé qui favorise la migration, les cellules transfectées exprimant des protéines fluorescentes peuvent être cultivées sur les schémas et visualisés en temps réel avec un microscope à fluorescence pour étudier la formation d'adhésions focales, ou des neurones avec des mutations génétiques pourraient être testés sur les gradients pour voir comment ces mutations impactent la navigation spécifique aux protéines liées à la surface.

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