Ex Vivo Oculomotor Slice Coltura da embrionico GFP-Expressing Mice per Time-Lapse Imaging di Oculomotor Nerve Outgrowth

Il sistema motore oculare fornisce un elegante sistema per studiare i meccanismi di guida degli assoni. È relativamente semplice, costituito da tre nervi cranici che innervadono sei muscoli extraoculari (EOM) che muovono l’occhio, e la superiorità levatore palpebra (LPS) che solleva la palpebra. Il nervo oculomotore innerva l’LPS e quattro EOM – i muscoli obliqui inferiori e mediali, inferiori e superiori. Gli altri due nervi, il trochlear e l’abducens, ognuno solo innervare un muscolo, il superiore obliquo e muscolo di retto laterale, rispettivamente. I movimenti oculari forniscono una facile lettura, mostrando se l’innervazione era appropriata, mancante o aberranti. Inoltre, ci sono disturbi del movimento dell’occhio umano che derivano da deficit nello sviluppo neuronale o guida assone, collettivamente chiamato i disturbi didisinnervazione cranica congeniti (CCDD)¹.

Nonostante questi vantaggi, il sistema motorio oculare è raramente utilizzato negli studi di guida degli assoni^{2,3,4,5,6,7,8, 9} (in vie ^{, 10}, a causa di inconvenienti tecnici. I saggi di guida assoni in vitro hanno molti svantaggi¹¹. I saggi di co-coltura, in cui gli espiante neuronali vengono coltivati insieme agli espianti del tessuto bersaglio¹² o delle cellule trasfette¹³, dipendono sia dalla simmetria dell’espianto che dal posizionamento preciso tra l’espianto e il tessuto bersaglio. I saggi Striscia^14,15, in cui due spunti sono disposti a strisce alternate e gli assoni sono valutati per la crescita preferenziale su una striscia, indicano solo che un substrato è preferibile all’altro, non che uno dei due sia attraente o ripugnante, o fisiologicamente rilevante. Le camere microfluidiche possono formare precisi gradienti chimici, ma soggetti a picconi in crescita per inclinare lo stress di taglio^16,17,18, che possono influenzare la loro crescita. Inoltre, in ciascuno di questi approcci, la raccolta di espianti o cellule dissociate richiede che gli assoni in crescita in crescita siano assitopi e quindi questi saggi esaminino effettivamente la rigenerazione degli assoni, piuttosto che la crescita iniziale degli assoni. Infine, questi approcci in vitro rimuovono il microambiente che influenza gli assoni e le loro risposte ai segnali lungo diversi punti del loro corso, e tradizionalmente testano solo un segnale in isolamento. A complicare questi svantaggi, le piccole dimensioni di ogni nucleo nel sistema motorio oculare rendono la dissezione tecnicamente difficile per gli espianti o per le colture dissociate. Inoltre, le colture primarie di motoneuroni oculari sono di solito eterogenee, hanno una morte cellulare significativa e dipendono dalla densità, richiedendo il raggruppamento di cellule da embrioni multipli (Ryosuki Fujiki, comunicazione personale). I metodi in vivo, tuttavia, compresi i modelli di topo a foratura, sono inappropriati da utilizzare per lo screening, dati i tempi e le spese richiesti.

Metodi sviluppati per la coltura di embrioni interi¹⁹ consentono l’etichettatura delle cellule migratorie²⁰ o il blocco di molecole specifiche²¹, ma le colture intere embrionali richiedono incubazione in bottiglie a rulli che preclude l’imaging in tempo reale di etichettato Strutture. Sono possibili anche tecniche chirurgiche che consentono la manipolazione dell’embrione e il successivo ulteriore sviluppo sia nell’utero che nell’addome della madre (mantenendo la connessione placentare)^22, ma anche queste non consentono il time-lapse Imaging.

Per superare gli ostacoli dei saggi in vitro e consentire uno screening rapido dei percorsi di segnalazione, è stata sviluppata una tecnica di coltura a fette embrionale ex vivo²³, adattata da un protocollo precedentemente pubblicato per la escrescenza del nervo periferico²⁴. Utilizzando questo protocollo, il nervo oculomotore in via di sviluppo può essere immaginato nel tempo in presenza di molte delle strutture circostanti lungo la sua traiettoria, compresi gli obiettivi dell’oOM. Aggiungendo inibitori di piccole molecole, fattori di crescita o indicazioni guida ai media di coltura, possiamo valutare le perturbazioni di orientamento in più punti lungo la traiettoria dell’assone, consentendo una valutazione più rapida dei potenziali fattori di crescita e di guida.