La formation de synapses par les neurones périphériques sur des surfaces synthétiques

Rationale: Les électrodes implantables pour la création d’une interface neurotechnologique avec le système nerveux périphérique représentent une solution prometteuse pour pallier aux limitations causées par des blessures ou maladies nerveuses. Leur viabilité à long terme pourrait être améliorée en enrobant l’électrode d’une substance synthétique tolérable par l’hôte. La synaptogenèse sur des matériaux artificiels serait un marqueur indirect de la biocompatibilité, démontrant la reconnaissance de la substance comme étant une cible post-synaptique viable. Notre objectif est de démontrer la propriété synaptogénique de la poly-D-lysine (PDL) et d’un polyglycérol hyperbranché expérimental (dendrimère, DND) dans le système nerveux périphérique humain in vitro et murin in vivo. Ultimement, nous visons la création d’un enrobage facilitant la synaptogenèse sur un objet synthétique qui sera inséré dans un nerf périphérique dans le but d’augmenter la longévité de l’implant.   Méthodes: In vitro, des neurones moteurs dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines ont été cultivés avec des microsphères (non-enrobé, enrobé de poly-D-lysine ou de dendrimère) pour 1, 3, 5, 7 ou 9 jours. In vivo, le nerf sciatique du rat a été écrasé avant l’injection de microsphères proximalement, distalement et au site de la blessure qui y demeureront pour 2, 7 ou 14 jours. Les cellules et les nerfs ont été traités à l’immunochimie pour les marqueurs présynaptiques synaptophysine et vesicular acetylcholine transporter (VAchT). Les images acquises à la microscopie confocale ont été analysées pour l’intensité de la fluorescence autour des microsphères sur le logiciel Fiji. Une imagerie en temps réel in vitro avec du FM-143 a été réalisée pour vérifier la présence d’exocytose près des sites de contact des microsphères.  Résultats: In vitro, les résultats démontrent significativement plus de fluorescence pour la synaptophysine (p<0.0001) et le VAchT (p<0.0001 pour 1, 3, 5, 9 jours ; p<0.001 pour 7 jours)  dans les deux conditions expérimentales par rapport au contrôle pour les cinq durées. Les résultats préliminaires de l’imagerie en temps réel démontre une exocytose des vésicules marquées au FM-143 plus importante chez les microsphères enrobées de DND que celles de PDL (p=0.006) à 3 jours d’incubation. In vivo à 14 jours, la présence de la synaptophysine est significativement supérieure autour des microsphères de PDL au site d’écrasement et en distal en comparaison avec celle des microsphères non-enrobées. Celle du VAchT est également significativement supérieure au contrôle à 14 jours au site d’écrasement. Les autres conditions expérimentales étudiées demeurent sans différence significative entre les microsphères enrobées et leur contrôle.  Conclusions: Notre étude démontre pour la première fois que la poly-D-lysine et le dendrimère sont des matériaux synaptogéniques pour les neurones moteurs humains in vitro. In vivo, nos résultats suggèrent que la PDL est synapotogénique pour les neurones périphériques murins. Ces résultats seraient intéressants dans le cadre de l’utilisation future de ces substances pour améliorer la longévité d’électrodes implantables pour diverses applications cliniques en neurosciences, tels que pour la stimulation ou l’enregistrement des nerfs dans diverses pathologies chroniques.

Keyphrases: microsphère, poly-D-lysine, synaptophysine, VAchT, cellules souches pluripotentes, neurones moteurs, nerf sciatique, système nerveux périphérique, synaptophysin