Developing microcontact and nanocontact printed protein techniques to investigate cell and axon migration

Cells navigate by integrating signals derived from the discrete binding of signaling proteins with individual receptors that typically interact with single proteins. There is thus great interest in creating deterministic in vitro protein patterns to address how their density and distribution control intracellular signaling and cell navigation. A thorough in vitro investigation of these issues has been limited by a lack of simple and affordable methods. The objective of this project is to develop a new protein patterning technique at nanoscale levels of resolution in a rapid, inexpensive and reproducible manner. We first optimized a rapid microcontact printing process followed by a backfilling process to alter the background. This new process allowed us to obtain a cell response to surface-bound protein patterns and to apply this technique to create neuronal micro island co-cultures. Once optimized, this process was adapted to pattern proteins at the sub-micron range through a stamp replication process followed by a lift-off printing process. The nanopatterning technique was employed to pattern nanogradients of 200 nm spots on which myoblasts and neurons were shown to respond through migration to increases in protein density. Understanding of the migratory response in neuronal guidance gradients is vital to fully understand organism development and may provide critical insight into the quest to regenerate a damaged central nervous system following injury.Les cellules naviguent à travers leur environnement en intégrant des signaux provenant de l'adhésion de protéines de signalisation à leurs récepteurs. Il y a donc un grand intérêt pour la création de modèles déterministes in vitro composés de ces protéines pour comprendre comment leur densité et distribution contrôlent la signalisation intracellulaire et la navigation. L'étude approfondie de ces mécanismes a été limitée par un manque de méthodes simples et abordables. L'objectif de ce projet est de développer une nouvelle technique d'impression de patrons de protéines à l'échelle du nanomètre, de façon rapide, peu coûteuse et reproductible. Nous avons d'abord optimisé un processus d'impression par microcontact rapide suivie d'un processus de remblayage pour neutraliser l'arrière-plan. Ce nouveau processus nous a permis d'obtenir une réponse des cellules face aux patrons de protéines imprimées à la surface et d'appliquer cette technique pour créer des micro-îlots de neurones en co-cultures. Une fois optimisé, ce processus a été adapté à l'impression de patrons submicroniques. La technique a été utilisée pour créer des nanogradients composés de points de 200 nm sur lesquels des myoblastes et des neurones ont montré une réponse migratoire en fonction de la densité protéique, fonction elle-même de la densité des points. L'étude de la réponse migratoire neuronale sur des gradients directionnels est essentielle pour bien comprendre le développement de l'organisme et peut fournir des informations essentielles à la recherche sur la régénération du système nerveux central endommagé