The circulation of cerebrospinal fluid (CSF) plays pivotal roles for body axis formation and brain development. During embryogenesis, CSF is rich in particles and proteins and flows bidirectionally in the central canal. The origins of bidirectional flow and its impact on development are unknown. Experiments combined with modeling and simulations demonstrate that the bidirectionality of CSF flow is generated locally by caudallypolarized motile cilia confined to the ventral wall of the central canal. Such active bidirectional flow of the CSF accelerates the longrange transport of particles propagating rostrally and caudally. In addition, spontaneous muscle contractions increase local CSF flow and consequently enhance longrange transport of extracellular lipidic particles. Focal ablation of the channel connecting brain ventricles to the central canal reduces embryo length, indicating that longrange transport contributes to embryonic growth. Our study also demonstrates that at this early stage, motile cilia ensure the proper formation of the central canal.

Flow of cerebrospinal fluid (CSF) may contribute to spine morphogenesis, as mutations affecting both cilia motility and CSF flow lead to scoliosis. However, the mechanisms underlying detection of the CSF flow in the central canal of the spinal cord remain elusive. Here we used full-field optical coherence tomography (FF-OCT) and bead tracking to demonstrate that CSF flows bidirectionally along the antero-posterior axis in the central canal of zebrafish embryos. In the zebrafish mutant cfap298tm304, previously known as kurly, reduction of cilia motility slows transport down the length of central canal. To investigate downstream mechanisms that could transduce CSF flow, we performed calcium imaging in sensory neurons contacting the CSF (CSF-cNs) and found that disruption in cilia motility impaired the activity of CSF-cNs. CSF-cNs across species express the transient receptor potential channel PKD2L1, also known as TRPP3, which contributes to CSF-cN chemosensory properties. Using calcium imaging and whole-cell patch clamp recordings, we found that the loss of the Pkd2l1 channel in pkd2l1 mutant embryos also abolished CSF-cN activity. Whole-cell recordings further demonstrated that opening of a single channel is sufficient to trigger action potentials in wild type CSF-cNs. Recording from isolated cells in vitro, we showed that CSF-cNs are mechanosensory cells that respond to pressure in a Pkd2l1-dependent manner. Interestingly, adult pkd2l1 mutant zebrafish develop an exaggerated spine curvature, reminiscent of kyphosis in humans. Our study indicates that CSF-cNs are mechanosensory cells whose spontaneous activity reflects CSF flow in vivo. Furthermore, Pkd2l1 in CSF-cNs contributes to the maintenance of the natural curvature of the spine.

Recent evidence indicate active roles for the cerebrospinal fluid (CSF) on body axis development and morphogenesis of the spine implying CSF-contacting neurons (CSF-cNs) in the spinal cord. CSF-cNs project a ciliated apical extension into the central canal that is enriched in the channel PKD2L1 and enables the detection of spinal curvature in a directional manner. Dorsolateral CSF-cNs ipsilaterally respond to lateral bending while ventral CSF-cNs respond to longitudinal bending. Historically, the implication of the Reissner fiber (RF), a long extracellular thread in the CSF, to CSF-cN sensory functions has remained a subject of debate. Here, we reveal using electron microscopy in zebrafish larvae that the RF is in close vicinity with cilia and microvilli of ventral and dorsolateral CSF-cNs. We investigate in vivo the role of cilia and the Reissner fiber in the mechanosensory functions of CSF-cNs by combining calcium imaging with patch-clamp recordings. We show that disruption of cilia motility affects CSF-cN sensory responses to passive and active curvature of the spinal cord without affecting the Pkd2l1 channel activity. Since ciliary defects alter the formation of the Reissner fiber, we investigated whether the Reissner fiber contributes to CSF-cN mechanosensitivity in vivo. Using a hypomorphic mutation in the scospondin gene that forbids the aggregation of SCO-spondin into a fiber, we demonstrate in vivo that the Reissner fiber per se is critical for CSF-cN mechanosensory function. Our study uncovers that neurons contacting the cerebrospinal fluid functionally interact with the Reissner fiber to detect spinal curvature in the vertebrate spinal cord.

ABSTRACT Viruses can affect all life forms, raising concerns about virus detection and quantification of small nanoparticles. In this paper we use a label-free, full-field, incoherently illuminated common path interferometric method to detect, track, and quantify biotic nanoparticles. The detection consists of amplifying the light scattered by single nanoparticles in the sample solution. Then, the use of single-particle tracking analysis is used to monitor the change in particle diffusive mobility. With this approach, the recognition signature of T5 phages with purified antibodies targeting the major capsid protein is detected in a few minutes. We also tracked the interaction between SPP1 phages and physiological non-purified serum-containing multiples antibodies molecules. The first interactions occur after around one minute, and the recognition signature is detectable after minutes. In addition, we have been able to differentiate two populations of similar size of empty and full (encapsulating DNA) capsids of T5 in a heterogeneous solution demonstrating the robustness of this label-free detection approach. Furthermore, by combining the diffusion coefficient to the number of tracked particles, we were able to estimate the affinity of the virus-antibodies reaction.

We present a novel approach combining dynamic spectral domain and dynamic full field OCT coupled to a commercial microscope. We show the custom-made setup built and we introduce the possible applications in high content screening.