Summary

Isolasjon og kultur av endotelceller fra Embryonale brain

Published: January 23, 2014
doi:

Summary

Denne filmen viser en enkel og pålitelig strategi for fremstilling av rene kulturer av endotelceller fra den embryoniske forhjerne i 10 til 12 dager, og vil være nyttige for forskning fokusert på mange aspekter av cerebral angiogenese.

Abstract

Embryonale hjerne endotelceller kan tjene som et viktig verktøy i studiet av angiogenese og nevrovaskulære utvikling og samhandling. De to vaskulære nettverk av embryonale forhjerne, pial og periventricular, er romlig særegne og har ulik opprinnelse og vekst mønstre. Endotelceller fra pial og periventricular vaskulære nettverk har unike genekspresjonsprofiler og funksjoner. Her presenterer vi en steg-for-steg-protokollen for isolasjon, kultur, og verifisering av rene bestander av endotelceller fra periventricular vaskulære nettverk (PVECs) av embryonale forhjerne (telencephalon). I denne fremgangsmåten, blir telencephalon blottet for pial membran oppnådd fra embryoniske dag 15 mus farse, spaltet med kollagenase / dispase, og dispergeres mekanisk i en enkelt cellesuspensjon. PVECs er renset fra cellesuspensjonen med positiv utvelgelse med anti-CD-31/PECAM-1 antistoff konjugert til microbeads ved hjelp av en sterk magnetiskseparasjonsmetode. Rensede celler dyrkes på en kollagen belagt kultur retter i endotelial cellekulturmedium inntil de blir sammenflytende og videre subkultivert. PVECs oppnådd med denne protokollen utstillings brostein og spindel formet fenotyper, som visualiseres ved fase-kontrast lysmikroskopi og fluorescens mikroskopi. Purity of PVEC kulturer ble etablert med endotelcelle markører. I våre hender, denne metoden pålitelig og konsekvent gir rene bestander av PVECs. Denne protokollen vil gagne studier med sikte på å få mekanistiske innsikt i forhjernen angiogenese, forstå PVEC interaksjoner, og kryss-samtaler med nevronale celletyper og har et enormt potensial for terapeutisk angiogenese.

Introduction

Angiogenese, neurogenesis og neuronal migrasjon er kritiske hendelser i sentralnervesystemet (CNS) utvikling, reparasjon og regenerering. Flere elegante studier har vist at endotelceller stimulerer neuronal proliferasjon og vice versa ved frigivelse av løselige faktorer, og ved direkte kontakt. Vi har funnet det å vite at i mesteparten av disse studiene 1-3, mens neuronale progenitorer / neurale stamceller isolert fra den embryoniske hjernen, er de cocultured med endotelceller fra den voksne hjernen, andre voksne vev kilder, eller med endotel-cellelinjer. Dette kan delvis skyldes de tekniske problemer forbundet med å isolere og dyrke rene populasjoner av endotelceller fra den embryoniske hjernen. Men, angiogenese, neurogenesis, og neuronal migrasjon er sammenfallende hendelser i størrelsesordener mer robust i den embryonale hjernen enn i den normale voksne hjernen. Den periventricular vaskulære nettverk av embryonic forhjerne (telencephalon) stammer fra et fartøy plassert i basalgangliene primordium og utvikler seg i form av en ordnet gradient fra ventral til dorsal telencephalon ved embryonisk dag 11 (E11) 4,5. Dette plexus av fartøy av periventricular vaskulære nettverk er forskjellig fra pial fartøy basert på opprinnelse, anatomiske plassering, vekstmønster og utviklings regulering 4,5. Retning av spredning av periventricular angiogenese gradient matcher telencephalic tverr neurogenetic gradient. Innenfor telencephalon, den periventricular angiogenese gradient og gradient av GABA nevroner trekkende tangentielt lapper romlig samt seks. Med hensyn til timing, er angiogenese gradient i forkant av neurogenetic gradient og GABA nevron gradient med om lag en dag. Dermed periventricular endotelceller er romlig og tidsmessig godt posisjonert for å gi kritiske pekepinner for å støtte telencephalic neurogenesis ogneuronal migrasjon 4,6. Derfor vil bruk av embryonale periventrikulær endotelceller i coculture eksperimenter med neuronal stamceller og / eller nerveceller gir et gunstigere modell for å studere interaksjoner neurovascular og utvikle nye muligheter for behandling av nevrodegenerative sykdommer eller ischemisk / traumatisk hjerneskade.

Vi understreker viktigheten av å fjerne pial membran, ikke bare for å begrense epitelcelle forurensning, men også for å skille pial endotelceller som er molekylært og funksjonelt forskjellig fra endotelceller i periventricular vaskulære nettverk 4,6 (betegnes PVECs å skille fra pial egenkapitalbevis) . Her beskriver vi den metoden som vi rutinemessig bruk i vårt laboratorium for å få en rik og ren utbytte av PVECs. Disse endotelcellene er fremstilt fra embryoniske forebrains isolert fra en enkelt tidsstyrt-gravide mus. De kan bli utvidet, subkultiveres, og frosset ned med hell for fremtidig bruk.

Protocol

En. Utarbeidelse av reagenser og løsninger Belegg på 35 mm dyrkningsskål: Collagen Type 1 løsning tilføres som en vandig oppløsning i 20 mM eddiksyre (~ 100 mg protein / ampulle). Fortynn et passende volum av kollagenløsning til en arbeidskonsentrasjon på 0,01% ved hjelp av sterilt vevskultur grad av vann. Coat retter med 1 ml av kollagen-løsning i 3-4 timer ved romtemperatur (RT) eller 37 ° C eller over natten ved 2-8 ° C. Fjern overflødig løsning fra belagt fatet og la den tørke over natten. S…

Representative Results

De fenotypiske karakteriseringen av PVECs fra dag 1-12 er vist ved fase-kontrastmikroskopi (figur 2). Cellene festet til fatet på dag 1 viser morfologi karakteristisk for celledeling (figur 2A). Mellom 5-8 dager, for å PVECs overgang fra brostensbelagte spindel formet morfologi typisk for endotelceller og mer beslektet med sin in vivo tilstand (Tall 2B og 2C). Ved dag 12 den PVEC kultur oppnår fullt samløpet (figur 2D). PVE…

Discussion

PVEC-er er mer fysiologisk relevant enn voksne hjernen endotelceller og egenkapitalbevis fra andre vev kilder for studier som fokuserer på nevrovaskulære interaksjoner og også ha terapeutisk potensial. For PVEC forberedelse, er det avgjørende begynnelsen med disseksjon å jobbe fort for å oppnå en god levedyktighet siden døde celler kan binde nonspecifically til CD31 microbeads. I tillegg, hvis enkelt-cellesuspensjon ikke oppnås før den magnetiske merking trinn, vil dette resultere i feilsøking, siden celleklu…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbeidet ble støttet av et National Alliance for forskning på schizofreni og depresjon (NARSAD) Young Investigator Award og National Institutes of Health innvilger R01NS073635 til AV.

Materials

DNase I Sigma D-4527
Collagen, Type 1 solution from rat tail Sigma C3867
DPBS Quality Biologicals 114057-131
EDTA Fisher Scientific M4055
BSA Sigma A2058
MS column Miltenyi Biotech 130-042-201
CD31 microbeads Miltenyi Biotech 130-097-418
MACS separator Miltenyi Biotech 130-042-102
MACS multi stand Miltenyi Biotech 130-042-303
Cell strainer 70 µm BD Bioscience 352350
Antibiotic and antimycotic solution Sigma A5955
FBS Sigma F4135
Collagenase/Dispase Roche 10269638001
DMEM Lonza 12-604F
35 mm culture dish BD Bioscience 353001
15 ml falcon tube BD Bioscience 352097
50 ml falcon tube BD Bioscience 352098
ECCM kit BD Bioscience 355054 Kit Includes Endothelial cell growth supplement, EGF and Soybean Trypsin Inhibitor
Endothelial Cell Growth Supplement (ECGS) BD Bioscience 354006
RBECGM Cell applications R819-500
DMEM F12 Life Technologies 10565-018
glutamax Life Technologies 305050-061
tissue culture grade water Life Technologies 15230162
0.25% Trypsin Life Technologies 15050
Soyabean trypsin inhibitor BD Bioscience 5425
Matrigel BD Bioscience 354234
Qtracker 655 Cell Labeling Kit Life Technologies Q25021
CellLight Plasma Membrane-RFP, BacMam 2.0 Life Technologies C10608
Biotinylated Isolectin B4 antibody Sigma L2140
Anti-Von Willebrand factor Sigma F3520
Anti-CD31/PECAM-1 BD Pharmingen 550274
Vectashield Hardset Mounting media with DAPI Vector Laboratories H-1500
Ketamine Butler Schein Animal Health Supply 44028
Xylazine Lloyd Laboratories 1009
Stereomicroscope Motic SMZ-168
hemocytometer Fisher Scientific 267110
inverted microscope Olympus CK-40 CK-40
Flouroscent microscope Olympus FSX-100 FSX-100
Fine forceps Roboz surgical instrument 7 inox
Fine microtip scissors Roboz surgical instrument RS5611

References

  1. Shen, Q., S, G., et al. Endothelial cells stimulate self-renewal and expand neurogenesis of neural stem cells. Science. 304, 1338-1340 (2004).
  2. Milner, R. A novel three-dimensional system to study interactions between endothelial cells and neural cells of the developing central nervous system. BMC Neurosci. 8, 3 (2007).
  3. Rauch, M. F., Michaud, M., Xu, H., Madri, J. A., Lavik, E. B. Co-culture of primary neural progenitor and endothelial cells in a macroporous gel promotes stable vascular networks in vivo. 19, 1469-1485 (2008).
  4. Vasudevan, A., Long, J. E., Crandall, J. E., Rubenstein, J. L., Bhide, P. G. Compartment-specific transcription factors orchestrate angiogenesis gradients in the embryonic brain. Nat. Neurosci. 11, 429-439 (2008).
  5. Vasudevan, A., Bhide, P. G. Angiogenesis in the embryonic CNS: a new twist on an old tale. Cell Adh. Migr. 2, 167-169 (2008).
  6. Won, C. K., et al. Autonomous vascular networks synchronize GABA neuron migration in the embryonic forebrain. Nat. Commun. 4, 2149-2162 (2013).
  7. Dong, Q. G., et al. A general strategy for isolation of endothelial cells from murine tissues. Characterization of two endothelial cell lines from the murine lung and subcutaneous sponge implants. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 17, 1599-1604 (1997).
  8. Erblich, B., Zhu, L., Etgen, A. M., Dobrenis, K., Pollard, J. W. Absence of colony stimulation factor-1 receptor results in loss of microglia, disrupted brain development and olfactory deficits. PLoS One. 6, (2011).
  9. Wichterle, H., Garcia-Verdugo, J. M., Herrera, D. G., Alvarez-Buylla, A. Young neurons from medial ganglionic eminence disperse in adult and embryonic brain. 2, 461-466 (1999).
  10. Snapyan, M., et al. Vasculature guides migrating neuronal precursors in the adult mammalian forebrain via brain-derived neurotrophic factor signaling. J. Neurosci. 29, 4172-4188 (2009).
  11. Whitman, M. C., Fan, W., Rela, L., Rodriguez-Gil, D. J., Greer, C. A. Blood vessels form a migratory scaffold in the rostral migratory stream. J. Comp. Neurol. 516, 94-104 (2009).

Play Video

Cite This Article
Kumar T., P., Vasudevan, A. Isolation and Culture of Endothelial Cells from the Embryonic Forebrain. J. Vis. Exp. (83), e51021, doi:10.3791/51021 (2014).

View Video