פרוטוקול זה מדגים את השימוש של שבבי microflu, ממדר מיקרופלואידים, הזרקה מחזורית אולפין קופולימר לנוירונים מתורבתים הבדיל מתאי גזע אנושיים. שבבים אלה מורכבים וקלים לשימוש מאשר התקנים ממוזגים פולי (diמתיל siloxane) מסורתיים. מספר תפיסות נסיוניות נפוצות מתוארות כאן, כולל תיוג נגיפי, בידוד פלואידיג, הוספת פיום וכתמים חיסוני.
שימוש במכשירים microflu, כדי למדר נוירונים מתורבתים הפכה לשיטה סטנדרטית במדעי המוח. פרוטוקול זה מראה כיצד להשתמש מראש התאספו שבב רב-ממדי שנעשו מחזורית אולפין (coc) כדי למדר נוירונים הבדיל מתאי גזע אנושיים. טביעת הרגל של שבבי COC אלה זהה לשקופית מיקרוסקופ רגיל והם תואמים באותה מידה למיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה. נוירונים מובלים מתאי גזע האדם העצבי (NSCs) לתוך הנוירונים glutamatergic בתוך השבב ומתוחזק במשך 5 שבועות, המאפשר זמן מספיק עבור נוירונים אלה כדי לפתח את הסינפסות ושעת הדנדריטים. יתרה מזאת, אנו מדגימים הליכים משותפים ניסיוניים מרובים באמצעות אלה שבבי multi-תא, כולל תיוג ויראלי, הקמת מיקרוסביבות, האקסון, ו אימונוטוקוכימיה.
תא גזע האדם הבדיל נוירונים (hSC-נוירונים) משמשים יותר ויותר למחקר ביולוגי. נוירונים אלה, אשר ניתן לגזור מחומר המקור האנושי, הם בעלי עניין רב למחקר טרנסלטיות, כולל לימוד של פציעות מוח טראומטי והפרעות ניווניות כגון מחלת אלצהיימר. לכן, כלים לשיפור ולהקל על המחקר של hSC-נוירונים הם ביקוש.
כדי ללמוד את מורפולוגיה מקוטב ייחודי של נוירונים, חוקרים רבים להשתמש מכשירים מיקרופלואידיג multi-מידור1,2,3,4,5,6, . 7,8,9,10,11 מכשירים אלה מאפשרים מדידות ומניפולציות של נוירונים ארוכים הקרנה עם גישה subcellular ייחודי. מכשירים מיקרופלואידים בעלי מספר רב מורכבים משני תאי מיקרו-פלואידים מקבילים באמצעות מיקרוחריצים, אשר מנחים את הצמיחה המיונלית. נוירונים או תאי גזע עצביים (NSCs) מצופים בתא הסודנדריטי, ולאחר מכן לדבוק בחלק התחתון של משטח התא לאחר דקות. נוירונים הבדיל לצמוח ולהאריך axons שלהם/תחזיות דרך האזור microgroove לתוך תא axons סמוך ומבודד. בעבר, התקנים אלה נעשו באופן בלעדי באמצעות פולי (diמתיל siloxane) (PDMS) דפוס העתק. התקני PDMS יש חסרונות רבים תיאר בעבר12, כולל hydrophobicity מתמשך ואת הצורך להרכיב שמיכות זכוכית מיד לפני השימוש. מורכב מראש הזרקה שבבים להתגבר על רבים מחסרונות אלה נמכרים מסחרית (ראה לוח חומרים)12. התאים של שבבים אלה נעשים לצמיתות הידרופילי והשבב כולו הוא הזרקה יצוק מחזורית שקופה אופטית אולפין (coc).
פרוטוקול זה מדגים כיצד להשתמש בשבב COC זה כדי להבדיל בין NSCs אנושיים לתוך הנוירונים, ולהפריד ולבודד את התחזיות הנוירואליות הארוכות שלהם. עבור הפגנה זו, נוירונים הובלו מאושר NIH תאי גזע H9. הליכים דומים ניתן להשתמש כדי להבדיל בין האדם המושרה pluripotent תאי גזע.
שבב COC מראש multi-תא הוא קל לשימוש הפלטפורמה מידור כדי להבדיל ולשמור על האדם NSCs לתוך נוירונים לטווח ארוך (> 4 שבועות). בפרוטוקול זה, אנו מדגימים את הבידול של האדם NSCs לתוך הנוירונים glutamatergic, לעצב העצב הרטרוגרדי, לבצע החיסונית, הדמיה מורפולוגיה של עמוד השדרה הדנדריטי ולבצע היפוך. שבבים אלה תואמים הדמיה ברזולוציה גבוהה, אין פלואורסצנטית אוטומטי עם COC12.
COC שבבי multi-תא הם שווי מבחינה פונקציונלית התקנים ממוזגים מבוססי סיליקון, ויש להם יתרונות וחסרונות כמתואר בעבר12. טבלה 1 משווה שבבי coc מרובי-תאים והתקני סיליקון עבור Culturing hsc-נוירונים. שבבי COC ממדר מספקים משטח הידרופילי טוב יותר להחזקה ואחזקה של תאי גזע לאורך תקופת תרבות ארוכה. התקנים מבוססי PDMS צריך להיות מורכב ומצורף כיסוי זכוכית. הטבע ההידרופובי של התקני PDMS גורם לצבירת תאי גזע5; זה מוביל את שני האתגרים בהדמיה ברמה התאית ורגישות גבוהה יותר לנזק פיזי עקב התנועה של אגרגטים תאים במהלך שינויי מדיה. שבב הפלסטיק גובר על האתגרים הללו. COC הוא אטום גז, בניגוד PDMS, כך האוויר כיסים לכודים או נוצר בתוך הערוצים יש להסיר על ידי המשתמש. הפתרון טרום ציפוי מפחית את האפשרות אוויר להיות לכוד בערוצים. פתרון זה כולל אתנול וסוכנים אחרים. פרוטוקול שפורסם בעבר עבור נוירונים culturing מורטין בתוך שבבי פלסטיק אלה מספק פרטים נוספים על ליטוף תאים ומדיה בתוך האסימונים12. NSCs הם שבריריים יותר כי נוירונים מורטין, כך יש לטפל בעדינות רבה יותר. זה גם קריטי לערבב את תאי הגזע ביסודיות לפני ציפוי על ידי מלטף אותם בעדינות למעלה ולמטה.
השימוש בנוירונים הנגזרים מתוך הבדיל בתאי גזע האדם הופך להיות פופולרי יותר ויותר ברפואה ובמחקר. נוירונים אלה חשובים עבור מחקר ויישומים קליניים עבור הפרעות המוח הרבות, כולל מחלות ניווניות ופציעות מוחית טראומטית. הנוירונים האלה דומים מאוד. לנוירונים העוברי אדם15 בעתיד, הנוירונים בגילאי כראוי יכול להיווצר מתאי גזע לחקות פונקציה עצבית הקשורים לגיל ומשמש בשילוב עם המכשירים האלה מידור. התקנים אלה יקל על המחקר במחלות המשפיעות על בריאות ותפקוד של אקסון כגון ליקויים אקסון הנוירונים של חולים שאובחנו עם הפרעות ספקטרום האוטיזם התחדשות אקסון לאחר פציעה16,17.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מכירים את התמיכה של Xona Microfluidics LLC, המכון הלאומי לבריאות הנפש (R42 MH097377), ואת המכון הלאומי של הפרעות נוירולוגיות שבץ (R41 NS108895, P30 NS045892). התוכן הינו באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את ההשקפות הרשמיות של המכון הלאומי לבריאות.
Alexa Fluor hydrazide 488 | ThermoFisher Scientific | A10436 | |
Alexa Fluor secondary antibodies | ThermoFisher Scientific | 1:1000 | |
anti_beta-tubulin III | Aves | TUJ | 1:1000 |
anti-vGAT antibody | Synaptic Systems | 131 003 | 1:1000 |
anti-vGlut1 antibody | NeuroMab | 75-066 | clone N28/9, 1:100 |
complete neural stem cell media: | |||
REC HU EGF 10 UG BIOSOURCE (TM) |
ThermoFisher Scientific | PHG0314 | 20ng/mL |
REC HU FGF BASIC 10 UG BIOSOURCE (TM) |
ThermoFisher Scientific | PHG0024 | 20ng/mL |
GlutaMAX Supplement (100X) | ThermoFisher Scientific | 35050061 | 2mM |
KnockOut DMEM/F-12 | ThermoFisher Scientific | 12660012 | |
StemPro Neural Supplement | ThermoFisher Scientific | A1050801 | 2% |
Epifluorescence imaging system | EVOS Fluorescence imaging system | AMF4300 | 10x objective |
fluorinated ethylene propylene film | American Durafilm | 50A | 0.5 mil thickness |
Fluoromount G | ThermoFisher Scientific | 00-4958-02 | |
Gibco DPBS without Calcium and Magnesium | ThermoFisher Scientific | 14190144 | |
GIBCO HUMAN NSC (H9) KIT COMBO KIT |
Gibco | N7800200 | |
Gibco Laminin | ThermoFisher Scientific | 23017015 | |
Glass Pasteur pipettes | Sigma-Aldrich | CLS7095D5X SIGMA | 5.75 in length |
H9-DERIVED HU NEURAL STEM CELL 1E6 CELLS/VIAL; 1 ML |
ThermoFisher Scientific | 510088 | |
hibernate-E Medium | ThermoFisher Scientific | A1247601 | |
Incubator, 5% CO2 37 °C | |||
Laser scanning confocal imaging system | Olympus | FV3000RS | 30x silicone oil objective |
modified rabies virus | Salk Institute for Biological Studies | G-deleted Rabies-eGFP | Material Transfer Agreement required |
Mr. Frosty | ThermoFisher Scientific | 5100-0001 | |
Neural differentiation media | Per 100 mL. | ||
Antibiotic-Antimycotic (100x) | ThermoFisher Scientific | 15240112 | 1mL (100X) |
Ascorbic acid | Sigma Aldrich | A8960 | 200mM |
BDNF | ThermoFisher Scientific | PHC7074 | 40 ng/mL |
Gibco B27 Plus Supplement (50X) | FisherScientific | A3582801 | 2mL (50X) |
Gibco CultureOne Supplement (100X) | FisherScientific | A3320201 | 1mL (100X) |
Gibco Neurobasal Plus Medium | FisherScientific | A3582901 | |
StemPro Accutase Cell Dissociation Reagent | ThermoFisher Scientific | A1110501 | |
Taylor Wharton Liquid N2 dewar | FisherScientific | 20HCB11M | |
triton X-100 | ThermoFisher Scientific | 28314 | |
XC pre-coat | Xona Microfluidics, LLC | XC Pre-Coat | included with XonaChips |
XonaChip | Xona Microfluidics, LLC | XC450 | 450 µm length microgroove barrier |
Humidifier Tray | Xona Microfluidics, LLC | humidifier tray |