이 프로토콜은 인간 줄기 세포로부터 분화된 배양 뉴런에 순환 올레핀 공중합체로 성형된 구획화된 미세 유체 칩의 사용을 입증한다. 이 칩은 기존의 구획 형 폴리 (디메틸 실록산) 장치보다 사전 조립되고 사용하기 쉽습니다. 바이러스성 표지, 유동성 격리, 축사 절제술 및 면역 염색을 포함하여 다중 일반적인 실험 패러다임은 여기에서 기술됩니다.
배양 된 뉴런을 구획화하기 위해 미세 유체 장치를 사용하는 것은 신경 과학의 표준 방법이되었습니다. 이 프로토콜은 인간 줄기 세포로부터 분화된 뉴런을 구획화하기 위해 순환 올레핀 공중합체(COC)로 만들어진 미리 조립된 다중 구획 칩을 사용하는 방법을 보여줍니다. 이 COC 칩의 풋프린트는 표준 현미경 슬라이드와 동일하며 고해상도 현미경 검사법과 동일하게 호환됩니다. 뉴런은 인간 신경 줄기 세포 (NSC)에서 칩 내의 글루타마테르지뉴런으로 분화되고 5 주 동안 유지되므로 이러한 뉴런이 시냅스와 수지상 척추를 개발할 수있는 충분한 시간을 허용합니다. 추가, 우리는 바이러스 성 표지, 미세 환경 확립, 축사 절제술 및 면역 세포 화학을 포함하여 이 다중 구획 칩을 사용하여 다중 일반적인 실험 절차를 설명합니다.
인간 줄기 세포 분화 뉴런 (hSC-뉴런)은 생물학적 연구에 점점 더 사용됩니다. 인간 적인 근원 물자에서 파생될 수 있는 이 뉴런은, 알츠하이머병과 같은 외상성 뇌 손상 및 신경 퇴행성 질환의 연구를 포함하여 번역 연구에 큰 관심을 가지고 있습니다. 따라서, hSC-뉴런의 연구를 개선하고 용이하게 하는 도구가 요구되고 있다.
뉴런의 독특한 편광 형태를 연구하기 위해 많은 연구자들은 다구획형미세 유체 장치 1, 2,3,4,5,6을사용합니다. 7,8,9,10,11. 이 장치는 독특한 세포 내 접근을 가진 긴 투영 뉴런의 측정 그리고 조작을 가능하게 합니다. 다중 구획형 미세 유체 장치는 축축한 성장을 유도하는 마이크로홈으로 분리된 두 개의 병렬 미세 유체 구획으로 구성됩니다. 뉴런 또는 신경 줄기 세포 (NSC)는 somatodendritic 구획에서 도금되고, 분 후에 구획 표면의 바닥에 부착됩니다. 분화된 뉴런은 마이크로그루브 영역을 통해 축산/돌출부를 성장하고 확장하여 인접하고 고립된 축색구로 확장합니다. 과거에는 이러한 장치가 폴리(디메틸실록산)(PDMS) 복제 성형을 사용하여 독점적으로 제작되었습니다. PDMS 장치는 사용 직전에 유리 커버슬립에 조립할 필요성및 지속적인 소수성 및 필요성을 포함하여 앞서 설명한12가지많은 단점을 가지고 있다. 사전 조립된 사출 성형 칩은 이러한 많은 단점을 극복하고 상업적으로 판매된다(재료표 참조)12. 이 칩의 구획은 영구적으로 친수성으로 만들어지며 전체 칩은 광학적으로 투명한 순환 올레핀 공중합체 (COC)로 성형됩니다.
이 프로토콜은 이 COC 칩을 사용하여 인간 신경 세포를 흥분성 뉴런으로 분화하고 긴 뉴런 프로젝션을 분리하고 유동적으로 분리하는 방법을 보여줍니다. 이 데모를 위해, 뉴런은 NIH 승인 H9 줄기 세포로부터 분화되었다. 유사한 절차는 인간 유도 만능 줄기 세포를 분화하는 데 사용될 수 있다.
사전 조립된 멀티 컴파트먼트 COC 칩은 사용하기 쉬운 구획형 플랫폼으로 인간 NCS를 장기간(>4주) 뉴런으로 분화하고 유지합니다. 이 프로토콜에서는 인간 신경 세포를 글루타마테르시성 뉴런으로 분화하고, 역행 라벨 뉴런을 역행하고, 면역 세포 화학을 수행하고, 수지상 척추 형태를 시각화하고, 축절제술을 수행합니다. 이 칩은 고해상도 이미징과 호환되며 COC12와자동 형광이 없습니다.
COC 멀티 컴파트먼트 칩은 실리콘 기반 구획형 장치와 기능적으로 동일하며, 앞서12에설명된 바와 같이 장점과 단점이 있다. 표 1은 hSC-뉴런을 배양하기 위한 다중 구획 COC 칩 및 실리콘 장치를 비교합니다. COC 구획화된 칩은 긴 배양 기간 동안 줄기 세포의 부착 및 유지를 위한 더 나은 친수성 표면을 제공합니다. PDMS 기반 장치는 유리 커버립에 조립하고 부착해야 합니다. PDMS 장치의 소수성 성질은 줄기 세포의 응집을일으킨다 5; 이것은 세포 수준에 있는 화상 진찰에 있는 두 도전 및 매체 변경 도중 세포 응집체의 운동 때문에 물리적 손상에 더 중대한 감수성으로 이끌어 냅니다. 플라스틱 칩은 이러한 문제를 극복합니다. COC는 PDMS와 달리 가스 불투과성이므로 채널 내에 갇혀 있거나 형성된 에어 포켓은 사용자가 제거해야 합니다. 사전 코팅 솔루션은 공기가 채널에 갇힐 가능성을 줄입니다. 이 솔루션은 에탄올 및 기타 제제로 구성됩니다. 이러한 플라스틱 칩 내에서 뮤린 뉴런을 배양하기 위한 이전에 발표된 프로토콜은칩(12)내의 파이펫팅 세포 및 매체에 대한 추가 세부 정보를 제공한다. 신경 세포는 뮤린 뉴런보다 더 깨지기 쉽기 때문에 더 부드럽게 처리해야합니다. 또한 줄기 세포를 위아래로 부드럽게 파이펫팅하여 도금하기 전에 철저히 혼합하는 것이 중요합니다.
시험관 내 분화 인간 줄기 세포에서 파생 된 뉴런의 사용은 의학 및 연구에서 점점 더 인기를 끌고있다. 이 뉴런은 신경 퇴행성 질환 및 외상성 뇌 손상을 포함한 많은 CNS 장애에 대한 연구 및 임상 응용 프로그램에 중요합니다. 이 뉴런은 인간의 태아뉴런과 밀접하게 유사15. 미래에, 적당히 노화된 뉴런은 줄기 세포에서 생성되어 노화와 관련된 뉴런 기능을 모방하고 이러한 구획화된 장치와 함께 사용될 수 있습니다. 이러한 장치는 자폐스펙트럼장애 및 상해 후 축축재생으로 진단된 환자의 뉴런에서 축사 결핍과 같은 축세포 건강과 기능에 영향을 미치는 질병에 대한 연구를 용이하게 한다16,17.
The authors have nothing to disclose.
저자는 Xona 미세 유체학, LLC, 정신 건강의 국립 연구소 (R42 MH097377), 및 신경 장애 및 뇌졸중의 국립 연구소 (R41 NS108895, P30 NS045892)에서 지원을 인정합니다. 이 내용은 전적으로 저자의 책임이며 반드시 국립 보건원의 공식 견해를 나타내는 것은 아닙니다.
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 |