Summary

Изоляции и культуры грызунов микроглии для поощрения динамичного разветвленная словотолкование в среде Serum-free

Published: March 09, 2018
doi:

Summary

Усилия, чтобы понять микроглии функции подробно препятствовало отсутствие микроглии культуры моделей, которые пилки свойства зрелых в vivo микроглии. Этот протокол описывает изоляции и культуры подхода, призванного поддерживать надежные выживания микроглии весьма разветвленной зрелых крыс в условиях определенных средний.

Abstract

Микроглии представляют собой 5-10% от всех клеток центральной нервной системы (ЦНС) и все чаще обращают внимание из-за их вклад во время разработки, гомеостаза и болезни. Хотя макрофаги были изучены подробно на протяжении десятилетий, специализированные особенности микроглии, ткани резидентов макрофаги ЦНС, остаются во многом загадочный, отчасти из-за ограничений в способность резюмировать Зрелые микроглии свойства в культуре. Здесь мы иллюстрируем простой процедуры для быстрой изоляции чистого микроглии от зрелого грызун мозга. Мы также обсудим условия сыворотки свободной культуры, которые поддерживают высокий уровень жизнеспособности микроглии со временем. Микроглии, культивируемых в этих условиях определяется средний exhibit сложной разветвленной процессы и поведение динамического наблюдения. Мы иллюстрируют некоторые последствия воздействия сыворотки на искусственный микроглии и обсудить, как эти сыворотки свободной культуры по сравнению с сыворотка облученных культур, а также микроглии в естественных условиях.

Introduction

Как макрофаги паренхимы ЦНС микроглии взаимодействуют с огромным набором схем нейронов и глиальных сигнальной сети. Они играют жизненно важную роль в развитии и гомеостаза головного мозга через синаптических обрезки, Распродажа apoptotic клеток и переходных взаимодействия с нейрональные процессы1,2. Микроглии являются раннего реагирования неврологических травм, расширяя их длинные, тонкие процессы для поражения сайтов для координации воспалительных реакций и ограничить кровотечение3,4. Изменения в микроглии морфологии и функции являются вездесущими в острых и хронических травм ЦНС, и микроглии экспонат изменения морфологии, локализации и проявление воспалительных медиаторов в разнообразных заболеваний Штатов1. Человеческие генетические исследования показывают, что мутации, которые изменяют риска для нейродегенеративные заболевания часто преимущественно или исключительно выражаются микроглии в неповрежденной ЦНС, указывая на важную роль для микроглии в патогенезе заболевания или прогрессирование5 . Учитывая их известность в травм и болезней, углубление понимания биологии микроглии является приоритетной для разработки новые терапевтические подходы.

Многие критические достижения понимания биологии микроглии возникли путем экстраполяции методы и механизмы, обнаружили в исследованиях других групп населения макрофагов, включая методы культуры, профили выражение гена и определения функциональных / Морфологические государств. Хотя обобщенные макрофагов, функции часто разыгрывают неожиданными способами в пределах ландшафта ЦНС, микроглии сами по себе являются узкоспециализированными, выставляют разветвленной морфологии и уникальный ген выражение подпись, которая отличает их от других тканей макрофаги6. Микроглии есть линия, которая отличается от большинства других тканевых макрофагов; они колонизировать ЦНС во время ранних эмбриональных волны примитивных кроветворения и самостоятельно обновить на протяжении всей жизни, независимо от взносов от окончательного кроветворения7. Полностью зрелые ген выражение подпись взрослого микроглии достигается не до второго послеродовой неделю8. Экологические сигналы от окружающих тканей играют важную роль в диктует макрофагов ткани специфических особенностей6, которая в ЦНС включает ограниченное воздействие факторов кровь, предоставленные blood – brain барьер9.

Одним из препятствий для полного понимания микроглии вклад ЦНС гомеостаза и болезней является сложность изложив специализированные свойства зрелых микроглии видели в vivo с очищенной ячейки в пробирке. Многие методы были разработаны для изоляции и культуру нетронутыми микроглии, но большинство подходов полагаться на сыворотке поддержать выживание клетки. Мы показали, что добавление сыворотки, которая по своей сути переменной реагента, содержит широкий спектр биологически активных молекул, особенно проблематичным, когда работа с микроглии потому, что он способствует Саркодовые морфологии, увеличение распространения, и увеличение фагоцитоза9 часто видели в естественных условиях , когда Микроглия подвергаются воздействию факторов кровь после нарушения blood – brain барьер. От этих показателей, сыворотка подвергается клетки напоминают травмы или заболевания государств микроглии, но такие изменения уменьшаются когда Микроглии являются культивировали в определенный рост среднего, содержащий РСУ-1 (или IL-34), TGF-β, холестерин и селенит.

Этот протокол обеспечивает детали для культивирования несовершеннолетних крыса микроглии сыворотки свободных условиях, связанных с недавно опубликованной работе9. Этот протокол упрощен для крыс от послеродового день 21-30 (P21 – P30), но может быть адаптирована к изолировать микроглии от крыс и мышей, любого возраста, хотя доходности и общей жизнеспособности будет варьироваться в зависимости от вида и возраста животного. Максимальная урожайность и оптимальной эффективности достигается при использовании немного незрелых микроглии (~ P9), урожайность и жизнеспособности, постепенно сужающийся к несколько более низкого уровня в взрослых животных. Микроглии также могут быть изолированы от мышей, но мы обнаружили, что клетки крыс показывают значительно выше урожайность, жизнеспособность и сложности разветвленной морфологии, когда по сравнению с клетки мыши в сыворотке бесплатно культур. Животных в возрасте более чем P50 не были оценены с настоящим Протоколом. Эта процедура изоляции immunopanning была оптимизирована для сведения к минимуму изменения в микроглии транскрипционный анализ профиля при изоляции и максимального течению жизнеспособность клеток. С помощью этих методов и средств массовой информации формулировок, высокой жизнеспособности первичных культур может быть устойчивым на недели. Микроглии, культивируемых в этих условиях проявляют весьма разветвленная Словотолкование, быстрое расширение и втягивание процессов и относительно низкие показатели распространения. Мы подчеркнуть значимость сыворотки воздействия на эти свойства и обсудить сильные и слабость этого метода по сравнению с другими подходами.

Protocol

Все процедуры с участием грызунов соответствует Стэнфордского университета руководящие принципы, которые соответствуют национальных и государственных законов и политики. Все животные процедуры были одобрены Стэнфордского университета административной панели на лабораторных живо?…

Representative Results

Этот протокол описывает метод для культуры высокой чистоты разветвленное микроглии от несовершеннолетних крыс. Аналогичные результаты можно получить с помощью незрелых, перинатальной и взрослых животных, как описано ниже. Поскольку ячейки изоляции часто включают в …

Discussion

Потому что микроглии служат дозорных иммунные клетки ЦНС, они являются очень реагировать на экологические изменения; Таким образом для сведения к минимуму воспалительных реакций в клетках во время их изоляции и культуры8требуется большой осторожностью. Это достигается в …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Кристофер и Дана Рив Фонд международного исследовательского консорциума на травмы спинного мозга, д-р Мириам и Шелдон G. Адельсон медицинский исследовательский фонд, JPB, Новартис института фундаментальных исследований, щедрые взносы от Винсент и Стелла Коутс и Дэймон Раньон онкологический научный фонд (DRG-2125-12).

Materials

Rat: Sprague-Dawley Charles River Cat# 400
mouse anti-rat CD11b monoclonal (clone OX42) Bio-Rad Cat# MCA275R Panning: 1:1,000; Staining: 1:500
Goat polycolonal anti-Iba1  Abcam Cat# AB5076 Staining: 1:500
Rabbit polyclonal anti-Ki67  Abcam  Cat# AB15580 Staining: 1:500
Alexa Fluor Donkey anti-mouse 594 Invitrogen Cat# 11055 Staining: 1:500
Alexa Fluor Donkey anti-goat 488 Invitrogen Cat# A-21203 Staining: 1:500
Alexa Fluor Donkey anti-Rabbit 647 Invitrogen Cat# A-31573 Staining: 1:500
Triton-X (detergent in ICC staining) Thermo Fisher Cat# 28313
Heparan sulfate Galen Laboratory Supplies Cat# GAG-HS01
Heparin Sigma  Cat# M3149
Peptone from milk solids Sigma Cat# P6838
TGF-β2 Peprotech Cat# 100-35B
Murine IL-34 R&D Systems Cat# 5195-ML/CF
Ovine wool cholesterol Avanti Polar Lipids Cat# 700000P
Collagen IV Corning  Cat# 354233
Oleic acid Cayman Chemicals  Cat# 90260
11(Z)Eicosadienoic (Gondoic) Acid Cayman Chemicals  Cat# 20606
Calcein AM dye Invitrogen Cat# C3100MP
Ethidium homodimer-1 Invitrogen Cat# E1169
DNaseI Worthington Cat# DPRFS
Percoll PLUS GE Healthcare Cat# 17-5445-02
Trypsin  Sigma Cat# T9935
DMEM/F12 Gibco Cat# 21041-02
Penicillin/ Streptomycin Gibco Cat# 15140-122
Glutamine Gibco Cat# 25030-081
N-acetyl cysteine  Sigma Cat# A9165
Insulin Sigma Cat# 16634
Apo-transferrin  Sigma Cat# T1147
Sodium selenite Sigma Cat# S-5261
DMEM (high glucose) Gibco Cat# 11960-044
Dapi Fluoromount-G Southern Biotech Cat# 0100-20 
Poly-D-Lysine  Sigma Cat# A-003-E
Primaria Plates  VWR Cat# 62406-456
Name Company Catalog Number Comments
Stock reagents 
Apo-transferrin Reconstitution: 10 mg/mL in PBS
Concentration used: 1:100
Storage: -20°C
N-acetyl cysteine Reconstitution: 5 mg/mL in H2O
Concentration used: 1:1,000
Storage: -20°C
Sodium selenite Reconstitution: 2.5 mg/mL in H2O
Concentration used: 1:25,000
Storage: -20°C
Collagen IV Reconstitution: 200 μg/mL in PBS
Concentration used: 1:100
Storage: -80°C
TGF-b2 Reconstitution: 2 mg/mL in PBS
Concentration used: 1:1,000
Storage: -20°C
IL-34 Reconstitution: 200 μg/mL in PBS
Concentration used: 1:1,000
Storage: -80°C
Ovine wool cholesterol Reconstitution: 1.5 mg/mL in 100% ethanol
Concentration used: 1:1,000
Storage: -20°C
Heparan sulfate Reconstitution: 1 mg/mL in H2O
Concentration used: 1:1,000
Storage: -20°C
Oleic acid/Gondoic acid Reconstitution: Gondoic: 0.001 mg/mL; Oleic: 0.1 mg/mL in 100% ethanol
Concentration used: 1:1,000
Storage: -20°C
Heparin Reconstitution: 50 mg/mL in PBS
Concentration used: 1:100
Storage: -20°C
Name Company Catalog Number Comments
Solutions 
Perfusion Buffer Recipe: 50 μg/mL heparin in DPBS++ (PBS with Ca++ and Mg+ +)
Comments: Use when ice-cold
Douncing Buffer Recipe: 200 μL of 0.4% DNaseI in 50 mL of DPBS++
Comments: Use when ice-cold
Panning Buffer Recipe: 2 mg/mL of peptone from milk solids in DPBS++
Microglia Growth Medium (MGM) Recipe: DMEM/F12 containing 100 units/mL penicillin, 100 μg/mL streptomycin, 2 mM glutamine, 5 μg/mL N-acetyl cysteine, 5 μg/mL insulin, 100 μg/mL apo-transferrin, and 100 ng/mL sodium selenite
Comments: Use ice-cold MGM to pan microglia off of immnopanning dish.
Collagen IV Coating Recipe: MGM containing 2 μg/mL collagen IV
Myelin Seperation Buffer Recipe: 9 mL Percoll PLUS, 1 mL 10x PBS without Ca++ and Mg++, 9 μL 1 M CaCl2, 5 μL 1 M MgCl2
Comments: Mix well after the addition of  CaCl2 and MgCl2
TGF-b2/IL-34/Cholesterol containing growth media (TIC)  Recipe: MGM containing human 2 ng/mL TGF-b2, 100 ng/mL murine IL-34, 1.5 μg/mL ovine wool cholesterol, 10 μg/mL heparan sulfate, 0.1 μg/ml oleic acid, and 0.001 μg/ml gondoic acid
Comments: Make sure to add cholesterol to media warmed to 37 °C and do not add more than 1.5 μg/mL or it will precipitate out. Do not filter cholesterol-containing media. Equilibrate TIC media with 10% CO2 for 30 min- 1 hr before adding to cells to insure optimal pH.

Riferimenti

  1. Colonna, M., Butovsky, O. Microglia Function in the Central Nervous System During Health and Neurodegeneration. Annu Rev Immunol. 35, 441-468 (2017).
  2. Wu, Y., Dissing-Olesen, L., MacVicar, B. A., Stevens, B. Microglia: Dynamic Mediators of Synapse Development and Plasticity. Trends Immunol. 36 (10), 605-613 (2015).
  3. Lou, N., et al. Purinergic receptor P2RY12-dependent microglial closure of the injured blood-brain barrier. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (4), 1074-1079 (2016).
  4. Haynes, S. E., et al. The P2Y12 receptor regulates microglial activation by extracellular nucleotides. Nat Neurosci. 9 (12), 1512-1519 (2006).
  5. Gosselin, D., et al. An environment-dependent transcriptional network specifies human microglia identity. Science. 356 (6344), (2017).
  6. Lavin, Y., et al. Tissue-resident macrophage enhancer landscapes are shaped by the local microenvironment. Cell. 159 (6), 1312-1326 (2014).
  7. Hoeffel, G., Ginhoux, F. Ontogeny of Tissue-Resident Macrophages. Front Immunol. 6, 486 (2015).
  8. Bennett, M. L., et al. New tools for studying microglia in the mouse and human CNS. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (12), E1738-E1746 (2016).
  9. Bohlen, C. J., et al. Diverse Requirements for Microglial Survival, Specification, and Function Revealed by Defined-Medium Cultures. Neuron. 94 (4), 759-773 (2017).
  10. Herz, J., Filiano, A. J., Smith, A., Yogev, N., Kipnis, J. Myeloid Cells in the Central Nervous System. Immunity. 46 (6), 943-956 (2017).

Play Video

Citazione di questo articolo
Collins, H. Y., Bohlen, C. J. Isolation and Culture of Rodent Microglia to Promote a Dynamic Ramified Morphology in Serum-free Medium. J. Vis. Exp. (133), e57122, doi:10.3791/57122 (2018).

View Video