该协议描述了一种基于细胞分选的方法, 用于从产后小鼠或大鼠的新皮层和海马中纯化和培养荧光 gabaep 或谷氨酸神经元。
该协议的总体目标是产生来自 Gabaep 或谷氨酸神经元的纯化神经元培养。纯化的神经元可以在体外的定义培养基中培养 16天, 并适合通常对离解培养物进行的任何分析, 包括电生理、形态学和存活分析。这些培养物的主要优点是, 在没有复杂外部影响的情况下, 例如由胶质细胞或其他神经元类型产生的影响, 可以有选择地研究特定的细胞类型。然而, 在规划纯化细胞的实验时, 需要注意的是, 神经元的生长和生存在很大程度上依赖于胶质调节的培养基。此外, 谷氨酸神经元进一步依赖于胶质分泌的因素来建立突触传递。因此, 我们也描述了一种方法, 共同培养神经元和胶质细胞在非接触安排。利用这些方法, 我们已经确定了 Gabaep 神经网络和谷氨酸神经元网络的发展之间的主要差异。因此, 研究纯化神经元的培养具有很大的潜力, 可以促进我们对神经系统如何发育和功能的理解。此外, 纯化培养物可能有助于研究药理剂、生长因子的直接作用, 或探讨遗传操作对特定细胞类型的影响。随着越来越多的转基因动物变得可用, 标记额外的特定细胞类型的兴趣, 我们预计这里描述的协议将增长在其适用性和潜力。
细胞分选是一种有力的工具, 用于从异质细胞的混合物中分离出感兴趣的活细胞。细胞可以根据大小和形状标准以及荧光标记 1, 2 的表达进行排序。通常情况下, 氟共轭抗体被用来标记不同的细胞类型, 通过针对细胞特异性表面抗原3,4。或者, 转基因动物或病毒传递系统被设计出来, 以表达荧光在细胞特异性促进剂5,6。从历史上看, 转基因工具和动物的开发成本高昂且耗时。最近, 成本的降低和技术困难的减少导致了可用记者行的数量急剧增加。随着转基因工具和记者动物的不断增长, 荧光细胞分类方法的有用性和适用性也在不断增长。
我们最近证明, 转基因动物的细胞分选可以通常应用于纯化原代神经元, 为细胞培养做准备7。通过对大鼠或小鼠细胞进行分离, 我们能够分离和培养荧光神经元, 荧光神经元在 gabaep 或谷氨酸神经元6,8,9中表达荧光报告蛋白。通过研究这些纯化的神经元培养, 我们能够确定 Gabaep 和谷氨酸神经元依赖于胶质分泌因子建立突触传递的方式的一个重要区别 7.此外, 通过与纯化神经元共同培养胶质细胞, 我们能够扩展到先前的观察, 证明胶质细胞在神经元 10,11的生长和存活中的关键作用。因此, 通过细胞分类和细胞培养的结合, 我们不仅能够研究特定神经元类型的分离发展, 而且能够研究胶质细胞对其功能的影响。
我们在这里提出了一个纯化和培养 Gabaep 和谷氨酸神经元从皮层和海马的转基因小鼠或大鼠的方案。我们还提出了一种从 Geissler 等人的研究中改编的纯化神经元和胶质细胞的非接触共培养方法。为了产生纯化的 Gabaep 培养物, 我们对来自 VGAT-Venus-A Wistar 大鼠8或 vgat-v指 us 小鼠13的荧光神经元进行了分类, 这些神经元在 & & gt;95% 的皮质 Gabaep 活神经元。为了产生纯化的谷氨酸培养物, 我们对 NexCre 的荧光神经元进行了分类;Ai9只老鼠 6,9, 在皮质谷氨酸神经元中表达番茄。整个分选和培养过程可在3-4小时内进行, 可用于生成数百种适合于电生理、形态学和细胞存活分析的复制培养。该方法简便、重现性好, 可为感兴趣的细胞类型产生纯度大于97% 的纯化神经元培养物。
我们在这里描述了一个方法, 结合分选和培养的初级神经元, 以产生纯化的神经元细胞培养。这种方法需要大约1小时比一个典型的主要离解神经元培养协议约 1小时, 但允许产生数百复制培养包含特定的神经元类型。纯化的神经元, 可以在隔离中生长至少 16天, 延伸轴突和树突, 并可以激发重复的动作电位训练 (图 2和图 3)。重要的是, 这些细胞可以接受与常规原代离解神经元培养相同的实验分析, 包括电生理、形态学和生存分析。使用这些纯化培养物的一个主要好处是, 可以孤立地研究特定细胞类型的发展。为了支持纯化培养物的发展, 我们还提出了一个方案, 共同培养纯化的神经元与胶质细胞。如前所示, 与胶质细胞共培养纯化的神经元可提高其存活率和生长性,并可促进网络形成 7 (图 4)。因此, 我们在这里提出了一个方法的组合, 应该进一步研究胶质神经元的相互作用, 并可能证明有助于研究发展和互动之间的其他细胞类型的兴趣。
对纯化谷氨酸神经元培养物的研究揭示了对胶质细胞分泌促进神经元网络发育和突触形成的方式的基本见解, 16、17、18.一般来说, 纯化特异性神经元类型的方法已更成功地应用于研究谷氨酸神经元的发展, 而不是 Gabaep 神经元。这导致了我们对这两种细胞类型如何发展的理解存在差异。鉴于 Gabaep 和谷氨酸神经元在解剖学、生理和发育来源方面存在显著差异, 因此, 我们必须研究 Gabaep 神经元本身, 以更好地了解其功能和生理。使用这里介绍的协议, 我们已经确定了重要的差异, 在如何 Gabae自身和谷氨酸神经元依赖于胶质分泌的因素建立突触传输7。通过发布这一协议, 我们希望其他人能够进一步深入了解神经元和胶质细胞之间的重要相互作用。
在这个协议中, 我们描述了一种流式细胞仪的细胞分选方法, 我们已经用来净化不同转基因啮齿类动物系的 Gabaep 或谷氨酸神经元。从 VGAT 金星小鼠13或大鼠8中对金星阳性 gabaep 神经元进行了分类, 从 NexCre 对 TdTomato 阳性谷氨酸神经元进行了分类;Ai9 老鼠 (最初来自 NexCre9和 ai9 记者队伍6, 见 turko 等人, 2018年7)。近年来, 由于技术的进步, 转基因动物的生成变得容易得多。因此, 在许多不同的细胞类型中, 表达荧光分子的动物的可用性迅速增长。这反过来又增加了荧光活化细胞分选的使用和适用性。虽然目前存在着分离感兴趣的细胞的替代方法 16、19、20, 但由于依赖自然产生的表面有合适的抗体, 这些细胞在一定程度上受到阻碍抗原。这限制了他们的多功能性相比, 基于荧光的细胞分选方法, 这已经可以用来排序细胞从许多细胞特定的转基因记者动物已经可用。然而, 当优化, 基于抗体的分选方法可以是快速和高产, 甚至可以更好地保存细胞解剖, 通过允许纯化细胞与他们的轴突和树突完整21。因此, 在决定排序策略时, 仍应考虑抗体排序方法。最终, 感兴趣的细胞类型、细胞分类的年龄、转基因动物或表面抗原的可用性以及所需细胞的数量将是选择最适合排序策略的决定因素。
虽然基于荧光的细胞分选是一种简单和可重复的方法来净化细胞, 但在协议的某些步骤中, 应注意保持细胞质量。例如, 在每个离心步骤之后, 重要的是要确保细胞颗粒尽快重新悬浮, 细胞已经成功回收。有时, 当去除上清液时, 细胞颗粒可能会受到干扰。因此, 建议在离心步骤之间检查显微镜下是否存在细胞, 以排除任何广泛的细胞损失。细胞电镀后, 细胞在喂养前应允许粘附至少1小时。如果细胞过早被喂养, 一些细胞可能会从覆盖液中脱落, 从而降低培养密度。培养1小时后, 评估细胞健康是谨慎的。如果细胞看起来不健康 (图2a 显示了健康细胞的示例), 或者存在明显的细胞死亡, 则这可能表明在分离或排序过程中出现了问题。在培养任何细胞类型时, 另一个重要的考虑因素是在管理细胞培养介质时要小心。NBA 培养基含有苯酚红, 它起到 pH 值22的作用。如果介质的颜色变得太黄, 则表示 pH 值太酸; 如果介质的颜色太黄, 则表示 pH 值太酸性; 如果介质的颜色太黄, 则表示 ph 值太酸性。如果介质变得太粉红色, 则表示溶液过于碱性。库存解决方案长期开放, 特别是介质外降到锥形管中, 往往会随着时间的推移变得更加碱性。因此, 建议每周制作新的完整的 NBA 媒体, 每两周制作完整的媒体 (大气条件下的介质缓冲器, 因此应更加稳定)。考虑到这些问题, 应该有可能在任何实验室建立纯化的细胞培养物, 并能获得细胞分选和细胞培养设备。
在我们的大多数实验中, 我们从一种动物身上产生了纯化的培养物。然而, 当净化细胞进行生化分析时, 可能需要将多个动物集中起来进行分类。我们已经成功地整理了多达8只胚胎小鼠 (胚胎日13只动物) 使用上述协议 (数据未显示)。但是, 如果要对更多的动物进行分类, 可能需要增加木瓜蛋白酶和 BSA 溶液的体积 (在步骤2.1.1 中描述– 2.1.4), 以适应组织量的增加。此外, 如果在培养中镀金更多的细胞, 则可能需要更频繁的喂养计划。作为起点, 细胞可以通过去除100μl 的条件介质和添加200μl 的新鲜完整的 NBA 介质, 每7天喂养一次细胞。为了神经元的活力, 如果对更多的动物进行分类, 就应该考虑尽量减少排序时间。这通常需要仔细优化下游分析, 以便有效地使用纯化的细胞。我们经常对老鼠神经元进行排序, 每只动物最多600例, 高达 5000-800, 000个细胞 (产后天下 0-2)。然而, 这并不是对排序速度和条件进行详尽的优化。因此, 应该有可能进一步改进分类速度和产量。
纯化的神经元需要有胶质条件的培养基来生存。这已经证明之前通过培养神经元和胶质细胞分开, 然后用胶质调节介质治疗神经元 10。在我们的实验中, 我们选择通过在半透性细胞培养插入物上培养胶质细胞来支持纯化的神经元, 这些细胞被放置在细胞培养板内。该方法已成功地应用于胶质细胞外基质蛋白及其与神经元12的相互作用。与细胞的单独培养相比, 这种方法提供的非接触式但持续的支持有很多优点。最值得注意的是, 胶质细胞与神经元的共培养允许细胞培养介质的持续调节和调节, 这更类似于体内的情况。此外, 细胞的连续共培养允许神经元和胶质细胞之间的潜在反馈信号, 这在分离的培养中是不可能的。在我们的协议中, 如果需要, 可以很容易地省略连续共培养方法, 并可以使用胶质调节介质对神经元进行经典治疗。
总之, 这里介绍的协议旨在为读者提供一个坚实的基础, 使他们能够建立自己的纯化细胞培养实验。我们预测, 在可预见的未来, 转基因动物和病毒结构的供应将继续增加。因此, 基于荧光的细胞分选技术可能会得到更广泛的应用和价值。
The authors have nothing to disclose.
作者要感谢 Jenny Kirsch 和 Ana Teichmüller 在柏林德意志 Rysema-forschungszentrum 的流式细胞术核心设施提供的出色技术支持。我们要感谢宋杰在生存分析方面的帮助。我们还要感谢丽塔·卢雷罗帮助捕捉荧光老鼠的图像, 并感谢克里斯蒂安·埃布纳对协议进行了批判解读。Vgat-vavus 转基因大鼠是由日本冈崎国立生理科学研究所 y. Yanagawa、M. hirabayashi 博士和 Y. Kawaguchi 博士使用宫崎博士提供的 pCS2—-金星生成的。这项工作得到了德国研究理事会 (德国研究理事会、DFG EXC 257 至 IV) 的支持。
Neural Basal A media (NBA) | ThermoFisher Scientific | 10888022 | Cell Culture Buffer |
B27 | ThermoFisher Scientific | 17504001 | Culture supplement |
Glutamax | ThermoFisher Scientific | 35050-038 | Culture supplement |
Penicillin Streptomycin (10,000 U/mL) | ThermoFisher Scientific | 15140-122 | Antibiotic |
Poly-L-Lysine | SIGMA | P1399 | Coverslip coating |
Papain | SIGMA | P4762-1G | Enzyme |
Bovine Serum Albumin | SIGMA | A3294-100G | Serum |
Hibernate A low fluorescence media | Brain Bits Ltd | HALF | Cell Transport media |
Dulbeccos Modified Eagles Medium (DMEM) | Biochrom | F0435 | Glial Culture Buffer |
Fetal Calf Serum (FCS) | Biochrom | S0115 | Serum |
Trypsin / EDTA | Biochrom | L2163 | Enzyme |
Fine Tip Pasteur Pipette | Neo Labs | – | Used for trituration of cells |
24-well plates | BD | 353047 | Culture plate |
50 mL Falcon tubes | BD | 352070 | – |
15 mL Falcon tubes | BD | 352096 | – |
Glass coverslips: 12 mm round | Roth | P231.1 | – |
35 mm Petri dish | Corning | 353001 | – |
100 mm Petri dish | Corning | 353003 | – |
30 µm CellTrics Cell Sieve | sysmex | 04-004-2326 | To remove cell clumps before cell sorting |
Round bottom polystyrene tubes | BD | 352054 | Transport tube for sorted cells |
Round bottom polypropylyne tubes | BD | 352063 | Collection tube for sorted cells |
Cell culture inserts – 0.4 µm transparent PET | Falcon | 353 095 | For the co-culture of neurons and glia |
Extra fine Bonn Scissors | Fine Scientific Tools | 14084-08 | To remove overlying skin and bone of mice |
Extra narrow Scissors | Fine Scientific Tools | 14088-10 | To remove overlying skin and bone of rats |
Forceps | Fine Scientific Tools | 11242-40 | To hold the head in place |
Spatula (130 mm long / 5 mm tip width) | Fine Scientific Tools | 3006.1 | To remove the brain to filter paper |
Scalpel Blades | Swan-Morton | #0308 | To mechanically dissociate neural tissue |
Haemocytometer (Neubauer Imroved) | Optik Labor | – | To cell count dissociated cells |
Fluorescent Miners Goggles (excitation light) | Biological Laboratory Equipment Maintenance and Servce Ltd (BLS) |
FHS/LS-1G | To excite TdTomato |
Fluorescent Miners Goggles (emission filter) | Biological Laboratory Equipment Maintenance and Servce Ltd (BLS) |
FHS/EF-4R2 | Td Tomato compatible emission filter |
Fluorescent Miners Goggles (excitation light) | Biological Laboratory Equipment Maintenance and Servce Ltd (BLS) |
FS/ULS-02B2 | To excite Venus |
Fluorescent Miners Goggles (emission filter) | Biological Laboratory Equipment Maintenance and Servce Ltd (BLS) |
FS/TEF-3GY1 | Venus compatible emission filter |
Mouse-Anti-GFP primary antibodies | UC Davis | 75-132 | To enhance Venus signal following fixation |
Mouse-Anti-GFAP primary antibodies | SIGMA | G-3893 | The identification of reactive astrocytes |
Rabbit-Anti-CD11b primary antibodies | Southern Biotech | 1561-15 | The identification of microglial cells |
Rabbit-Anti-MBP primary antibodies | Millipore | AB980 | The identification of oligodendrocyes |