Summary

Grandir cellules souches neurales de régions classiques et non conventionnelles du cerveau adulte rongeurs

Published: November 18, 2013
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Summary

Les cellules souches neurales récoltés dans le cerveau adulte sont de plus en plus utilisés dans des applications allant de la recherche fondamentale du développement du système nerveux à l'exploration des applications cliniques potentielles en médecine régénérative. Cela rend le contrôle rigoureux des conditions d'isolement et de culture utilisés pour cultiver ces cellules essentielles au son des résultats expérimentaux.

Abstract

Des travaux récents montrent que le système nerveux central (SNC), la régénération et la tumorigenèse implique des populations de cellules souches (SC) résidant dans le cerveau adulte. Cependant, les mécanismes de ces cellules normalement quiescentes emploient pour assurer le bon fonctionnement des réseaux de neurones, ainsi que leur rôle dans la récupération de blessures et d'atténuation des processus neurodégénératifs sont peu compris. Ces cellules se trouvent dans les régions appelées «niches» qui offrent un environnement maintien impliquant des signaux modulateurs à la fois le système vasculaire et le système immunitaire. L'isolement, l'entretien et la différenciation des CS CNS dans des conditions de culture définies qui excluent facteurs inconnus, qui les rend accessibles à un traitement par des moyens pharmacologiques ou génétiques, fournissant ainsi un aperçu de leur comportement in vivo. Nous vous proposons ici des informations détaillées sur les méthodes pour générer des cultures de Centres de SNC régions distinctes du cerveau adulte et approches pour évaluer leur dpotentiel de ifferentiation dans les neurones, les astrocytes, les oligodendrocytes et in vitro. Cette technique donne une population cellulaire homogène d'une culture en monocouche qui peut être visualisée à étudier SC individuel et leur descendance. En outre, il peut être appliqué sur différents systèmes de modèles animaux et des échantillons cliniques, utilisé précédemment pour prédire des réactions de régénération dans le système nerveux adulte endommagé.

Introduction

Le dogme central de la neurobiologie, prévue par les observations fondamentales de la cytoarchitecture de cerveau fait par Ramón Y. Cajal il ya plus d'un siècle, a estimé que la neurogenèse est peu probable après l'adolescence étant donné la complexité des réseaux de neurones présents dans le système nerveux central 1. Malgré les travaux de Altman dans les années 1960, et plus tard Kaplan, ce qui démontre que la 3H-thymidine pourrait être trouvée dans les neurones matures indiquant que, en fait, les neurones ont été générés dans des zones distinctes du cerveau adulte, le dogme a continué à tenir deux, trois. La preuve a continué à monter avec la recherche de Nottebohm décrivant les changements saisonniers dans le nombre de neurones présents dans le cerveau des oiseaux chanteurs 4. Ce n'était pas jusqu'en 1999, quand Gould et al travail. Publié sur la génération de neurones dans l'hippocampe augmente avec l'exécution des tâches d'apprentissage associatif chez le rat, ainsi que les observations de Kornack et Rakic ​​démonstrationTing a continué la neurogenèse chez le macaque adulte que le concept d'un cerveau moins rigide, plus plastique, a été reconnu 5, 6.

La recherche de la source cellulaire de ces neurones générés de novo conduit à la découverte d'une population distincte de cellules souches (CS) qui résident dans les zones du cerveau appelée niches 7. La zone sous-ventriculaire et la zone granulaire sous de l'hippocampe sont considérés comme les deux principales régions neurogènes 8,9. Cellules isolées à partir de ces endroits présentent la caractéristique classique de CS dérivés embryonnaires ou fœtales, l'auto-renouvellement et potentiel de différenciation. Dans le cas des cellules souches neurales (NSC), ils peuvent être différenciées en neurones, astrocytes et oligodendrocytes,. En outre, ces SCs tache positive pour les marqueurs du CNS tels que la foetales intermédiaire nestine de protéine de filament 10. Des travaux plus récents souligne que les conseils sectoriels pourraient ne pas se limiter à ces Two domaines, et sont en fait localisée dans le cerveau comme une population en grande partie de repos de cellules étroitement associés à la vascularisation 11.

Les observations que les CS sont mobilisés en réponse à une blessure suggère la possibilité d'être en mesure d'utiliser ces cellules à des fins de régénération pour aider à la récupération de maladie neurodégénérative et course 12, 13. Cela n'est pas sans rappeler le rôle que les cellules souches mésenchymateuses (CSM) jouent dans la cicatrisation des tissus conjonctifs, qui sont présents sous forme de cellules périvasculaires qui ont le potentiel de devenir des ostéoblastes, les chondrocytes, les cellules adipeuses et 14. Cependant, les CNS ne peuvent être récoltées de la même manière que les cellules souches mésenchymateuses à partir de la moelle osseuse par aspiration de routine et les techniques de centrifugation à gradient de densité et par la suite utilisées dans les thérapies à base de cellules autologues. En conséquence, d'autres sources de cellules, telles que l'utilisation de NNC foetales ou des précurseurs neuronaux issus de embcellules souches ryonic ont été largement explorée dans la maladie de modèles animaux et de blessures avec différents degrés de succès 15. Technologies de cellules souches pluripotentes induites utilisant des sources de cellules somatiques offrent un autre moyen potentiel pour produire des thérapies à base de cellules thérapeutiquement utiles pour un large éventail d'applications, en surmontant la disponibilité limitée et des préoccupations éthiques concernant l'utilisation des cellules embryonnaires et les tissus fœtaux 16. Cependant, la traduction clinique de ces résultats s'est avéré être une tâche difficile, comme l'a démontré dans les luttes de traitement de divers troubles neurologiques avec thérapeutiques à base SC approches 17,18, ainsi que d'un chemin tortueux à l'autorisation réglementaire. Comme une approche alternative, l'introduction de traitements pharmacologiques spécifiques peut moduler le nombre de CSN et de faciliter la récupération dans les modèles de la maladie de Parkinson et les AVC 19. Quelle que soit la stratégie pourrait être, de comprendre comment manipuler efficacement ces cellulesexige un système in vitro accessible.

Cultures du CNS peuvent être réalisés soit sous forme de cultures globales, aussi appelées neurosphères, ou comme une monocouche 8,20. Les deux techniques ont été largement utilisés, ce qui permet l'établissement de conditions de culture définies, à savoir l'utilisation de facteur de croissance épidermique (EGF) ou le facteur de croissance basique des fibroblastes (bFGF) en tant que source de mitogène, qui assurent l'expansion de précurseurs multipotentes. Bien que les cultures de neurosphères peuvent être mieux adaptés à l'étude de la capacité de propagation clonale d'un type de cellule isolée, le système a été montré pour produire une population mixte de cellules lors de la détente 21. En outre, la structure fermée de neurosphères rend la manipulation pharmacologique des cellules peu pratique, et l'interprétation de l'influence de ces facteurs peuvent avoir pourrait être confondue en raison du microenvironnement établi dans la neurosphère lui-même. Des cultures monocouches, d'autre part, peuvent êtreutilisé dans les écrans à haut débit de banques de petites molécules, en fournissant un outil puissant pour explorer les mécanismes de transduction du signal qui régulent la croissance et la différenciation SC et ouvre la possibilité de découvrir de nouveaux composés qui ciblent spécifiquement cette population de cellules.

En conséquence, la capacité de générer de manière reproductible des cultures de NNC adultes provenant de différentes régions d'intérêt dans le cerveau peut être utilisée dans un large éventail d'applications de recherche, allant d'études sur le développement du système nerveux central (SNC) à explorer de nouvelles approches de la médecine régénérative . Le protocole présenté ici montre comment disséquer et évaluer le potentiel de différenciation de SNC Centres isolés du cerveau de rongeur adulte.

Protocol

Le travail adhère à la Déclaration de Helsinski et l'état des animaux ARVO. Les animaux ont été utilisés pour la collecte des tissus et toutes les méthodes pertinentes ont été suivies selon les instructions de l'animalerie de l'Université de Dresde. Les animaux ont été manipulés et logés selon les lignes directrices fédérales allemandes pour l'utilisation et l'entretien des animaux de laboratoire, et l'étude a été approuvé par le Landesdirektion Dresde. S'il vous plaît c…

Representative Results

L'identification de la région d'intérêt à partir de laquelle la récolte de cellules souches neurales est la première étape critique et définir la quantité de temps qu'il faut pour obtenir une plaque de cellules confluentes. Par exemple, la SVZ est une région neurogène classique et a une proportion relativement plus élevée de cellules souches neurales donc. Cependant, la technique présentée ici peut être utilisé avec d'autres régions pas souvent reconnus comme ayant un potentiel neurogè…

Discussion

Un grand nombre des étapes critiques de l'isolement, de l'expansion et la différenciation des cellules souches neuronales du cerveau adulte sont partagées en commun par des techniques de culture tissulaire standard. L'objectif de garder à l'esprit est que les CNS isolés du cerveau adulte devrait maintenir le plus grand nombre de leurs caractéristiques in vivo que possible (Figure 2J). Souvent un équilibre entre la prudence nécessaire et la vitesse appropriée doit être …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été financé (en partie) par le Helmholtz Alliance ICEMED – imagerie et le traitement des maladies métaboliques de l'environnement, à travers le Fonds de l'Initiative et le Réseau de l'Association Helmholtz, une subvention de la Fondation Else Kroener-Fresenius, et une subvention de la Deutsche Forschungsgemeinschaft ( SFB 655: Les cellules dans les tissus).

Materials

6-well tissue culture dishes BD Biosciences 353934
Poly-L-ornithine Sigma-Aldrich P-3655

5 mg/ml stock solution prepared in double distilled water (Stable for several months at -20 °C).

Working concentration 0.5 mg/ml in water (Stable for 1 month at 4 °C).

Fibronectin R&D Systems 1030-Fn Do not agitate stock solution
Filtration Apparatus Corning Life Sciences 430769
DMEM/F-12 Mediatech 10-090-CV See note below for complete N2 media preparation
Apo-transferrin Sigma-Aldrich T-2036
Insulin Sigma-Aldrich I-0516
Putrescine Sigma-Aldrich P-5780 1 M stock solution in ddH2O (Stable at 20 °C for 6 months)
Sodium Selenite Sigma-Aldrich S-5261 500 µM stock solution in ddH2O (Stable at -20 °C for 6 months)
Progesterone Sigma-Aldrich P-8783 100 µM stock solution in ethanol (Stable at -20°C for 6 months)
Penicillin/Streptomycin Invitrogen 15140-122
Phosphate Buffered Saline Mediatech 21-040-CV
Basic Fibroblast Growth Factor (bFGF) R&D Systems 233-FB Working concentration 20 ng/ml 
Delta4 (Dll4) R&D Systems 1389-D4 Working concentration  500 ng/ml
Angiopoetin 2 (Ang2) R&D Systems 623-AN Working concentration  500 ng/ml
JAK Inhibitor Calbiochem 420099 Working concentration 200 nM 
Bovine Serum Albumin Sigma-Aldrich A-2058
15- and 50-ml Conical tubes Corning Life Sciences 430053, 430829
Other necessary items include: General dissection instruments, including razor blade and forceps, Adult rat (3-6 months old; Sprague-Dawley or Long Evans), CO2 intoxication chamber, Laminar flow hood for cell culture and incubator Incubator (humidified, 37 °C, 5% CO2, 5% O2). Note: For complete N2 media preparation, to one bottle of DMEM/F-12 (500 ml) add 0.05 g of apotransferin, 0.0125 g of insulin (freshly predissolved in 1 ml of 10 mM NaOH), 50 μl of putrescine, 30 μl of sodium selenite, 100 μl of progesterone stocks, and 5 ml of penicillin/streptomycin solution.  Adjust pH to 7.2, if needed. Filter-sterilize and store at 4 °C for up to 3 weeks and protect from light.
[header]
Immunofluorescence Reagents Table
Paraformaldehyde Electron Microscopy Sciences 15719
Normal Donkey Serum (NDS) Sigma-Aldrich D-9663
Triton X-100 Sigma-Aldrich T-8787
4,6-Diamidino-2-phenylindole (DAPI) Sigma-Aldrich D-8417 5 mg/ml stock solution in methanol
[header]
Primary Antibody Table
Nestin Chemicon MAB353

Dilution Factor: 1:400

Species: Mouse IgG1

Hes3 Santa Cruz sc-25393

Dilution Factor: 1:100

Species: Rabbit IgG

Sox2 R&D Systems MAB2018 

Dilution Factor: 1:100

Species: Mouse IgG2a

CNPase Chemicon MAB326

Dilution Factor: 1:200

Species: Mouse IgG1

β-tubulin III (TUJ1) R&D Systems MAB1195

Dilution Factor: 1:500

Species: Mouse IgG2a

Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) Dako North America Z0334

Dilution Factor 1:500

Species: Rabbit

[header]
Secondary Antibody Table
Alexa   568 Invitrogen A-21124

Dilution Factor: 1:200

Species: Goat anti Mouse IgG1

Alexa 488 Invitrogen A-21131

Dilution Factor: 1:200

Species: Goat anti Mouse IgG2a

Cy5 Jackson ImmunoResearch 59883

Dilution Factor: 1:200

Species: Goat anti Rabbit

Referências

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Citar este artigo
Poser, S. W., Androutsellis-Theotokis, A. Growing Neural Stem Cells from Conventional and Nonconventional Regions of the Adult Rodent Brain. J. Vis. Exp. (81), e50880, doi:10.3791/50880 (2013).

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