Aquí se describe un protocolo detallado para la generación simultánea de cultivos de células precursoras neurales, ya sea como monocapas o neuroesferas adherentes, de la zona subventricular y giro dentado de ratones adultos individuales.
El ensayo de neuroesferas y el sistema de cultivo en monocapa adherente son herramientas valiosas para determinar el potencial (la proliferación o diferenciación) de las células madre neurales adultas in vitro. Estos ensayos se pueden usar para comparar el potencial de precursor de células aisladas de diferentes genéticamente o tratados diferencialmente animales para determinar los efectos de los factores exógenos sobre la proliferación de células precursoras neurales y diferenciación y para generar líneas de células neuronales precursoras que pueden ensayarse más de pasajes continuos. El ensayo de neuroesfera se utiliza tradicionalmente para la identificación post-hoc de las células madre, principalmente debido a la falta de marcadores definitivos con la que pueden ser aisladas a partir de tejido primario y tiene la gran ventaja de dar una estimación rápida de los números de células precursoras en el tejido cerebral derivados de animales individuales. Cultivos monocapa adherentes, en cambio, no se utilizan tradicionalmente para comparar la proliferación entre animales individuales, Como cada cultivo se inicia generalmente a partir del tejido combinado de entre 5-8 animales. Sin embargo, tienen la importante ventaja de que, a diferencia de neuroesferas, que consisten en una población en su mayoría homogénea de células precursoras y son útiles para seguir el proceso de diferenciación en células individuales. Aquí se describe, en detalle, la generación de los cultivos de neuroesferas y, por primera vez, cultivos adherentes de animales individuales. Esto tiene muchas implicaciones importantes, incluyendo el análisis pareado de la proliferación y / o diferenciación potencial tanto en la zona subventricular (SVZ) y giro dentado (DG) de líneas de ratones tratados o genéticamente diferentes, así como una reducción significativa en el uso de animales.
El ensayo neuroesfera 1,2 y el cultivo en monocapa adherente 3,4, desarrollados a principios de 1990, siguen siendo el estándar de oro en los ensayos de células madre neurales in vitro. En estos ensayos, tejido primario se micro disecado de una región particular del cerebro, disocia en una única suspensión de células y se cultivaron en presencia de mitógenos el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y factor de crecimiento de fibroblastos-2 (FGF2) para formar ya sea de libre flotación clusters (neuroesferas) o monocapas adherentes. Ambos sistemas tienen una serie de ventajas y desventajas y la consideración cuidadosa se debe dar a la cuestión que ha de abordarse antes de que se elija uno u otro sistema.
Neuroesferas permiten una fácil lectura de las diferencias en el número de células precursoras y potencial. Además, neuroesferas también son una herramienta útil para estudiar la especificación intrínseca de las células cuando se extraen de su ambiente externo normal. Extrínsecasic señales pueden ser estudiados por la simple adición del factor de interés para el medio de crecimiento y cuantificar el número y tamaño de las neuroesferas generadas. El principal inconveniente de neuroesferas sin embargo, es que forman su propio nicho, con las células en el centro de las neuroesferas (particularmente grandes neuroesferas) siendo más diferenciado que los de la superficie 5. Neuroesferas contienen una mezcla de células madre, los progenitores comprometidos, y células diferenciadas y las interacciones célula-célula dentro de las neuroesferas contrarrestar el mantenimiento de las células madre. Esta es la razón por neuroesferas contienen sólo un pequeño número de células madre verdaderos 6-8.
Cultivos monocapa adherentes también proporcionan un buen sistema in vitro para modelar en la proliferación in vivo. Cultivos adherentes, en el que las células se mantienen más aislados y homogéneos, pueden eliminar el carácter heterogéneo de la neuroesfera. Bajo estas condiciones de crecimiento de las células precursoras proliferan rapiDivino y casi todas las células se están dividiendo y expresan los marcadores precursoras neurales característicos Nestin, Sox2 y BLBP. La principal desventaja del sistema de cultivo monocapa en comparación con el ensayo de neuroesferas es que los clones derivados de precursores individuales no pueden ser controlados y cuantificados.
Un inconveniente de la mayoría de los protocolos para ambos tipos de cultivos ha sido la necesidad de utilizar un número relativamente grande de animales, debido a que el rendimiento de las estrategias de aislamiento a menudo ha sido pobre. Al mismo tiempo, se ha hecho evidente que la neurogénesis adulta contribuye a la individualización del cerebro 9, lo que resulta en la necesidad de modelos individualizados ex vivo también. Estas necesidades pueden ser satisfechas por los protocolos de "un ratón de un solo cultivo", tal como se describe en el presente informe.
El siguiente protocolo visual describe la generación simultánea de culturas precursoras neurales tanto de la ZVS y la DG de animales individuales, ya sea m como adherenteonolayers o como neuroesferas. La generación de las culturas de los animales individuales es particularmente útil cuando se requieren comparaciones entre animales tratados individualmente o varios transgénico individuo o ratones de tipo salvaje. Este protocolo incluye instrucciones detalladas para la microdisección simultánea de las regiones ZVS y la DG de ratones adultos, su disociación en una suspensión de células, cultivo in vitro, ya sea como cultivos monocapa adherentes o neuroesferas y análisis de pluripotencialidad y potencial a largo plazo, los dos cardinal propiedades de una célula madre de buena hueso.
Este artículo presenta un protocolo detallado para la iniciación de las culturas precursoras neurales, tanto como monocapas adherentes y neuroesferas, desde las dos principales regiones neurogénicos del cerebro del ratón adulto. Hay una serie de puntos importantes que se deben tener en cuenta a la hora de intentar cualquiera de estos sistemas de cultivo in vitro en. En primer lugar, la elección del método de disociación es muy importante y es dependiente de tejido. En nuestras manos, 0,05% de tripsina-EDTA es muy eficaz para la disociación de tejido ZVS, y resulta en un mayor número de neuroesferas que cuando se utiliza una técnica de disociación basada en la papaína. Para la disociación del tejido DG sin embargo, se recomienda encarecidamente un enfoque basado en la disociación papaína. Al comparar directamente los dos métodos de disociación en el tejido DG, se observó un rendimiento significativamente menor de células viables y aproximadamente 10 veces menos neuroesferas utilizando tripsina. Esta diferencia en la disociación podría ser debido a la diferencia en el tejido COMPOSICIOn entre las dos regiones. El tejido compacto de la DG está rodeado por un extenso neuropil y grandes daños de los procesos celulares puede ocurrir durante la disociación.
Un segundo punto importante a destacar es que, mientras que el ensayo neuroesfera puede ser útil para hacer declaraciones cuantitativos sobre el número de células precursoras presentes en una muestra de tejido dado, cierta precaución debe, sin embargo, ser empleado en la interpretación de estas cifras absolutas. Fusión de neuroesferas puede ser un factor de confusión importante. Varios estudios han demostrado que las neuronas son muy móviles y se pueden fundir, incluso bajo qué condiciones son supuestamente 'clonales' 7,19. La frecuencia de neuroesferas resultante puede ser muy dependiente de factores, incluyendo los componentes del medio, el procedimiento de disección y el proceso de disociación. Incluso entre los manipuladores experimentados alguna variación en el número de neuroesferas generadas a partir de muestras supuestamente idénticos es evidente (ver Figura 1A.) Más útil, es una comparación directa de la frecuencia de precursores entre dos muestras dadas (es decir, control vs tratada o de tipo salvaje vs ronda) manipulados por la misma persona dentro de un solo experimento, en lugar de una declaración cuantitativa del total número de células precursoras.
Al decidir cuál de los dos métodos de cultivo es el más adecuado para un experimento particular, es importante tener en cuenta que estos dos sistemas de cultivo difieren en la homogeneidad de los tipos de células generadas. En comparación con la proliferación de cultivos de células adherentes, que muestran una piscina célula precursora bastante homogénea (~ 98% de las células son Sox2 +) 20, neuroesferas son más heterogéneas y contienen, así como la proliferación de células precursoras, las neuronas diferenciadas, y astrocitos 21,22. Es importante que las neuroesferas no se cultivan durante largos períodos de tiempo entre pasajes como el más grande de la neuroesfera convertido en el más probable es encontrar tipos de células diferenciadas en su núcleo.
Tradicionalmente Iniciamos monocapa culturas precursoras neurales adherentes del tejido DG de entre 5-8 ratones. Por lo tanto, cuando se trata de establecer los cultivos en monocapa adherentes de la DG o SVZ de un solo ratón, el mayor cuidado debe ser tomado durante el procedimiento de disociación de tejidos con el fin de evitar la excesiva muerte celular causada por más de trituración del tejido, o tomar extendió períodos de tiempo entre la disección y etapas de cultivo finales. Este protocolo describe, por primera vez, la generación de cultivos monocapa adherentes precursores tanto de la SVZ y la DG de animales individuales. Hay muchos casos en que la comparación de la proliferación y diferenciación de precursores necesita ser hecho en una sola base animal. Estas incluyen la habilidad para comparar directamente la DG y SVZ de los animales individuales utilizando estadísticas pareadas y para vincular los datos de cultivo con datos conductuales o fisiológicas individuales 9. Culturas individuales animales también albajo el uso de animales raros transgénicos, en los que no es posible una reserva de 8.5 donantes por la cultura de coincidencia de edad, así como los animales únicos (por ejemplo, cruces F2 o animales criados fuera) para estudios de asociación genética.
The authors have nothing to disclose.
TLW fue apoyado por una Marie Curie Fellowship Internacional entrante. Este trabajo también se financió con fondos institucionales básicos, Bundesministerium für Bildung y Forschung (BMBF) de financiación y en parte con el apoyo de la prioridad del Programa de Investigación (SFB) 655 a GK. Los autores desean agradecer a Anne Karasinsky para el cuidado y mantenimiento de todos los animales utilizados en este estudio y Odette Leiter, Susann Ruhwald, Fanny Boehme, y Richard Wetzel para el cultivo celular y la asistencia de microscopía.
CONSUMABLES | |||
poly-D-lysine | Sigma | P7280-5MG | |
laminin | Roche | 11243217001 | |
glass pastuer pipettes | Volac | BS5732 | |
DMEM:F12 (1:1) 1X | Life Technologies | 21331-020 | |
Neural Basal Medium (1X) | Life Technologies | 21103-049 | |
B27 supplements (50X) | Life Technologies | 17504-044 | |
Glutamax | Life Technologies | 35050-038 | |
Heparain | Sigma | H3393 | |
Penacillin/Streptomycin | Life Technologies | 15140-122 | |
EGF | PeproTech | AF-100-15 | |
bFGF | PeproTech | 100-18B | |
0.05% trypsin-EDTA | Life Technologies | 25300-054 | |
trypsin inhibitor | Sigma | T6522 | |
DNaseI | Roche | 10104159001 | |
Accutase | PAA | L11-007 | |
Papain | Worthington | LS003120 | |
Dispase | Life Technologies | 17105-041 | |
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-02 | |
HBSS (with Calcium & Magnesium) | Life Technologies | 14025-050 | |
Glucose | Roth | X997.2 | |
HEPES | Sigma | H3375-500G | |
NaHCO3 | Merck | K39347429847 | |
1mL syringes | Braun | 2016-10 | |
27 Gauge needles | Braun | 4657705 | |
scalpels (#22 disposable) | Braun | BA222 | |
Dumont #7 forceps | FST | 11271-30 | |
Dumont 5/45 forceps | FST | 11251-35 | |
scissors | FST | 14060-10 | |
Iris spatula | FST | 10093-13 | |
70% ethanol | |||
PBS | Life Technologies | 14040-091 | |
flasks/well plates | TPP | 92696 | |
PFA (4%) | Sigma | P6148 | |
hemocytometer | Marienfeld | 650010 | |
trypan blue (0.4%) | Sigma | T8154 | |
NDS | Millipore | 530 | |
TritonX-100 | Sigma | T9284 | |
mouse monoclonal bIII-tubulin antibody | Promega | G712A | |
rabbit polyclonal glial fibrillary acidic protein antibody | Dako | 20334 | |
O4 | R & D systems | MAB1326 | |
Map2a+b | Sigma | M1406 | |
donkey anti-mouse Cy3 antibody | Jackson ImmunoResearch | 715-505-151 | |
donkey anti-rabbit Alexa488 | Dianova | 711-545-152 | |
4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Invitrogen | 861405 | |
Aqua Polymount | Polysciences Inc | 18606 | |
10 ml Combi tips | eppendorf | 30089677 | |
plastic 10ml and 25mL serological pipettes | Corning | 4488/4489 | |
EQUIPMENT | |||
Pipetboy | Integra biosciences | 521942 | |
multidoser pipette | eppendorf | ||
37C waterbath | |||
dissecting microscope | |||
37C:5%Co2 incubator | |||
centrifuge | eppendorf | 5810R |