Il metodo di "mungitura del cervello" per l'isolamento di cellule staminali neurali e cellule progenitrici di oligodendrociti da ratti vivi
Summary
Un metodo per l’isolamento di cellule staminali neurali e cellule progenitrici di oligodendrociti dal cervello di ratti vivi è presentato qui in dettaglio sperimentale. Permette di raccogliere più cellule dagli stessi animali senza comprometterne il benessere.
Abstract
Le cellule staminali neurali tessuto-specifiche (NSC) rimangono attive nel cervello postnatale dei mammiferi. Risiedono in nicchie specializzate, dove generano nuovi neuroni e glia. Una di queste nicchie è la zona subependimale (SEZ; chiamata anche zona ventricolare-subventricolare), che si trova lungo le pareti laterali dei ventricoli laterali, adiacente allo strato cellulare ependimale. Le cellule progenitrici degli oligodendrociti (OPC) sono abbondantemente distribuite in tutto il sistema nervoso centrale, costituendo un pool di cellule progenitrici proliferative che possono generare oligodendrociti.
Sia le NSC che le OPC mostrano un potenziale di auto-rinnovamento e cicli di quiescenza/attivazione. A causa della loro posizione, l’isolamento e l’indagine sperimentale di queste cellule viene eseguita post mortem. Qui descriviamo in dettaglio la “mungitura cerebrale”, un metodo per l’isolamento di NSC e OPC, tra le altre cellule, da animali vivi. Si tratta di un protocollo in due fasi progettato per l’uso nei roditori e testato nei ratti. In primo luogo, le cellule vengono “rilasciate” dal tessuto tramite iniezione intracerebroventricolare stereotassica (i.c.v.) di un “cocktail di rilascio”. I componenti principali sono la neuraminidasi, che prende di mira le cellule ependimali e induce la denudazione della parete ventricolare, un anticorpo bloccante l’integrina-β1 e il fattore di crescita dei fibroblasti-2. In una seconda fase di “raccolta” vengono eseguite biopsie liquide di liquido cerebrospinale dalla cisterna magna, in ratti anestetizzati senza necessità di incisione.
I risultati qui presentati mostrano che le cellule isolate mantengono il loro profilo endogeno e che le NSC della ZES conservano la loro quiescenza. La denudazione dello strato ependimale è limitata al livello anatomico dell’iniezione e il protocollo (rilascio e raccolta) è ben tollerato dagli animali. Questo nuovo approccio apre la strada all’esecuzione di studi longitudinali sulla neurogenesi endogena e sulla gliogenesi negli animali da esperimento.
Introduction
Le cellule staminali tessuto-specifiche sono cellule parzialmente impegnate che possono dare origine a tutte le popolazioni cellulari che costituiscono i rispettivi tessuti. Oltre ad essere multipotenti, sono cellule che si autorinnovano e sono fondamentali per mantenere l’omeostasi e la capacità rigenerativa dei tessuti1. Alcune cellule staminali tessuto-specifiche rimangono in uno stato attivo e fortemente proliferativo, come le cellule staminali intestinali o ematopoietiche. Altri, come le cellule staminali cerebrali, rimangono in gran parte quiescenti o dormienti2. Nel cervello adulto, le cellule staminali neurali (NSC) possono essere trovate in aree specializzate, spesso chiamate nicchie. Due di queste aree ben descritte esistono nella zona subependimale (SEZ) dei ventricoli laterali e nel giro dentato dell’ippocampo. La nicchia SEZ genera il maggior numero di cellule, principalmente neuroblasti che migrano verso i bulbi olfattivi e contribuiscono alla popolazione interneuronale locale; al contrario, gli oligodendroblasti generati migrano verso l’adiacente corpo calloso (CC)3. Le cellule progenitrici degli oligodendrociti (OPC) sono cellule mitoticamente attive, ampiamente distribuite in tutto il sistema nervoso centrale, che: i) sono impegnate nella linea oligodendrogliale, ii) possono migrare verso i siti di demielinizzazione e iii) possono differenziarsi in oligodendrociti mielinizzanti. Gli OPC mostrano anche un potenziale di auto-rinnovamento e di quiescenza4.
Fino ad ora, l’isolamento e lo studio di NSC e OPC richiedevano la dissociazione post mortem del cervello sezionato e del tessuto del midollo spinale. Per aggirare questa limitazione sperimentale, abbiamo stabilito un metodo che consente, per la prima volta, l’isolamento di NSC e OPC cerebrali da animali vivi. Chiamiamo questo metodo “mungitura”, perché consente più raccolte di cellule poiché i loro pool non sono esauriti. Il protocollo è stato sviluppato nei ratti, a causa delle loro grandi dimensioni cerebrali, prendendo di mira principalmente la ZES, o CC, e comprende due passaggi principali. In primo luogo, le NSC o OPC vengono “rimosse” dal tessuto tramite iniezione endovenosa di un “cocktail di rilascio” contenente neuraminidasi, una tossina che induce la denudazione della parete ventricolare, un anticorpo bloccante l’integrina-β1 e il fattore di crescita dei fibroblasti 2 (FGF2). Il cocktail viene iniettato stereotassicamente bilateralmente all’interno dei ventricoli laterali. Se l’uso previsto è l’isolamento delle NSC, vengono prese di mira le aree rostrali dei ventricoli laterali. Se l’obiettivo è quello di isolare gli OPC in modo più puro, il cocktail viene iniettato caudalmente nell’area della fimbria dell’ippocampo. In una seconda fase di “raccolta”, vengono eseguite biopsie liquide di liquido cerebrospinale (CSF) dalla cisterna magna di ratti anestetizzati senza la necessità di un’incisione. La biopsia liquida viene miscelata con il terreno di coltura NSC e può essere mantenuta a 4 °C fino alla placcatura.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le cellule staminali e progenitrici sono relativamente scarse nel tessuto cerebrale dei mammiferi. Inoltre, le NSC sono localizzate in aree inaccessibili per biopsie facili e sicure (pareti ventricolari, ippocampo). Pertanto, l’unico modo per lavorare sperimentalmente con tali cellule, finora, è stato il loro isolamento post mortem. Un metodo che consente la raccolta singola o ripetuta di NSC e OPC da ratti vivi, chiamato mungitura, è descritto qui passo dopo passo. Il metodo si basa su due caratteristiche chiave: i) l…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione di Action Medical Research (UK) (GN2291) a R.J.M.F. e I.K. Il lavoro di ricerca è stato anche in parte sostenuto (costi animali e sostegno a D.D) dalla Fondazione ellenica per la ricerca e l’innovazione (H.F.R.I.) nell’ambito del “Primo bando per progetti di ricerca H.F.R.I. a sostegno dei membri della facoltà e dei ricercatori e l’approvvigionamento di sovvenzioni per attrezzature di ricerca ad alto costo” (numero di progetto: 3395).
Materials
| Release cocktail | |||
| β1-integrin-blocking antibody | BD Biosciences | #555002 | purified NA/LE Hamster Anti-Rat CD29 Clone Ha2/5, 1 mg/mL. Any abntibody with blocking activity should be appropriate. |
| Neuraminidase from Clostridium perfringens (Clostridium welchii) | Sigma-Aldrich | #N2876 | Neuraminidases fromother sources (e.g., from Vibrio cholerae) have not been tested. |
| Recombinant Human FGF-basic (154 a.a.) | Peprotech | #100-18B | kept as a 1 μg/μL stock, diluted in sterile water at -20 °C |
| Surgical procedures | |||
| 10 µL Syringe | Hamilton | #80330 | Model 701 RN, Small Removable Needle, 26s gauge, 2 in., point style 2 |
| BD Micro-fine 1 mL insulin syringes | BD biosciences | 04085-00 | 29 G x 12.7 mm |
| BETADINE CUT.SOL 10% FLx30ML | LAVIPHARM-CASTALIA | SKU: 5201048131168 | |
| Bupaq | RICHTERPHARMA | 1021854AF | 10 mL (buprenophine 0.3 mg/mL) |
| Digital New Standard Stereotaxic, Rat and Mouse | Stoelting | 51500D | |
| Homeothermic Monitoring System | Harvard Apparatus | 55-7020 | |
| ISOFLURIN 1,000 mg/g inhalation vapour, liquid | Vetpharma Animal Health | 32509/4031 | |
| Ketamidor | RICHTER PHARMA | SKU: 9004114002531 | Ketamine 100 mg/mL |
| Nylon suture, Ethilon | Ethicon | D9635 | Clear , size 5-0 |
| Rechargeable Cordless Surgical Trimmers | Stoelting | Item:51472 | |
| Scalpel blades, sterile | Swann Morton | AW050 | |
| Scopettes Jr. 8-inch Swabs | Birchwood Laboratories | 34-7021-12P | |
| Stereotaxic High Speed Drill | Foredom | 1474w/o1464 | |
| Stoelting’s Stereotaxic Instrument Kit | Stoelting | Item: 52189 | |
| Xylan 2% | Chanelle Pharmaceuticals | 13764/03/19-5-2004 | Xylazine, 25 mL |
| Tissue and cells handling and immunostainings | |||
| 96-well plates appropriate for microscopy | Greiner | #655866 | Screen star microplate |
| B27 supplement | ThermoFisher Scientific | A1486701 | |
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Merck | P06-1391100 | Fraction V, heat shock |
| Citrate | Merck | 71497 | Sodium citrate monobasic |
| Cryostat | Leica | CM1510S | |
| DAPI | Merck, Calbiochem | 28718-90-3 | Nuclear staining, Dilution: 1/1,000 |
| DMEM | ThermoFisher Scientific | 11995065 | High glucose, pyruvate |
| donkey anti-goat | Biotium | 20016 or 20106 or 20048 | Dilution: 1/1,000 |
| donkey anti-mouse | Biotium | 20014 or 20105 or 20046 | Dilution: 1/1,000 |
| donkey anti-rabbit | Biotium | 20015 or 20098 or 20047 | Dilution: 1/1,000 |
| EGF | Peprotech | 315-09 | |
| FGF-2 (or bFGF) | Peprotech | 100-18B | |
| goat anti-GFAP | Abcam | ab53554 | Dilution: 1/500 |
| goat anti-SOX2 | Santa Cruz Biotecnology | sc-17320 | Dilution: 1/200 |
| mouse anti-ID3 | Santa Cruz Biotecnology | sc-56712 | Dilution: 1/200 |
| mouse anti-S100β | Sigma | S2532 | Dilution: 1/200 |
| Mowiol | Merck, Calbiochem | 475904 | Mounting medium |
| N2 supplement | ThermoFisher Scientific | 17502048 | |
| Parafolmadehyde | Merck | 158127 | |
| Poly-D-Lysine | Merck, Millipore | A-003-E | Solution, 1.0 mg/mL |
| rabbit anti-Doublecortin (DCX) | Abcam | ab18723 | Dilution: 1/500 |
| rabbit anti-PDGFRα | Abcam | ab51875 | Dilution: 1/200 |
| rabbit anti-β- catenin | Abcam | ab16051 | Dilution: 1/500 |
| Triton X-100 | Merck | X100 | |
| Microscopy and image analysis | |||
| Confocal microscope | Leica | SP6 and SP8 | |
| Image analysis | NIH, USA | ImageJ | |
| Image analysis | Leica | LasX |
References
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