Этот протокол описывает метод сортировки клеток для очистки и культуры флуоресцентных ГАМК-нейронов из неокортекса и гиппокампа послеродовых мышей или крыс.
Общая цель этого протокола заключается в генерации очищенных нейронных культур, полученных либо из ГАМК или глутаматергических нейронов. Очищенные нейроны могут быть культивированы в определенных средствах массовой информации в течение 16 дней в пробирке и поддаются любым анализам, обычно проводимым на разрозненных культурах, включая электрофизиологические, морфологические и анализы выживания. Основным преимуществом этих культур является то, что конкретные типы клеток могут быть выборочно изучены в отсутствие сложных внешних воздействий, таких как те, которые возникали из глиальных клеток или других типов нейронов. При планировании экспериментов с очищенными клетками, однако, важно отметить, что нейроны сильно зависят от глии кондиционированных средств для их роста и выживания. Кроме того, глутаматергические нейроны также зависят от глиа-секретных факторов для установления синаптической передачи. Поэтому мы также описываем метод совместного культивирования нейронов и глиальных клеток в бесконтактной договоренности. Используя эти методы, мы выявили основные различия между развитием ГАМК и глутаатергических нейронных сетей. Таким образом, изучение культур очищенных нейронов имеет большой потенциал для дальнейшего нашего понимания того, как развивается и функционирует нервная система. Кроме того, очищенные культуры могут быть полезны для исследования прямого действия фармакологических агентов, факторов роста или для изучения последствий генетических манипуляций на конкретные типы клеток. По мере того как все больше и больше трансгенных животных становятся доступными, маркировка дополнительных конкретных типов клеток интерес, мы ожидаем, что протоколы, описанные здесь будет расти в их применимости и потенциал.
Сортировка клеток является мощным инструментом для изоляции живых клеток, представляющих интерес, от разнородной смеси клеток. Клетки могут быть отсортированы на основе размера и формы критериев, а также выражение флуоресцентных маркеров1,2. Часто флюорофор-конъюгированные антитела используются для обозначения различныхтипов клеток, ориентируясь на клеточные поверхностные антигены 3,4. Кроме того, трансгенных животных или вирусных систем доставки были разработаны, чтобы выразить флюорофоры под клеток конкретных промоутеров5,6. Исторически разработка трансгенных инструментов и животных была дорогостоящей и трудоемкой. В последнее время сокращение расходов и сокращение технических трудностей привели к резкому увеличению числа имеющихся репортерских линий. По мере того как наличие трансгенных инструментов и животных репортера продолжает сядете, также должно быть полезность и применимость флуоресцентных методов сортировки клеток.
Недавно мы показали, что сортировка клеток от трансгенных животных может быть регулярно применяется для очистки первичных нейронов в рамках подготовки к клеточной культуре7. Путем сортировки клеток от крыс или мышей, мы смогли изолировать и культуры флуоресцентных нейронов, которые выражают флуоресцентные белки репортера конкретно либо ГАМК или глутамерных нейронов6,8,9. Изучая эти очищенные нейронные культуры, мы смогли определить важную разницу в том, как ГАМК и глутамергические нейроны зависят от глиа-секретных факторов для создания синаптической передачи7. Кроме того, путем совместного культивирования скользящих клеток с очищенными нейронами, мы смогли расширить на предыдущих наблюдений, демонстрирующих важную роль, что глиальные клетки играют в росте и выживании нейронов10,11. Таким образом, благодаря сочетанию клеточной сортировки и клеточной культуры, мы смогли изучить не только развитие конкретных типов нейронов в изоляции, но и сследовать влияние глиальных клеток на их функцию.
Мы представляем здесь протокол для очистки и культуры ГАМК и глутамергических нейронов из коры и гиппокампа трансгенных мышей или крыс. Мы также представляем метод бесконтактной кокультуры очищенных нейронов и глиальных клеток, адаптированный из Geissler et al.12. Для того, чтобы генерировать очищенные ГАМК-культуры, мы отсортировали флуоресцентные нейроны из VGAT-Venus-A Wistar крыс8 или VGAT-Venus мышей13, которые избирательно выразить расширенный желтый вариант флуоресцентного белка (Венера) в корковых ГАМК нейронов. Для генерации очищенных глутамерных культур мы отсортировали флуоресцентные нейроны из NexCre; Ai9 мышей6,9, которые выражают tdTomato в корковых глутамерных нейронов. Вся процедура сортировки и культуры может быть выполнена в течение 3-4 ч и может быть использована для создания сотен повторяющих культур, пригодных для электрофизиологического, морфологического и анализа выживаемости клеток. Метод прост, воспроизводим и может производить очищенные нейронные культуры, которые превышают 97% чистой для клеточного типа интереса.
Мы описываем здесь метод, который сочетает в себе сортировку и культивирование первичных нейронов для генерации очищенных нейрональных клеточных культур. Этот метод занимает около 1 ч больше, чем типичный первичный отдельный протокол нейронной культуры, но позволяет для генерации сотен репликационных культур, содержащих конкретные типы нейронов. Очищенные нейроны, которые могут быть выращены в изоляции, по крайней мере 16 дней, продлить аксоны и дендриты и может огонь повторяющихся поездов действия потенциалов(Рисунок 2 и Рисунок 3). Важно отметить, что эти клетки поддаются тем же экспериментальным анализам, что и регулярные первичные разрозненные нейронные культуры, включая электрофизиологические, морфологические и анализы на выживание. Основным преимуществом работы с этими очищенными культурами является то, что развитие конкретных типов клеток может быть изучено изолированно. Для поддержки развития очищенных культур мы также представляем протокол для совместного культивирования очищенных нейронов с глиальными клетками. Как показано ранее, совместное культивирование очищенных нейронов с глиальными клетками улучшает их выживание, рост и может способствовать формированию сети7 (Рисунок 4). Таким образом, мы представляем здесь сочетание методов, которые должны способствовать изучению взаимодействия глиа-нейронов и может оказаться полезным для изучения развития и взаимодействия между другими типами клеток интересов.
Исследования культур очищенных глутамерных нейронов выявили фундаментальное понимание того, как глиальные клетки выделяют факторы, способствующие развитию нейронных сетей и образованию синапсов16,17,18 . В целом, методы очистки конкретных типов нейронов были более успешно применены для изучения развития глутаматергических нейронов, а не ГАМК., нейронов. Это привело к несоответствию в нашем понимании того, как развиваются эти два типа клеток. Учитывая, что ГАМК и глутамергических нейронов значительно отличаются с точки зрения их анатомии, физиологии и развития происхождения, очень важно, что мы изучаем ГАМК нейронов в их собственном праве, чтобы лучше понять их функции и физиологии. Используя протокол, представленный здесь, мы ранее определили важные различия в том, как ГАМК и глутамергические нейроны зависят от глиа-секретных факторов для создания синаптической передачи7. Публикуя этот протокол, мы надеемся, что другие смогут глубже понять важные взаимодействия между нейронами и глиальными клетками.
В этом протоколе мы описываем метод сортировки клеток на основе потока, который мы использовали для очистки ГАМК или глутаметатергических нейронов от различных трансгенных линий грызунов. Венера положительные ГАМК нейроны были отсортированы из VGAT Венера мышей13 или крыс8 и TdTomato положительные глутамергические нейроны были отсортированы из NexCre; Ai9 мышей (выведенные первоначально от NexCre9 и Ai9 репортер линии6, см. Turko et al., 20187). В последние годы, благодаря технологическим достижениям, производство трансгенных животных стало значительно проще. Таким образом, доступность животных, выражающих флуоресцентные молекулы, во многих различных типах клеток, быстро росла. Это, в свою очередь, увеличило использование и применимость флуоресцентной активированной сортировки клеток. В то время как альтернативные методы изоляции клеток, представляющих интерес в настоящее время существуют16,19,20, они несколько мешает их зависимость от наличия подходящих антител к естественной поверхности антигенов. Это ограничивает их универсальность по сравнению с флуоресценцией на основе методов сортировки клеток, которые уже могут быть использованы для сортировки клеток из многих клеток конкретных трансгенных животных репортера, которые уже доступны. Тем не менее, при оптимизации, антитела на основе методов сортировки может быть быстрым и высокой урожайности, и может даже лучше сохранить анатомию клеток, позволяя очистки клеток с их аксонов и дендритов нетронутыми21. Поэтому при принятии решения о стратегии сортировки следует все же учитывать методы сортировки антител. В конечном счете, тип клеток, возраст, в котором клетки должны быть сортированы, наличие трансгенных животных или поверхностных антигенов и количество клеток, необходимых будет определяющих факторов при выборе наиболее подходящей стратегии сортировки.
Хотя сортировка клеток на основе флуоресценции является простым и воспроизводимым методом очистки клеток, следует принимать меры по уходу во время определенных этапов протокола для сохранения качества клеток. Например, после каждого шага центрифугации, важно, чтобы убедиться, что клетка гранулы повторно приостановлено как можно быстрее, и что клетки были успешно восстановлены. Иногда, клеточные гранулы могут быть нарушены при удалении супернатанта. Поэтому рекомендуется, между шагами центрифугации, чтобы проверить наличие клеток под микроскопом, чтобы исключить любые обширные потери клеток. После клеточного покрытия, клетки должны быть разрешены придерживаться, по крайней мере 1 ч перед кормлением. Если клетки подаются слишком рано, некоторые клетки могут выбиться из покрывало, тем самым уменьшая плотность культуры. После 1 ч в культуре, разумно оценить здоровье клеток. Если клетки не кажутся здоровыми (пример здоровых клеток показан на рисунке 2A),или есть значительная гибель клеток, то это может быть признаком проблемы во время диссоциации или процедуры сортировки. Еще одним важным соображением, при культивированиелюбой любой тип клетки, заключается в том, чтобы заботиться при управлении среды клеточной культуры. НБА СМИ содержит фенол красный, который выступает в качестве индикатора рН22. Если носители становятся слишком желтыми по цвету, то это указывает на то, что рН слишком кислой; если носитель становится слишком розовым, то это указывает на то, что решение слишком щелочное. Фондовые решения открыты в течение длительных периодов времени, особенно сми aliquoted в конические трубки, как правило, становятся более щелочной с течением времени. Поэтому рекомендуется составлять свежие полные средства массовой информации НБА каждую неделю и полные средства массовой информации каждые две недели (средние буферы в атмосферных условиях и, следовательно, должны быть более стабильными). Принимая эти моменты во внимание, должно быть возможно установить очищенные культуры клеток в любой лаборатории с доступом к сортировке клеток и оборудованию культуры клеток.
В большинстве наших экспериментов мы производили очищенные культуры из одного животного. Однако при очистке клеток для биохимического анализа может возникнуть необходимость объединить несколько животных для сортировки. Мы успешно сортировали до 8 эмбриональных мышей (эмбриональный день 13 животных) с помощью вышеуказанного протокола (данные не показаны). Однако, если больше животных должны быть отсортированы, это может быть необходимо увеличить объем как папаин и BSA решений (описанных в шагах 2.1.1-2.1.4) для размещения увеличение количества тканей. Кроме того, если больше клеток покрыто культурой, то может потребоваться более частый график кормления. В качестве отправной точки, клетки могут быть поданы каждые 7 дней, удалив 100 л условных носителей и добавив 200 Л свежих полных носителей НБА. Ради жизнеспособности нейронов, если сортировать больше животных, следует подумать, чтобы свести к минимуму время сортировки как можно больше. Это часто требует тщательной оптимизации ниже по течению анализов для эффективного использования очищенных клеток. Мы регулярно сортировали нейроны мыши со скоростью 600 событий / с, до 500000-800000 000 клеток на животное (послеродовой день 0-2). Однако это было без исчерпывающей оптимизации скорости и условий сортировки. Поэтому возможно дальнейшее улучшение скорости сортировки и урожайности.
Очищенные нейроны требуют глиа-кондиционированных средств для их выживания. Это было продемонстрировано ранее культивирование мнокак нейронов и глиальных клеток отдельно, перед лечением нейронов с глиальных условных средств массовой информации10. В наших экспериментах мы решили поддерживать очищенные нейроны, культивируя глиальные клетки на полупроницаемых клеточных вставках, которые помещаются внутри пластины клеточной культуры. Этот метод был успешно применен для изучения глиа-производных внеклеточных матричных белков и их взаимодействия с нейронами12. Бесконтактная, но непрерывная поддержка, предоставляемая этим методом, имеет ряд преимуществ по сравнению с отдельной культурой клеток. Наиболее примечательно, что со-культура глиальных клеток с нейронами позволяет непрерывнорегулировать и кондиционирования средств культуры клетки, которые более близко походят ситуация in vivo. Кроме того, непрерывная сокультура клеток позволяет для потенциальной обратной связи сигнализации между нейронами и глии, которая не возможна в разделенных культурах. В нашем протоколе, при необходимости, непрерывный метод совместной культуры может быть легко опущен и классическое лечение нейронов с глиа-кондиционированных средств массовой информации может быть выполнена.
Таким образом, представленный здесь протокол призван обеспечить читателю прочную основу, из которой они могут создавать свои собственные эксперименты по очищенной культуре клеток. Мы прогнозируем, что доступность трансгенных животных и вирусных конструкций будет продолжать расти в обозримом будущем. Таким образом, методы сортировки клеток, основанные на флуоресценции, вероятно, станут еще более широко используемыми и ценными.
The authors have nothing to disclose.
Авторы хотели бы поблагодарить за отличную техническую поддержку, оказанную Дженни Кирш и Ана Тейхмюллер в Flow Cytometry Core Facility, Deutsches Rheuma-Forschungszentrum, Берлин. Мы хотели бы поблагодарить Цзе Сон за помощь в анализе выживания. Мы также хотели бы поблагодарить Риту Лурейро за помощь в захвате изображений флуоресцентных мышей и Кристиана Эбнера за критическое чтение протокола. Трансгенные крысы VGAT-Venus были созданы докторами Янагава, М. Хирабаяси и И. Кавагути в Национальном институте физиологических наук, Окадзаки, Япония, с использованием pCS2-Venus, предоставленных д-ром А. Мияваки. Эта работа была поддержана Немецким исследовательским советом (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG EXC 257 к IV).
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 |