RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Shahin Shabanipour1,2, Azadeh Dalvand1,2, Xiaodan Jiao1,2, Maryam Rahimi Balaei1,2, Seung H. Chung3, Jiming Kong1, Marc. R. Del Bigio2,4, Hassan Marzban1,2
1Department of Human Anatomy and Cell Science, Max Rady College of Medicine, Rady Faculty of Health Sciences,University of Manitoba, 2The Children's Hospital Research Institute of Manitoba (CHRIM), Max Rady College of Medicine, Rady Faculty of Health Sciences,University of Manitoba, 3Department of Oral Biology,University of Illinois at Chicago, 4Department of Pathology, Max Rady College of Medicine, Rady Faculty of Health Sciences,University of Manitoba
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
اجراء التجارب في المختبر للتفكير في الظروف المجرية باقصي قدر ممكن ليست مهمة سهله. استخدام ثقافات الخلايا الاوليه هو خطوه هامه نحو فهم بيولوجيا الخلية في كائن حي بأكمله. البروتوكول المنصوص عليه الخطوط العريضة كيفيه النمو بنجاح وثقافة الخلايا العصبية المخيخ الفئران الجنينية.
أصبح استخدام ثقافات الخلايا الاوليه واحده من الاداات الرئيسية لدراسة الجهاز العصبي في المختبر. الهدف النهائي من استخدام هذا النظام نموذج مبسط هو توفير البيئة الدقيقة التي تسيطر عليها والحفاظ علي معدل البقاء علي قيد الحياة عاليه والسمات الطبيعية للخلايا العصبية وغير العصبية فصل قدر الإمكان تحت الظروف في المختبر. في هذه المقالة ، ونحن نظهر طريقه لعزل الخلايا العصبية الاساسيه من المخيخ الماوس النامية ، ووضعها في بيئة في المختبر ، وإنشاء نموها ، ورصد صلاحيتها والتمايز لعده أسابيع. ينطبق هذا الأسلوب علي الخلايا العصبية الجنينية التي تنفصل عن المخيخ بين الأيام الجنينية 12 – 18.
لعده عقود ، وقد استخدمت خطوط الخلايا علي نطاق واسع كاداه عاليه الانتاجيه في الدراسات الاكلينيكيه والبحوث البيولوجية. الفعالية من حيث التكلفة ، والنمو السريع ، والحد من استخدام الحيوانية الحية هي بعض الفوائد من استخدام هذه الخلايا. ومع ذلك ، تتراكم التغييرات الجينية والتغيرات الظاهرية بعد عده مقاطع في المختبر1. يمكن ان يؤدي التعريف الخاطئ لخطوط الخلايا والتشابه الوراثي من الخلايا الاوليه إلى تجارب غير قابله للتكرار واستنتاجات زائفه2و3و4و5. ولذلك ، علي الرغم من بعض أوجه التشابه للخلايا المتمايزة مثل الخلايا العصبية (علي سبيل المثال ، الناقلات العصبية ، قنوات أيون ، مستقبلات ، وغيرها من البروتينات العصبية الخاصة) ، لا يمكن تكرار خطوط الخلايا العصبية النمط الظاهري الكامل للخلايا العصبية. استخدام الخلايا العصبية ناضجه هو خيار آخر. ومع ذلك ، هذه الخلايا غير تقسيم الخلايا للتفتل التي يصعب نشرها في الثقافة. وعلاوة علي ذلك, أعاده الدخول في دوره الخلية قد يعجل المبرمج6.
وقد تم تطوير ثقافة الخلايا ثلاثية الابعاد (3D) ، وثقافات الشريحة المجسمة ، والثقافات العضوية لتوفير بيئة يمكن فيها للخلايا ان ترتب في شكل ثلاثي الابعاد يحاكي الاعداد المجري. التالي ، يمكن دراسة الاتصال من خليه إلى خليه ، والهجرة ، وغزو الخلايا السرطانية في الانسجه المحيطة بها ، وتولد الاوعيه7. ومع ذلك ، فان التكاليف الاضافيه لاستخدام المصفوفات الخلوية الاضافيه (ECM) البروتينات أو الهلام المائي الاصطناعية كفراش ، وصعوبة في التصوير ، والتوافق مع أدوات الفحص عاليه الانتاجيه هي عيوب كبيره من الخلايا 3D الخياطة. ومن المساوئ الرئيسية للثقافة النسيجية شريحة النسيج هو استخدام عدد كبير من الكائنات والآثار السلبية للاستئصال ، مما يؤدي إلى عدم الوصول إلى الأهداف وعوامل النمو لaxotomy ، التالي وفاه الخلايا العصبية8.
ولذلك ، فان النهج البديل ، الذي يتجنب المشاكل مع خطوط الخلايا ، وصعوبة نمو الخلايا الناضجة ، وتعقيد الانسجه ، هو في نضج المختبر من الخلايا الاساسيه غير ناضجه. وتستمد الخلايا الاوليه مباشره من الانسجه البشرية أو الحيوانية وتنفصل باستخدام الانزيمات و/أو الطرق الميكانيكية9. المبادئ الرئيسية للعزل ، البذر ، والصيانة في الثقافة المتوسطة متشابهة بغض السواء عن مصدر الانسجه. ومع ذلك ، فان العوامل الغذائية اللازمة لتعزيز الانتشار والنضج هي خلايا محدده جدا6.
ان معرفه "تاريخ الميلاد" لكل نوع من أنواع الخلايا المخيخه شرط أساسي لتصميم تجربه الثقافة الاساسيه. بشكل عام ، والخلايا purkinje (أجهزه الكمبيوتر) والعصبية من نوى المخيخ (CN) ، يولدون قبل الخلايا الصغيرة ، بما في ذلك الخلايا العصبية (علي سبيل المثال ، سله ، والخلايا النجميه) والكريات الحبيبية. في الفئران ، تظهر أجهزه الكمبيوتر بين اليوم الجنيني (E) 10 – E13 ، في حين ان الخلايا العصبية CN في حوالي E9-E1210.
تولد الخلايا العصبية المخيخ الأخرى في وقت لاحق بكثير. علي سبيل المثال ، في الفئران ، يتم توليد السكان الفرعيين golgi من الخلايا العصبية من VZ في (~ E14 − E18) والتداخلات المتبقية (خليه سله والزنزانات النجميه) الموجودة في الطبقة الجزيئية الخروج من تقسيم خلايا السلف في المسالة البيضاء بين أوائل بعد الولادة (P) 0 – P711. يتم إنشاء الخلايا الحبيبية من المنطقة الجرثومية الخارجية (EGZ) ، وهي منطقه الإنبات الثانوية التي تستمد من الشفة المعينة اللحمية وتمر عبر تقسيم المحطة بعد الولادة. ولكن قبل ان تنشا سلائفها من الشفة المعينة من E13 – E16 ، فقد هاجرت الخلايا بالفعل علي طول سطح بيا لجعل طبقه رقيقه من الخلايا علي السطح الظهري لل anlage المخيخ. ولدت خلايا ماكروجليال غير العصبية مثل استروسيتيس و oligodendrocytes ، والتي تنشا من ظهاره عصبيه البطين ، في e 13.5 − P0 و P0 − P7 علي التوالي11،12،13،14 ،15. وتستمد الخلايا الصغيرة من الخلية البدائية للخلايا النخاعية من الصفار بين الساعة8 – 10وبعد الغزو إلى الجهاز العصبي المركزي يمكن الكشف عنها في دماغ الفار بواسطة E9 16.
وتستند الطريقة المعروضة في هذه المقالة علي واحد وضعت أصلا من قبل furuya et al. و tabata et al.17,18, الذي تم الأمثل للذبح الاوليه من الخلايا purkinje المستمدة من wistar الفئران المخيخ. لدينا الآن تكييف هذه الطريقة وتعديلها بعناية لدراسة نمو الخلايا العصبية الفئران المخيخ19. علي عكس في بروتوكولنا الجديد ، الباردة تشريح المتوسط هو المخزن المؤقت الغسيل الرئيسية المستخدمة خلال التشريح والتفكك الخطوات قبل أضافه البذر المتوسطة في البروتوكول Furuya في17. هذا العازل يفتقر إلى التغذية ، وعوامل النمو ، والهرمونات (كل ذلك في دولبيكو تعديل النسر المتوسطة: خليط المغذيات F-12 [DMEM/F12]) التي هي ضرورية لدعم نمو الخلايا والبقاء علي قيد الحياة خلال الخطوات المذكورة أعلاه. الاضافه إلى ذلك ، استنادا إلى خبرتنا الواسعة مع الثقافات المخيخ الاوليه murine ، وقد استخدمنا 500 μL من الوسط الثقافي في كل بئر (بدلا من 1 مل) وزيادة تركيز ثلاثي ايودوثيرونين إلى 0.5 ng/mL ، مما يحسن نمو الخلايا العصبية ، في خاصه تلك التي لديها النمط الظاهري الخلية Purkinje ، ويعزز النمو من فروع شجيري في الثقافة. الطريقة الرئيسية التي ظهرت في هذه المقالة يمكن تطبيقها علي نطاق واسع علي القوارض الصغيرة الأخرى (علي سبيل المثال ، السناجب والهامستر) اثناء النمو الجنيني ويمكن استخدامها لدراسة نشاه الأعصاب المخيخ والتمايز في المراحل الجنينية المختلفة ، والتي تختلف بين الأنواع.
تم تنفيذ جميع الإجراءات الحيوانية وفقا للوائح المؤسسية ودليل رعاية واستخدام الكائنات التجريبية من المجلس الكندي لرعاية الماشية ووافقت عليها السلطات المحلية ("الرعاية الحيوانية في الحرم الجامعي Bannatyne لجنه "). وبذلت جميع الجهود للتقليل إلى ادني حد من عدد الماشية المستخدمة ومعاناتها. وأكد العمق الكافي من التخدير من خلال ملاحظه انه لم يكن هناك اي تغيير في معدل التنفس المرتبطة بالتلاعب وقرصه اصبع القدم أو منعكس القرنية.
1-الاعداد
ملاحظه: جدوله توفير الفئران الحوامل موقوتة ، استنادا إلى خطه البحث ، لما بعد الحمل E12-E18. يعتمد اختيار التوقيت علي خصائص الخلية المطلوبة (انظر أدناه). اعداد كشوف الغلاف واللوحات قبل يومين علي الأقل من التجربة. يستخدم بولي-L-اورنيثين كماده طلاء لتعزيز مرفق الخلية إلى زلات الغطاء.
2. جمع المخيخ
3. تشريح المخيخ
4. تفكك المخيخ
5-جمع الخلايا
6-علاج الخلايا المستردة
7-جمع الخلايا وتثبيتها
ملاحظه: اعتمادا علي التصميم التجريبي ، يمكن جمع الخلايا في اي يوم ، في اي وقت.
استنادا إلى تواريخ ميلاد مختلفه من الأنواع الفرعية العصبية في المخيخ ، والثقافات من الاجنه الماوس E12 − E18 أسفرت عن أنواع مختلفه من الخلايا. برزت الخلايا العصبية الإسقاط الكبيرة ، مثل الخلايا العصبية CN (E9) وأجهزه الكمبيوتر (E13) ، في وقت مبكر خلال التنمية المخيخ. في الفئران والحبيبية وخلايا Golgi نشات بين ~ E13 – E18 وخضع الانقسامات الطرفية تصل إلى الأسبوع بعد الولادة 4.
استبدال المتوسطة القديمة I مع الثقافة الطازجة المتوسطة الثانية في أيام في المختبر (DIV) 7 سيمنع في نهاية المطاف انتشار الخلايا الدالي. وتفرق الخلايا العصبية للطبقة الجزيئية ، مثل السلة والخلية النجميه ، بعد الولادة. ولذلك ، كان من المتوقع ان تكون معظم الخلايا في وسط الثقافة في E18 مزيجا من أجهزه الكمبيوتر ، والخلايا الحبيبية ، CN ، وبعض الخلايا Golgi. تم استخدام calbindin 1 (CALB1) ، وهو علامة محدده من أجهزه الكمبيوتر ، لتتبع التغييرات المورفولوجية خلال دوره الوقت 21 يوما. النسبة للشعبة 0 ، كانت الأجسام الخلوية لأجهزه الكمبيوتر الشخصية قابله للكشف (علي سبيل المثال ، من 10 إلى 11 ساعة من الحضانة) ، ولكن النمو العصبي لم يبدا بعد (الشكل 2 ا). بواسطة DIV 3 ، وأظهرت التمديد محواري التقدم ، في حين ان العمليات الجذعية قد بدات للتو. وظلت هذه الحالة دون تغيير تقريبا حتى الأسبوع الثاني في المختبر (WIV) (الشكل 2B-D). علي DIV 10 ، وعدد قليل من فروع متفرق والابتدائية مع الأشواك العمود الفقري المتزايد (الشكل 2E). حدثت التوجيه من التشعبات الاساسيه الجديدة بشكل مستمر بعد DIV 14. ولذلك ، وبعد الشعبة 14 ، زاد عدد الطلبة الثانويين والجامعيين وطوروا فروعا واسعه في الشعبة 21 (الشكل 2 واو،زاي).
من المهم ان نعرف ان توقيت التغييرات المورفولوجية في المختبر قد لا تتبع نفس النمط كما هو الحال في الجسم المجري. بعد هذه النتائج ، في تجربه أخرى تم استزراع بريبريديا المخيخ من E12 ، E13 ، E14 ، و E15 لمده 3 أسابيع. لم تتطور أجهزه الكمبيوتر المثقفة من E12 و E13 اي النتوءات الجذعية علي DIV 18 باستثناء الملحقات محواري (الشكل 3a،B). ومع ذلك ، وبعد نفس الفترة من الزمن ، أظهرت الثقافات بريبريديوم منفصلة المخيخ من E14 و E15 النتوءات الجذعية والارطنه (الشكل 3C،D). هذا الاختلاف في إيقاع النمو بين الخلايا العصبية في المختبر يلقي الضوء علي تغيير كبير حدث في بيئتهم الطبيعية بين المرحلة المبكرة والمتاخره من النمو المخيخ ، والتي تحتاج إلى تطبيقها في المختبر لتحسين المتوسطة.
إلى جانب أجهزه الكمبيوتر ، هناك أنواع أخرى من الخلايا العصبية في المخيخ التي تتطور خلال الثقافات المخيخ الاساسيه المنفصلة التي يمكن الكشف عنها باستخدام علامات عصبيه محدده. وأظهرت العلامات المناعية مزدوجة ل CALB1 والبروتين الزلال ملزمه الكالسيوم ، parvalbumin (PVALB) ، ان CALB1 التعبير اقتصر حصرا علي أجهزه الكمبيوتر في الثقافات المخيخ الاوليه ، في حين تم التعبير عن PVALB فيCALB1 + الخلايا العصبية ( اي ، أجهزه الكمبيوتر) و PVALB +/calb1- الخلايا العصبية ، والتي هي الجزيئات العصبية الطبقة الجزيئية (سله/ستيلات الخلية) (الشكل 4a-C). الوحدة الفرعية الفا (Nav1.6) من قناه الصوديوم ببوابات الجهد (SCN) هو علامة للخلايا الحبيبية وأجهزه الكمبيوتر في المخيخ20. وضع العلامات المزدوجة مع المضادة--SCN والمضادة لCALB1 يظهر القولون من الهيئات الخلية الحبيبية وأجهزه الكمبيوتر في الوسط الثقافي علي DIV 21 (الشكل 4D-F). بالنسبة لأنواع الخلايا المخيخه المحددة الأخرى من الثقافات المخيخ الرئيسية المنفصلة ، يرجى الاطلاع علي ماربان وهوكيس19.

الشكل 1: الجانب الظهري من الدماغ الماوس يحدد المخيخ في E18. يشار إلى السحايا بالمربعات الصفراء. يتم تحديد موقع المخيخ من قبل الخط الأصفر ، والذي هو محدود rostrally من قبل الدماغ الوسطي والنخاع بواسطة النخاع المستطيل (المشار اليها بواسطة خطوط متقطعه البني). وتظهر المخيخ ونصف الكره الارضيه بخطوط متقطعه البني. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: تطوير خلايا Purkinje (أجهزه الكمبيوتر) المستمدة من المخيخ الفئران في E18 في الثقافة الابتدائية لأيام في المختبر (DIV) 0 – 21. (ا) تم وصف الكمبيوتر somata (نصال) بواسطة المناعي باستخدام المضادة-calbindin 1 (CALB1) في DIV 0 (بعد 10 ساعة). (B) يظهر الامتداد الاولي (السهم) والنتوء المبكر للجذعية (الراس) علي DIV 3. ويستمر النمو والتطوير (راس السهم) في الشعبة 5 (ج) والشعبة 7 (د). ويمكن تمييز الفروع الخاصة باجهزه الكمبيوتر الشخصية بوضوح علي الشعبة 10 (ه) والشعبة 14 (و) (نصال) والأشجار المتجيريه المتقنة التي يمكن كشفها في div 21 (راس السهم) (G). قضبان المقياس: A = 100 μm (ينطبق علي اللوحات B و C و D و E و F) ؛ G = 50 μm. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: تطوير خلايا Purkinje (أجهزه الكمبيوتر) المستمدة من الفئران المخيخ بريبريديوم في E12 ، E13 ، E14 ، و E15 بعد 18 يوما في الثقافة الابتدائية (DIV 18). المحاور هي الامتدادات الوحيدة (السهم) من الكمبيوتر somata في الثقافة الابتدائية لل E12 و E13 المخيخ بريبريديوم بعد 18 يوما في المختبر (DIV 18) (ا،ب). أجهزه الكمبيوتر ' تغصن النمو والإرشاد تطوير بواسطة DIV 18 (راس السهم) فقط من E14 (C) و E15 (د) الثقافات الاساسيه المخيخ. شريط مقياس = 20 ميكرومتر (ينطبق علي لوحات من−D). يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: الوسم المناعي من أجهزه الكمبيوتر ، والخلايا العصبية جابايرجيك (سله والخلايا النجميه) ، والكريات الحبيبية من E18 الماوس الثقافة الاوليه المخيخ في DIV 21. (ا−ج) وضع العلامات المزدوجة مع المضادة لCALB1 (الأخضر) ومكافحه PVALB (الأحمر) ويظهر أجهزه الكمبيوتر وعدد قليل من الخلايا العصبية (السهم) في اتصال مع PC شجيري العرش. (د−و) الجهد بوابات قنوات الصوديوم (scns) في الهيئات PC مع تشعبات المفصلة والعديد من الهيئات الحبيبية الصغيرة الخلية (راس السهم) هي المسمية مع المضادة--SCN (الأحمر) ومزدوجة المسمي مع المضادة--CALB1 (الأخضر). الاختصارات: خلايا Purkinje = أجهزه الكمبيوتر ؛ CALB1 = كالبيندين 1; PVALB = parvalbumin ؛ SCN = قناه الصوديوم ببوابات الجهد. شريط مقياس = 100 μm (ينطبق علي −F). يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
| اسم | المتوسطة الاساسيه | Putrescine | سيلينيت الصوديوم | L-الجلوتامين | الجنتاميسين | T3 | N3 | جيش صرب البوسنه | ارا-سي | FBS |
| ثقافة متوسطه [اي] | DMEM/F12 | 100 μM | 30 نيوتن متر | 3.9 مم | 3.5 ميكروغرام/مل | 0.5 ng/mL | البروجسترون 4 μM ، الانسولين 20 ميكروغرام/مل ، ترانسفيرين 20 ملغ/مل | - | - | - |
| البذر المتوسطة | DMEM/F12 | 100 μM | 30 نيوتن متر | 3.9 مم | 3.5 ميكروغرام/مل | - | - | - | - | 10% مع ثقافة متوسطه [اي] |
| الثقافة المتوسطة الثانية | ثقافة متوسطه [اي] | 100 ميكروغرام/مل | 4 μM | - |
الجدول 1: التراكيب الاعلاميه.
وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.
اجراء التجارب في المختبر للتفكير في الظروف المجرية باقصي قدر ممكن ليست مهمة سهله. استخدام ثقافات الخلايا الاوليه هو خطوه هامه نحو فهم بيولوجيا الخلية في كائن حي بأكمله. البروتوكول المنصوص عليه الخطوط العريضة كيفيه النمو بنجاح وثقافة الخلايا العصبية المخيخ الفئران الجنينية.
وكانت هذه الدراسات مدعومة بمنح من مجلس العلوم الطبيعية والبحوث الهندسية (HM: NSERC ديسكفري غرانت # RGPIN-2018-06040) ، ومعهد بحوث مستشفي الأطفال في مانيتوبا (HM: غرانت # 320035) ، وال ALS كندا-الدماغ كندا أرثر J. هدسون منحه فريق الانتقالية (JK ، HM).
| Adobe Photoshop CS5 الإصدار 12 | Adobe Inc | ||
| مضادة للصوديوم (SCN) PN4 (Nav1.6) | Sigma | S0438 | 3 & mu جم / مل |
| مصل الأبقار الألبومين | Millipore Sigma | A3608 | |
| CALB1 | الأجسام المضادة السويسرية (متعددة النسيلة) | CB38 | 1/5000 التخفيف |
| CALB1 | الأجسام المضادة السويسرية (أحادية النسيلة ) | 300 | 1/1000 تخفيف |
| السيتوزين بيتا ؛ -D-أرابينوفيورانوسيد أو السيتوزين أرابينوسيد (Ara-C) | Millipore Sigma | C1768 | |
| DNase I من الأبقار البنكرياس | روش | 11284932001 | |
| ملقط خلع | الملابس Delasco | DF-45 | |
| Dulbecco ' s النسر المعدل s متوسط (DMEM-F12) | Lonza | 12-719F | |
| انزلاق غطاء فيشربراند: دوائر | فيشر ساینتفيك | 12-545-81 | |
| جينتاميسين | جيبكو | 15710-064 | |
| هانكس محلول الملح المتوازن (HBSS) | جيبكو | 14185-052 | |
| الأنسولين من البنكرياس البقري | Millipore sigma | I5500 و I6634 و I1882 و I4011 | |
| مقص كبير | 52134-38 | ||
| L-glutamine | Gibco | 25030-081 | |
| مقياس الدم المعدني | Hausser Bright-Line | 3100 | |
| Microdisdiscent ملقط | ميرلان | 624734 | |
| نمط 5 ملاقط | ديكسون | 291-9454 | |
| ملحي مخزن بالفوسفات (PBS) | كواشف فيشر الحيوية | BP399-26 | |
| Poly-L-Ornithine | Millipore Sigma | P4638 | |
| Progesteron (P4) | Millipore sigma | P8783 | |
| PVALB | Swant Swiss Antibodies | 235 | 1/1500 تخفيف |
| مقص Samll مقص | WPI السويسري ، 9 سم | 504519 | |
| سيلينيت الصوديوم | Millipore Sigma | S9133 | |
| Transferrin | Millipore Sigma | T8158 | |
| Tri-iodothyronine (T3) | Millipore Sigma | T2877 | |
| Trypsin | Gibco | 15090-046 | |
| Zeiss Fluorescence المجهر | Zeiss | Z2 Imager |