يسلط البروتوكول الموصوف هنا الضوء على الخطوات الرئيسية في التمييز بين الخلايا البطانية الشبيهة بالدماغ المشتقة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات ، وإعداد النيسرية السحائية للعدوى ، وجمع العينات للتحليلات الجزيئية الأخرى.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يسلط البروتوكول الموصوف هنا الضوء على الخطوات الرئيسية في التمييز بين الخلايا البطانية الشبيهة بالدماغ المشتقة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات ، وإعداد النيسرية السحائية للعدوى ، وجمع العينات للتحليلات الجزيئية الأخرى.
التهاب السحايا بالمكورات السحائية هو عدوى تهدد الحياة تحدث عندما تتمكن النيسرية السحائية (المكورات السحائية ، نانومتر) من الوصول إلى الجهاز العصبي المركزي (CNS) عن طريق اختراق الخلايا البطانية الدماغية عالية التخصص (BECs). نظرا لأن Nm هو ممرض خاص بالإنسان ، فإن عدم وجود أنظمة نموذجية قوية في الجسم الحي يجعل دراسة التفاعلات بين المضيف والممرض بين Nm و BECs أمرا صعبا ويؤسس الحاجة إلى نموذج قائم على الإنسان يحاكي BECs الأصلية. تمتلك BECs خصائص حاجز أكثر إحكاما عند مقارنتها بالخلايا البطانية المحيطية التي تتميز بتقاطعات ضيقة معقدة ومقاومة كهربائية مرتفعة عبر البطانة (TEER). ومع ذلك ، فإن العديد من النماذج في المختبر ، مثل BECs الأولية و BECs الخالدة ، إما تفتقر أو تفقد خصائصها الحاجزة بسرعة بعد إزالتها من البيئة المكروية العصبية الأصلية. طورت التطورات الحديثة في تقنيات الخلايا الجذعية البشرية طرقا لاشتقاق الخلايا البطانية الشبيهة بالدماغ من الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (iPSCs) التي تعمل على تحسين BECs الظاهرية عند مقارنتها بالنماذج البشرية الأخرى في المختبر . إن استخدام BECs المشتقة من iPSC (iPSC-BECs) لنمذجة تفاعل Nm-BEC له فائدة في استخدام الخلايا البشرية التي تمتلك خصائص حاجز BEC ، ويمكن استخدامه لفحص تدمير الحاجز ، والتنشيط المناعي الفطري ، والتفاعل البكتيري. نوضح هنا كيفية اشتقاق iPSC-BECs من iPSCs بالإضافة إلى التحضير البكتيري والعدوى وجمع العينات للتحليل.
الحاجز الدموي الدماغي (BBB) ، وحاجز الدم السحائي CSF (mBCSFB) عبارة عن حواجز خلوية ضيقة للغاية تفصل الدورة الدموية عن الجهاز العصبي المركزي (CNS) وتتكون بشكل أساسي من خلايا بطانة الدماغ عالية التخصص (BECs)1,2. معا ، تحافظ BECs على توازن الدماغ المناسب من خلال تنظيم العناصر الغذائية ومنتجات النفايات داخل وخارج الدماغ ، مع استبعاد العديد من السموم والأدوية ومسببات الأمراض 1,2. يحدث التهاب السحايا الجرثومي عندما تكون البكتيريا المنقولة بالدم قادرة على التفاعل مع الحاجز الذي تشكله BECs واختراقه وتسبب الالتهاب. النيسرية السحائية (Nm، المكورات السحائية) هي بكتيريا سالبة الجرام تستعمر الأنفية من 10-40٪ من الأفراد الأصحاء، ولكن في بعض الحالات يمكن أن تسبب مرضا جهازيا خطيرا3. في الأفراد المصابين ، يمكن أن يتمكن Nm من الوصول إلى مجرى الدم حيث يمكن أن يسبب فرفرية خاطفة وكذلك اختراق BECs للوصول إلى الجهاز العصبي المركزي مما يسبب التهاب السحايا3. Nm هو السبب الرئيسي لالتهاب السحايا الجرثومي في جميع أنحاء العالم ، وعلى الرغم من جهود التطعيم ، لا يزال السبب الرئيسي لالتهاب السحايا4. التدخل الطبي الحديث ، مثل العلاج بالمضادات الحيوية ، جعل هذه الظروف قابلة للبقاء على قيد الحياة ، ولكن المصابين بالتهاب السحايا غالبا ما يتركون مع تلف عصبي دائم 5,6.
حددت الدراسات السابقة العوامل البكتيرية وإشارات المضيف التي تساهم في تفاعلات Nm-BEC7،8،9،10،11. تم إجراء الالتصاقات والغزوات المحددة مثل بروتين العتامة Opc ، والنوع الرابع من البيلي ، بالإضافة إلى مستقبلات مثل CD147 ، على نماذج BEC المختلفة في المختبر ، ولكن هذه النماذج تفتقر إلى العديد من خصائص BBB المحددة7،9،11،12. لا يزال الفهم الكامل لتفاعلات Nm-BEC بعيد المنال ويرجع ذلك جزئيا إلى عدم القدرة على استخدام النماذج في الجسم الحي ، وحماية التطعيم غير الكاملة ، ونقص نماذج BEC البشرية القوية في المختبر.
كانت نمذجة hBECs في المختبر صعبة بسبب الخصائص الفريدة ل BECs. بالمقارنة مع الخلايا البطانية المحيطية ، تحتوي BECs على عدد من الأنماط الظاهرية التي تعزز خصائص حاجزها مثل المقاومة الكهربائية العالية عبر البطانية (TEER) بسبب التقاطعات الضيقةالمعقدة 12. بمجرد إزالتها من البيئة المكروية للدماغ ، تفقد BECs بسرعة خصائصها الحاجزة التي تحد من فائدة النماذج الأولية أو الخالدة في المختبر التي تشكل فقط حاجزا ضعيفا12,13. إن الجمع بين الخصوصية البشرية للعدوى ب Nm ، وعدم وجود نماذج قوية في الجسم الحي ، والتحديات التي تواجه نمذجة BECs البشرية في المختبر يخلق حاجة إلى نماذج أفضل لفهم التفاعل المعقد بين المضيف والممرض بين Nm و BECs. في الآونة الأخيرة ، باستخدام تقنيات الخلايا الجذعية متعددة القدرات (iPSC) النموذجية التي يسببها الإنسان ، تم اشتقاق الخلايا الشبيهة ب BEC من iPSCs التي تحاكي بشكل أفضل BECs في الجسم الحي12،13،14،15. iPSC-BECs من أصل بشري ، وقابلة للتطوير بسهولة ، وتمتلك الأنماط الظاهرية المتوقعة ل BEC مقارنة بنظيراتها الأولية أو الخالدة12،13،14،15. بالإضافة إلى ذلك ، أثبتنا نحن وآخرون أن iPSC-BECs مفيدة لنمذجة الأمراض المختلفة للجهاز العصبي المركزي مثل التفاعل بين المضيف والممرض ، ومرض هنتنغتون ، ونقص MCT8 الذي يسبب متلازمة آلان هورندون دادلي16،17،18،19،20،21. نوضح هنا كيفية اشتقاق iPSC-BECs من مصادر iPSC المتجددة وإصابة iPSC-BECs ب Nm مما يؤدي إلى تنشيط الاستجابة المناعية الفطرية. نعتقد أن هذا النموذج مفيد لاستجواب التفاعل بين المضيف ومسبب المرض الذي لا يمكن تلخيصه في نماذج أخرى في المختبر ، وهو مفيد بشكل خاص عند فحص التفاعلات مع مسببات الأمراض البشرية المحددة مثل Nm.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ملاحظة: تم تكييف جميع وسائل الإعلام / تحضير الكاشف ، وصيانة الخلايا الجذعية ، وخطوات التمايز من Stebbins et al.22.
1. إعداد المواد اللازمة لثقافة iPSC وتمايز BEC.
2. صيانة IMR90-4 ثقافة الخلية
ملاحظة: هنا نستخدم خط الخلايا IMR90-4 كمثال ، ولكن تم استخدام خطوط الخلايا الجذعية الأخرى المستحثة متعددة القدرات مثل CC3 و CD10 و CD12 و DF19-9-11T و 83iCTR و 00iCTR و CS03iCTRn2 بنجاح للتمايز إلى BECs 13،14،15،16،17،23،27،28.
3. تمايز الخلايا البطانية للدماغ عن iPSCs البشرية
4. المقاومة الكهربائية عبر بطانة الرحم (TEER) كمقياس لضيق الحاجز
ملاحظة: عادة ما يقرأ TEER على إدخالات الغشاء في اليومين 9 و 10 من التمايز لتأكيد التوليد الناجح للحاجز الذي يشكل iPSC-BECs (الشكل 1A).
5. تلطيخ المناعي (IF) للتحقق من صحة النمط الظاهري BEC
ملاحظة: للتحقق من جودة الخلايا المتمايزة والمنقاة بالكامل، يتم تلطيخ الطبقات الأحادية iPSC-BEC للعلامات المميزة للخلايا البطانية للدماغ في اليوم العاشر من عملية التمايز كما هو موضح سابقا (الشكل 1B\u2012G) 13،14،15،16،17،19،22.
6. تحضير البكتيريا وعدوى iPSC-BECs
7. التنشيط المناعي الفطري عن طريق تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي
ملاحظة: باستخدام عزل الحمض النووي الريبي المفضل ، وتخليق cDNA ، وبروتوكول qPCR ، قم بجمع العينات وتشغيل qPCR على السيتوكينات المحددة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول الموصوف هنا مقتبس من Stebbins et al. ويسلط الضوء على عملية التمييز بين iPSCs إلى خلايا بطانية تشبه الدماغ تمتلك خصائص BBB ، وكيفية استخدام هذا النموذج لدراسات العدوى باستخدام iPSC-BECs مع Nm19,22. وعند تمييز المستضدات ثنائية السلسلة ونقاط الضعف والإحصاء، عند تمييزها بشكل صحيح، تظهر خصائص حاجز محكم يقاس بواسطة TEER والتي غالبا ما تكون أكبر من 2000 Ω·سم 2، وتعبر عن علامات البطانة مثل VE-cadherin وCD31 (PECAM) (الشكل 1
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
واجهت نمذجة BECs و BBB تحديات ، حيث تميل BECs البشرية الأولية والخالدة ، في المختبر ، إلى الافتقار إلى الأنماط الظاهرية القوية للحواجز. سمح ظهور تقنيات الخلايا الجذعية البشرية بتوليد خلايا شبيهة ب BEC مشتقة من iPSC والتي تحتفظ بالأنماط الظاهرية BBB المميزة المتوقعة مثل العلامات البطانية ، وتعبير الوصلة الضيقة ، وخصائص الحاجز ، والاستجابة لأنواع خلايا الجهاز العصبي المركزي الأخرى ، وناقلات التدفق الوظيفي 12،13،14،15 ، 22 ، 24<...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
يتم دعم L.M.E. من خلال برنامج التدريب البحثي DFG GRK2157 بعنوان "نماذج الأنسجة ثلاثية الأبعاد لدراسة الالتهابات الميكروبية بواسطة مسببات الأمراض البشرية" الممنوحة ل A. S-U. يتم دعم BJK من خلال زمالة ما بعد الدكتوراه من قبل مؤسسة Alexander von Humboldt. بالإضافة إلى ذلك ، نعترف ب Lena Wolter لمساعدتها الفنية في إنشاء iPSC-BECs في الثقافة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| Accutase (1x) | Sigma | A6964 | كاشف تفكك الخلايا الأنزيمية |
| حمض الخليك | Sigma | A6283 | |
| حمض الريتينويك المتحولة بالكامل (RA) | Sigma | R2625 | |
| Anti-CD31 (PECAM-1) | Thermo Scientific (Labvision) | RB-10333 | |
| Anti-Claudin-5 | Invitrogen | 4C3C2 | |
| Anti-Glut-1 | Thermo Scientific (Labvision) | SPM498 (MA5-11315) | |
| Invitrogen | 33-1500 | ||
| Anti-VE-cadherin | Santa Cruz | sc-52751 | |
| Anti-ZO-1 | Invitrogen | 33-9100 | |
| Bacto Proteose Peptone | BD | 211684 | |
| b-Mercaptoethanol | Merck (Sigma-Aldrich) | 805740 | |
| ألواح وقوارير زراعة الخلايا أجهزة | Sarstedt | ||
| (Heraeus Megafuge 1.0R) | الدرجة الثانية | ||
| من الدرجة الثانية Nuaire | NU-437-400E | ||
| حاضنة CO2 (حاضنة DHD Autoflow CO2 المغلفة بالهواء) | Nuaire | ||
| Collagen IV | Sigma | C5533 | |
| كولومبيا أجر + 5٪ دم الأغنام | Biomerieux | 43049 | |
| مرشحات البوليستر Costar Transwell (12- أو 24-well)Corning | 3460, 3470 | ||
| D (+) -Glucose | Merck (Sigma-Aldrich) | G8270 | |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | |
| DMEM / F12 | Gibco | 31330-038 | |
| DMSO | ROTH | A994.1 | |
| محلول ملحي مخزن بالفوسفات من Dulbecco (DPBS) | Gibco | 21600-069 | |
| الظهارة فولت أوم (Millicell ERS-2) مع قطب STX | Merck (Millipore) | MERS00002 | |
| Fe (NO 3< / sub>) 3< / sub> | ROTH | 5632.1 | |
| Fibronectin | Sigma | F1141 | |
| مجهر الفلور (Eclipse Ti) | من نيكون | ||
| (Neubauer) | A. Hartenstein | ZK06 | |
| عامل نمو الخلايا الليفية البشرية الأساسي (bFGF) | PeproTech | 100-18B | |
| مصل بطانة بشرية خال من الوسط (hESFM) | Gibco | 11111-044 | |
| مجهر مقلوب (Wilovert) | Hund (Will Wetzlar) iPS | ||
| (IMR90) -4 خلايا | مكمل WiCell | ||
| Kellogg | قم بتصفية وتعقيم وتخزينها عند -20 درجة مئوية. | ||
| استبدال مصل بالضربة القاضية (KOSR) | جيبكو | 10828-028 | |
| L-glutamine (GlutaMAX) | Invitrogen | 35050-038 | |
| LunaScript RT SuperMix Kit | NEB | E3010L | cDNA مجموعة توليف |
| Matrigel Matrix | Corning | 354230 | |
| ميثانول | روث | 4627.5 | |
| MgCl2< / sub> | ROTH | KK36.1 | |
| الماصات الدقيقة (Research Plus) | Eppendorf | ||
| NaHCO3< / sub> | ROTH | 6329 | |
| الأحماض الأمينية غير الأساسية (NEAA) | Gibco | 11140-035 | |
| طقم عزل الحمض النووي الريبي NucleoSpin | Machery-Nagel | 740955 | طقم عزل الحمض النووي الريبي |
| ماصة بوي (Accu-Jet Pro) | العلامة التجارية | ||
| مصل مصل مشتق من الصفائح الدموية الفقيرة ، البقر (PDS) | فيشر | 50-443-029 | |
| PowerUp SYBR Green Master Mix | Applied Biosystems | A25742 | qPCR master mix |
| qPCR film (فيلم لاصق بصري MicroAmp) | حيوية تطبيقية | 4211971 | |
| لوحات qPCR (MicroAmp Fast 96-well) الأنظمة | الحيوية التطبيقية | 4346907 | |
| مثبط الصخور ، Y27632 ثنائي هيدروكلوريد | توكرس | 1254 | |
| RT-PCR الحرارية cycler (StepOnePlus) | Applied Biosystems | 4376600 | |
| الماصات المصلية | Sarstedt | ||
| StemFlex الوسط القاعدي + 50x مكمل StemFlex | جيبكو | A3349401 | صيانة الخلايا الجذعية |
| دوار دلو متأرجح (Heraeus # 2704) | Thermo Scientific | ||
| محلول الثيامين بيروفوسفات | سيجما | C8754-5G | |
| تريبان بلو ، 0.4٪ | جيبكو | 15250061 | |
| فيرسين | جيبكو | 15040-033 | كاشف تفكك الخلايا غير الأنزيمي (EDTA) |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
An erratum was issued for: Neisseria meningitidis Infection of Induced Pluripotent Stem-Cell Derived Brain Endothelial Cells Larvae. The Authors section was updated from:
Leo M. Endres1
Alexandra Schubert-Unkmeir1
Brandon J. Kim1,2
1Institute for Hygiene and Microbiology, University of Würzburg
2Department of Biological Sciences, University of Alabama
to:
Leo M. Endres1
Sarah F. Hathcock2
Alexandra Schubert-Unkmeir1
Brandon J. Kim1,2
1Institute for Hygiene and Microbiology, University of Würzburg
2Department of Biological Sciences, University of Alabama