我们展示了一种用于直接研究肠神经系统中神经元和胶质细胞组分的细胞培养方案。该方法通过取自成年小鼠肌间神经丛的神经元/胶质细胞混合培养,在盖玻片上建立培养体系,从而能够利用电生理学、免疫组织化学等方法对单个神经元和胶质细胞的功能进行检测。 等等.
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我们展示了一种用于直接研究肠神经系统中神经元和胶质细胞组分的细胞培养方案。该方法通过取自成年小鼠肌间神经丛的神经元/胶质细胞混合培养,在盖玻片上建立培养体系,从而能够利用电生理学、免疫组织化学等方法对单个神经元和胶质细胞的功能进行检测。 等等.
肠神经系统是一个贯穿整个胃肠道的庞大神经元和胶质细胞网络,功能上调控胃肠道的运动。本文描述了一种从肌间神经丛中分离并培养混合神经元和胶质细胞群体的方法。原代培养物可维持超过7天,期间神经元与胶质细胞之间可形成连接。从小鼠回肠或结肠中剥离带有附着肌间神经丛的纵行肌条,将其从下方的环形肌层上分离,并进行酶消化处理。在无菌条件下,通过离心后将分离出的神经元和胶质细胞群体保留在沉淀中,并接种于盖玻片上。24至48小时内出现神经突起的生长,可通过泛神经元标记物鉴定神经元。培养两天后,通过膜片钳实验可观察到分离的神经元产生动作电位。此外,肠胶质细胞可通过GFAP染色进行鉴定。在5至7天内,神经元和胶质细胞可形成紧密相邻的网络结构。可利用免疫组织化学、电生理学、钙成像和单细胞PCR等方法对肠神经元进行个体化和直接研究。此外,该方法也可应用于基因修饰动物。该技术操作简便且成本低廉。总体而言,本方案以易于操控的方式暴露肠神经系统各组分,有助于我们更深入地了解肠神经系统在正常和疾病状态下的功能。
肠神经系统(ENS)是一个庞大的神经和神经胶质细胞网络,贯穿整个胃肠道(GI)的全长。ENS 在功能上调控消化的所有方面,包括蠕动、液体吸收/分泌以及对刺激的感觉, 等等 (详见综述) 1它包含超过5亿个神经元,数量多于脊髓中的神经元,并含有大脑中存在的所有神经递质类别。此外,肠神经系统(ENS)的独特之处在于,它可以在无需中枢神经系统输入的情况下进行反射性功能活动。 2了解肠神经系统(ENS)不仅对于理解其正常的生理功能至关重要,而且对于认识其在多种神经病变中的作用也具有重要意义,这些病变可能为先天性的(如先天性巨结肠)、获得性的(如恰加斯病)、继发于疾病状态的(如糖尿病性胃轻瘫)、药物诱导的(如阿片类药物所致肠功能障碍)或由损伤引起的(如术后麻痹性肠梗阻)。 1此外,肠神经元可成为病毒感染(如水痘-带状疱疹病毒)的储存库3由于肠道与大脑具有相似性,且肠道内血清素水平较高,因此用于治疗中枢神经系统疾病的药物常常对肠神经系统产生意想不到的副作用 2值得注意的是,许多神经病变,如阿尔茨海默病和帕金森病,在中枢神经元出现病变之前很久,其肠神经元已表现出类似的细胞改变,这使得肠神经系统(ENS)成为研究这些疾病发病机制的可及模型。 4因此,深入理解肠神经系统对于认识疾病状态以及预防和预测药物副作用至关重要。
传统上,肠神经系统(ENS)的神经元研究主要采用豚鼠的全层组织制备5-7或培养神经元8进行。尽管在这一大型动物中研究神经元具有操作便利的优势,但该模型存在诸多局限性,包括缺乏基因修饰品系、缺乏针对该物种的特异性试剂,以及饲养和购买这些实验动物的高昂成本。小鼠肠神经系统模型的建立具有独特优势,例如可利用多种基因敲除系统、可与细胞培养技术联合使用的大量已建立的研究方法,以及能够为豚鼠模型提供验证支持。
肠神经系统(ENS)由三个贯穿整个胃肠道的神经丛组成:位于纵行肌与环形肌之间的外层肌间神经丛,主要负责肠道的蠕动功能;以及分别位于黏膜下层和黏膜层内的黏膜下神经丛和黏膜内神经丛,主要调控液体的吸收与分泌以及刺激的感知1。本方法首先通过剥离胃肠道外层肌肉组织,获得纵行肌-肌间神经丛(LMMP)标本。该方法显著减少了因黏膜层参与分离过程而引起的污染问题。因此,该技术特别适用于研究肠神经系统对运动功能的神经调控,而非其分泌功能。
本文所述方法可获得肠神经元与胶质细胞的混合培养物。根据既往电生理学和免疫细胞化学观察结果,至少存在两种不同类型的神经元9。胶质细胞的存在具有显著优势,因为它们不仅是重要的独立研究对象,还能促进肠神经元的存活10,并维持神经元细胞表面受体的天然表达状态11。此外,肠胶质细胞的缺陷可能导致胃肠道运动功能异常的疾病状态,这类疾病被称为“神经-胶质病变”(neuro-gliopathies)12。因此,本文所建立的肠神经系统(ENS)培养体系包含了多种适合深入研究的细胞类型。
该方法的优势在于分离操作简便、所需工具成本低廉,且经验丰富的实验人员可在较短时间内掌握该技术。该方法的局限性包括从大量组织中获得的总体细胞产量较低,以及无法获取来自黏膜层和黏膜下神经丛的肠神经系统神经元。该实验方案对于从事膜片钳电生理学、免疫组织化学、单细胞PCR及其他相关研究方法的科研人员将具有显著优势。
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所有动物护理和实验程序均符合弗吉尼亚联邦大学机构动物护理和使用委员会的规定,并经其批准。
1. 在24孔板中制备无菌的多聚-D-赖氨酸和层粘连蛋白包被的玻璃盖玻片
2. 神经元分离溶液的预先配制
3. 从小鼠收获纵向肌/肌间神经丛(LMMP)标本
4. 消化 LMMP
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在分离LMMP来源的细胞后,神经元及其他细胞类型尚不明显。可见存活的圆形细胞,其表型不明确,同时存在未完全消化的组织碎片和结缔组织产生的组织碎屑。这些碎片无需担心,大部分将在两天后的首次换液时被清除。在此之前切勿尝试清洁玻片,否则会同时去除健康且有活力的细胞。
培养一天后,神经元将开始出现 neurite 外延生长。此时神经元的特异性鉴定可能仍不明确。只要细胞已足够贴壁,能够转移至实验腔室,则培养一天后即可用于电生理学研究。然而,细胞在培养两天后贴壁更牢固,更适合进行功能研究(如电生理学、钙成像),最佳时间为培养后的第 2 至 5 天左右。
培养约一周后,神经元的形态特征变得明显(图1)。约十天后可观察到理想的免疫细胞化学特征,此时神经元具有较长的突起,并以近乎“神经节样”的方式生长,其间散布着胶质细胞(图2)。该染色结果提示,利用此方法可能有助于研究这些细胞之间的突触相互作用。
培养一天后,神经元可通过...
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使用的动物
本方案已针对Swiss Webster小鼠进行了优化。然而,该方法也可轻松适用于其他小型哺乳动物(如大鼠)以及其他品系的小鼠。我们已成功使用C57小鼠和μ-阿片受体基因敲除小鼠进行了初步分离。但是,由于胃肠道形态存在差异,其他小鼠品系可能会出现操作困难。此外,不同小鼠品系(如C57Bl/6与Balb/c)在LMMP制备中的神经回路已知存在差异13,这可能影响最终分离所得神经元的组成比例。另外,在使用本方法时应考虑年龄因素,因为肌间神经丛中存在与年龄相关的神经元丢失现象,主要影响胆碱能神经元及其相应的胶质细胞,这种变化最早可在12月龄时观察到14。最后,当将本方案应用于其他动物物种时,需特别注意确保肌间神经丛随纵行肌层被完整剥离,而非残留于环形肌层上。
使用的组织
使用本方案可从回肠和结肠中分别培养神经元和胶质细胞。由于回肠可获取的组织量较多,且其纵行肌层较易与较厚的环形肌层分离,因此回肠组织的分离操作更为简便。在进行膜片钳记录或...
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作者声明不存在重大竞争利益。
美国国立卫生研究院资助项目 DA024009,DK046367 & T32DA007027
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 试剂 | |||
| Fisherbrand 细胞培养盖玻片(12 mm 直径) | Fisher Scientific | 12-545-82 | |
| Poly-D-lysine | Sigma | P6407- 5 mg | |
| 24孔细胞培养板 | CELLTREAT | 229124 | 可使用任意品牌 |
| Laminin | BD Biosciences | 354 232 | |
| ddH2O | 可在实验室配制 | ||
| 15 ml 无菌离心管 | Greiner Bio-one | 188261 | 可使用任意品牌 |
| 50 ml 无菌离心管 | Greiner Bio-one | 227261 | 可使用任意品牌 |
| NaCl | Fisher BioReagents | BP358-212 | MW 58.44 |
| KCl | Fisher BioReagents | BP366-500 | MW 74.55 |
| NaH2PO4 .2H2O | Fisher Chemicals | S369-3 | MW 137.99 |
| MgSO4 | Sigma Aldrich | M7506-500G | MW 120.4 |
| NaHCO3 | Sigma Aldrich | S6014-5KG | MW 84.01 |
| 葡萄糖 | Fisher Chemicals | D16-1 | MW 180.16 |
| CaCl22H2O | Sigma Aldrich | C5080-500G | MW 147.02 |
| F12 培养基 | Gibco | 11330 | |
| 胎牛血清 | Quality Biological Inc. | 110-001-101HI | 可使用任意品牌 |
| 抗生素/抗真菌素 100倍液 | Gibco | 15240-062 | |
| Neurobasal A 培养基 | Gibco | 10888 | |
| 200 mM L-谷氨酰胺 | Gibco | 25030164 | |
| 胶质细胞源性神经营养因子(GDNF) | Neuromics | PR27022 | |
| 尖头解剖剪刀 | Fisher Scientific | 8940 | 可使用任意品牌 |
| 解剖组织镊 | Fisher Scientific | 13-812-41 | 可使用任意品牌 |
| 棉签 | Fisher Scientific | 23-400-101 | 可使用任意品牌 |
| 250 ml 刻度玻璃烧杯 | Fisher Scientific | FB-100-250 | 可使用任意品牌 |
| 2 L 玻璃锥形瓶 | Fisher Scientific | FB-500-2000 | 可使用任意品牌 |
| 塑料棒(儿童画笔) | Crayola | 05 3516 | 可使用任意品牌 |
| Carbogen | Airgas | UN 3156 | 5% CO2 |
| 10 ml 鲁尔锁注射器 | Becton Dickinson | 309604 | 可使用任意品牌 |
| 21 G × 1 1/2 英寸皮下注射针头 | Becton Dickinson | 305167 | 可使用任意品牌 |
| 胶原酶 II 型 | Worthington | LS004174 | |
| 牛血清白蛋白 | American Bioanalytical | AB00440 | |
| 2 ml 微量离心管(Eppendorf 管) | Fisher Scientific | 13-864-252 | 可使用任意品牌 |
| Nitrex 网筛 500 µM | Elko Filtering Co | 100560 | 可使用任意品牌 |
| 移液器套装 | Fisher Scientific | 21-377-328 | 可使用任意品牌 |
| 磨刀石 | Fisher Scientific | NC9681212 | 可使用任意品牌 |
| 设备 | |||
| LabGard ES 425 生物安全柜(细胞培养罩) | Nuaire | NU-425-400 | 可使用任意品牌 |
| 10 L 摇动水浴锅 | Edvotek | 5027 | 可使用任意品牌 |
| 微量离心机 5417R | Eppendorf | 5417R | 可使用带尺寸适配器的单一大型离心机 |
| Allegra 6 系列离心机 | Beckman Coulter | 366816 | 可使用任意品牌 |
| HuluMixer 样品混合器 | Invitrogen | 15920D | |
| AutoFlow 水套式 CO2 培养箱 | Nuiare | NU-4750 | 可使用任意品牌 |
| 分析天平 | Mettler Toledo | XS104 | 可使用任意品牌 |
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