细胞培养模型能够对环境条件进行精确控制,因此为阐明神经元细胞生物学的诸多方面提供了一个强大的平台。我们描述了一种快速、经济且可靠的方法,用于从鸡胚中分离、解离和培养感觉神经元。本文还提供了基质制备和免疫细胞化学的详细步骤。
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细胞培养模型能够对环境条件进行精确控制,因此为阐明神经元细胞生物学的诸多方面提供了一个强大的平台。我们描述了一种快速、经济且可靠的方法,用于从鸡胚中分离、解离和培养感觉神经元。本文还提供了基质制备和免疫细胞化学的详细步骤。
神经元是具有多种功能的细胞,负责传递对感觉、运动、学习和记忆等多种生理功能至关重要的信息。由于神经元结构复杂、所处环境多样且动态变化,以及技术上的限制,在活体(in vivo)条件下研究神经元具有较大挑战性。因此,体外(in vitro)研究神经元有助于揭示其复杂的生物学特性。细胞培养模型具有明确可控的特性,可对环境条件和实验变量进行精确调控。本文描述了如何从鸡胚中分离、解离并培养原代神经元。该方法快速、经济,并能获得生长状态良好的感觉神经元。该流程可稳定获得神经元高度富集的培养物,非神经元细胞极少(少于5%)。原代神经元在未经处理的玻璃或组织培养塑料表面贴附性差,因此本文详细介绍了两种含层粘连蛋白(laminin)的明确培养基底的制备方法,用于神经元接种。培养的神经元适用于多种细胞与分子生物学技术,包括共免疫沉淀、活细胞成像、RNA干扰(RNAi)和免疫细胞化学。本文还优化并描述了在这些培养神经元上进行双重免疫细胞化学染色的实验步骤。
神经元是复杂的细胞,负责传递对多种功能至关重要的信息,包括感觉、视觉、运动、学习和记忆。与其他类型的细胞不同,神经元会延伸出类似手臂的突起,称为轴突,形成用于信息传递的关键神经通路。在发育过程中,生长中轴突顶端存在一种特殊结构,称为生长锥,它通过响应一系列细胞外信号引导轴突到达正确的靶位。目前,人们对生长锥导向行为背后的复杂分子机制尚未完全理解。为了更深入地研究这些机制,研究人员已采用细胞培养模型,在明确且简化的体外(in vitro)环境中研究神经元。对培养神经元的研究1极大地推动了我们对神经元细胞生物学的理解,包括:神经元分化2、细胞骨架动力学、内吞作用与运输 、树突调控3,4 、轴突再生5,以及神经病变等临床状况6。此外,培养的神经元非常适合多种研究技术,包括免疫细胞化学、细胞表面共免疫沉淀、蛋白质印迹(Western blot)、转染、RNA干扰(RNAi)以及活细胞成像,例如对生长锥运动进行延时分析。因此,原代神经元培养是一种强有力的手段,可用于阐明神经元细胞生物学的诸多方面。
细胞培养模型使研究者能够精确控制环境条件和变量。例如,可轻松调控神经元接种(并生长)所用的基质。本文提供了两种不同基质的详细制备方法:一种含有低浓度层粘连蛋白-1,另一种则含有饱和浓度的层粘连蛋白-1。令人意外的是,同一种分子的不同浓度可对神经元的内部状态及其细胞表面组成产生显著影响。例如,在这两种基质上接种的神经元,其细胞内cAMP水平和细胞表面整联蛋白水平均存在显著差异7,8。其他研究还表明,包括纤连蛋白和硫酸软骨素蛋白聚糖在内的其他分子也会影响细胞表面分子的表达及神经元的运动能力7-11。此外,神经营养因子和神经趋向性分子等可溶性分子同样会影响细胞膜组成和神经元运动能力12-16,并且在细胞培养模型中可被方便而精确地调控。
本文介绍了从鸡胚中分离和培养离解感觉神经元的方法。该方法已被用于神经生物学领域的重大突破研究,包括轴突生长5,7,8,10,11,16-21 并根据设计用于分离神经节细胞的方案进行了修改22该方法具有多项优势。首先,鸡背根神经节(DRG)发育的许多特征已被充分表征,包括神经元生成、轴突延伸以及蛋白质表达谱的时间进程2,23-28,从而为构建富有信息量的内容提供了有益的基础 体外 实验。其次,与使用完整的背根神经节外植体(包含神经元和非神经元细胞)和/或含有解离神经元及非神经元细胞的混合培养方法相比,解离的神经元培养可使研究者更直接地研究神经元。第三,本文所述方法操作简便、成本低廉,适合本科生参与。因此,该技术既可用于科研,也可用于教学。此外,对本方案进行轻微修改后,应能快速高效地从除背根神经节以外的其他来源纯化神经元。例如,可对本方法进行调整,以获得来自其他组织(如胚胎前脑或脊髓)的神经元富集培养物。
针对这些解离的神经元培养物,免疫细胞化学实验方案已得到优化,并在此详细描述。文中提供了针对神经细胞黏附分子(NCAM)和β1整合素的双重免疫细胞化学实验步骤。通过这些免疫细胞化学方法获得的数据已被用于研究培养神经元中多种分子的空间分布模式及表达强度8,16。
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1. 盖玻片准备:酸洗和烘烤
2. 鸡胚解剖及背根神经节的分离
3. 背根神经节神经元的分离、富集与培养——第一部分
4. 用层粘连蛋白-1 包被经酸洗和烘烤的盖玻片
ABS 280 = (浓度 mg/ml)×(蛋白质的消光系数)
层粘连蛋白-1 的消光系数为 0.86。
5. 背根神经节神经元的解离、富集与培养——第二部分
6. 免疫细胞化学
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本方案可使研究人员培养出富含解离胚胎感觉神经元的细胞群体,其中非神经元细胞极少(例如,<5%)7,8,10,16。可从腰骶部、胸部和颈部区域获取大量背根神经节(DRG)。根据研究人员的需求,可轻松分离这些不同解剖区域的DRG。例如,图1展示了鸡胚在不同解剖阶段的图像,其中腰段DRG在图1C和图1D中被标出,胸段DRG则在图1E和图1F中显示。
通过免疫细胞化学方法可轻松标记培养的细胞。此处,培养的细胞经针对 β1 整合素和 NCAM 的抗体进行免疫染色(图2)。令人惊讶的是,如果将载玻片水平放置于 4 °C 并避光保存,我们能够在完成这些免疫细胞化学实验后长达一年内仍观察到荧光染色信号。然而,免疫细胞化学染色的持久性需由使用者根据具体抗体进行确定。
根据神经元的密度,也可以观察到延伸的神...
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本文介绍了从鸡胚中分离和培养离体感觉神经元的详细方案。该方法可在体外获得大量生长旺盛的神经元群体in vitro7,8,10,16。多种细胞和分子技术均可应用于这些培养的神经元,包括本文所述的免疫细胞化学技术。该方案最近被用于定量评估感觉神经元生长锥中免疫标记的活化整合素的强度8,16。在先前的研究中,使用一款软件程序精确绘制出生长锥远端20微米部分的轮廓,该轮廓基于NCAM染色结果生成。由于NCAM在神经元中广泛表达,该软件能够识别整个生长锥,而非仅识别其局部区域。随后,该生长锥轮廓被定义为感兴趣区域,软件进一步评估该区域内整合素染色的强度。通过这种方法,可轻松测量培养的感觉神经元中特定区域内目标蛋白的表达强度。
为了获得可靠的结果,提供以下建议。首先,在步骤 1.4–1.6 中经 HCl 孵育后,务必用清水充分清洗盖玻片,否则如层粘连蛋白-1(laminin-1)等分子在盖玻片上无法均匀分散。其次,在胰蛋白酶消化后(步骤 3.5),需确认背根神经节(DRG)细胞已充分解离,否则将形成细胞团块,从而降低神经元纯度。第三...
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作者无任何利益冲突需要披露。
我们感谢 Alison Philbrook、Belinda Barbagallo 和 Michael Francis 对本文提出的深刻见解。本出版物报道的研究工作得到了 MLL 获得的 R15 AREA 项目资助 1R15NS070172-01A1 的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 无菌小培养皿(35 mm) | Corning | 430165 | |
| 无菌大培养皿(100 mm) | Falcon | 353003 | |
| 无菌大平皿(100 mm) | VWR | 89000-302 | |
| 玻璃平皿(100 mm) | VWR | D108962 | |
| 精细镊子 | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| 标准镊子 | Fine Science Tools | 1100-12 | |
| 盖玻片(22 × 22 mm) | Fisher | 12 518 105K | 厚度0.13–0.17 mm最适用于显微镜观察 |
| 瓷制盖玻片架 | Thomas Scientific | 8542E40 | |
| 胎牛血清 | Gibco | 17502-048 | 每500 ml Ham's F12培养基中加入50 ml分装 |
| HCl | VWR | VW3204-1 | 使用浓度为2 M,弃置前可使用两次 |
| NaCl | Sigma | S9888 | 用于制备层粘连蛋白-1储备液的5 M NaCl溶液 |
| 层粘连蛋白-1 | Invitrogen | 23017-015 | 加入72 µl无菌5 M NaCl溶液,分装为50 µl每份 |
| 15 ml锥形管 | cell treat | 229411 | |
| PBS CMF 10x | Gibco | 14200 | 使用时稀释至1x,用无菌Millipore过滤水稀释 |
| PBS 10x | Gibco | 14080 | 使用时稀释至1x,用无菌Millipore过滤水稀释 |
| Ham's F12 | Lonza | 12-615F | |
| 胎牛血清白蛋白(BSA) | Gibco | 10438 | 在F12HS20中使用浓度为10% |
| HEPES | Sigma | H3375 | 用蒸馏水配制无菌1 M溶液,在F12培养基中稀释至终浓度为10 mM |
| 青霉素/链霉素 | Sigma | P0781 | 在500 ml F12培养基中加入5 ml |
| NT3 | Millipore | GF031 | 加入1 ml无菌Millipore水,无菌条件下分装,-20 °C保存,在F12H培养基中使用终浓度为10 ng/ml,存放于-20 °C非除霜冰箱中 |
| NGF | RnD Systems | 256-GF | 加入1 ml含0.1% BSA的无菌1x PBS,无菌条件下分装,-20 °C保存,在F12H培养基中使用终浓度为10 ng/ml |
| L-谷氨酰胺 | Sigma | G7513 | 无菌条件下分装,-20 °C保存,在F12H培养基中使用终浓度为200 mM |
| 胰蛋白酶 | Sigma | T4049 | 无菌条件下分装,-20 °C保存 |
| 牛血清白蛋白(BSA) | Gibco | 15260 | |
| 其他所需物品:常规解剖器械,包括玻璃巴斯德移液管、受精白来航鸡卵、检卵孵育箱(加湿,37 °C)、细胞培养箱(加湿,37 °C)、层流罩、双目光学解剖显微镜 | |||
| 免疫细胞化学试剂表 | |||
| 蔗糖 | Sigma | S9378 | 用于固定液(4%多聚甲醛,30%蔗糖,2x PBS) |
| 曲拉通X-100 | Sigma | T-8787 | |
| 多聚甲醛 | Sigma | P6148 | 用于固定液(4%多聚甲醛,30%蔗糖,2x PBS) |
| Fluoromount G | Southern Biotech | 0100-01 | |
| 正常山羊血清 | Life Technologies | PCN500 | |
| 显微镜载玻片 | VWR | 16004-430 | |
| 一抗表 | |||
| 抗NCAM抗体 | Millipore | AB5032 | 多克隆 |
| 抗活化β1整合素抗体 | Millipore | MAB19294 | 单克隆 |
| 二抗表 | |||
| 山羊抗小鼠IgG Alexa 488 | Life Technologies | A11001 | |
| 山羊抗兔IgG Alexa 548 | Life Technologies | A11036 |
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