本文介绍了在胶质细胞单层上倒置培养于玻璃盖玻片的低密度原代海马神经元的培养方案。神经元层与胶质细胞层之间由石蜡蜡珠分隔。通过该方法培养的神经元适用于高分辨率光学成像和功能检测。
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本文介绍了在胶质细胞单层上倒置培养于玻璃盖玻片的低密度原代海马神经元的培养方案。神经元层与胶质细胞层之间由石蜡蜡珠分隔。通过该方法培养的神经元适用于高分辨率光学成像和功能检测。
在培养条件下研究单个神经细胞的结构和生理特性对于神经生物学研究至关重要,同时允许对单个细胞或特定神经网络进行灵活的遗传和化学操控。与完整的脑组织相比,这种简化的培养体系更易于进行操作。尽管目前已存在多种分离和培养原代神经元的方法,但每种方法均有其局限性。本实验方案描述了一种在玻璃盖玻片上培养低密度、高纯度的啮齿类动物胚胎海马神经元的方法,随后将这些盖玻片倒置悬于一层胶质细胞单层之上。这种“三明治培养”方式可在获得底层胶质细胞提供营养支持的同时,实现神经元群体的长期特异性生长。当神经元达到适当的年龄或成熟度后,可将神经元所在的盖玻片从胶质细胞培养皿中取出,用于成像或功能检测。采用该方法培养的神经元通常可存活数周,并发育出复杂的树突分支、突触连接以及具备网络活动特性。
大脑由复杂的神经元网络构成。通过选择性改变神经元的分子组成及其生理特性,可以研究单个神经元对网络活动和脑功能的贡献。与结构完整的脑组织相比,在培养的神经元中进行基因和化学操控相对更为简便,因为后者不受细胞异质性和组织复杂性的限制。培养的神经元能够发育出结构清晰的轴突和树突分支,并彼此之间形成广泛的突触连接。
尽管可以培养成年动物或神经系统其他区域的神经元,但胚胎海马神经元培养更常被选用,因其具有明确的锥体细胞群体且胶质细胞密度相对较低1,2。在低密度条件下培养的海马神经元特别适用于研究亚细胞定位、蛋白质转运、神经元极性以及突触发育。培养神经元也被广泛用于突触可塑性相关分子机制的研究3,4,5,6。对于某些出生后无法存活的、具有全身体质性基因敲除的小鼠,其神经元培养体系在研究特定基因在细胞和突触水平的功能方面尤为有用7。
与大脑中类似,培养的海马神经元依赖胶质细胞提供的营养支持。这使得其培养过程更为复杂,并促使人们发展出多种提供此类支持的方法。一种常用的方法是将神经元直接接种到单层胶质细胞上8,或允许从获取的海马组织中带入的污染性胶质细胞增殖,从而在神经元下方形成单层胶质细胞层9。尽管该方法已取得一定成功,但由此产生的神经元培养物纯度较低,不利于成像实验。另一种常用的神经元培养方法是完全省去胶质细胞饲养层,转而通过成分明确的生长培养基提供营养支持10。
本文介绍了神经元培养的"夹心"法或"Banker"法2,11。该方法包括将海马神经元接种在玻璃盖玻片上,随后将盖玻片悬置于由石蜡蜡珠分隔的胶质细胞单层之上。这种方法可在避免胶质细胞污染的同时,实现神经元群体的长期培养,并借助底层胶质细胞单层提供营养支持。当神经元达到足够的培养时间或成熟度时,可将承载神经元的盖玻片从胶质细胞培养皿中取出并翻转,用于成像或功能检测。
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所有使用实验动物的实验和方案均经曼尼托巴大学动物伦理委员会批准,并符合加拿大动物护理委员会的指南要求。
1. 仪器、缓冲液和溶液的准备
2. 胶质细胞培养制备
3. 盖玻片准备
4. 海马体解剖与神经元接种
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在此原代神经细胞培养的“三明治”法中,海马神经元(图3) 在胶质细胞层上生长(图1) 由石蜡珠分隔图2)。这可确保神经元选择性地在玻璃盖玻片上生长,胶质细胞污染极少,同时从生长在组织培养皿上的胶质细胞获得充足的营养支持。通常,神经元可在培养条件下维持 >3周后,细胞发育出广泛的分支结构,通过去磷酸化Tau蛋白和MAP2的免疫染色可分别清晰识别出发育良好的轴突和树突(图4成熟的神经元会发育出突触棘,可通过突触后标志物Drebrin1在这些区室中的特异性定位加以识别。这些突触棘与突触前特化结构紧密相邻,后者可通过突触小泡标志物Synapsin1的免疫染色进行鉴定。突触前与突触后位点的邻近关系表明,突触结构发育良好且定位准确。这些原代神经元非常适合用于神经元和突触的功能与结构研究,包括但不限于信号转导、神经元极性、亚细胞运输以及突触发育与可塑性等方面的研究。
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尽管神经元培养的"三明治"法已在其他文献中有详细描述2,11,但该实验方案中多个步骤仅用文字难以充分表述,可能导致希望采用该方法的研究人员感到困扰。
该方法可分为三个主要工作流程:胶质细胞培养、盖玻片制备以及神经元培养与维持。这三项准备对于获得高质量的神经元培养均至关重要,且需注意若干关键因素。在接种神经元之前,理想的胶质饲养层应为均一的星形胶质细胞群体,并达到50–70%的融合度,以确保胶质饲养层提供充足的营养支持。必须注意使星形胶质细胞培养物中其他细胞类型的污染降至最低,尤其是小胶质细胞,因其为松散贴壁且呈圆形的细胞。小胶质细胞会释放对神经元健康和存活有害的细胞因子12。血清(无论是马血清还是牛生长血清)在不同批次间可能存在差异,因此在确定使用某一特定批次前,应仔细筛选多个批次的血清。
盖玻片的制备是另一个重要步骤。玻璃的质量及其清洗所采用的方...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由CIHR MOP-142209基金资助,项目负责人为TJS。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 解剖器械 | |||
| 微型解剖剪刀 | Roboz | RS-5910 | |
| 微型解剖弹簧剪刀 | Roboz | RS-5650 | |
| 微型解剖弹簧剪刀 | Roboz | RS-5605 | |
| Dumont 镊子(#5) | Roboz | RS-5045 | |
| Dumont 镊子(#PP) | Roboz | RS-4950 | |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 备注 |
| 组织制备 | |||
| 胰蛋白酶(2.5%) | Gibco | 15-090-046 | |
| 胰蛋白酶-EDTA(0.25%) | Gibco | 25-200-072 | |
| Swinnex 滤器支架,25 mm | EMD Millipore | SX0002500 | 用作细胞滤筛。需先装配滤膜并进行高压灭菌 |
| 异氟烷 | Pharmaceutical Partners of Canada Inc. | CP0406V2 | |
| 血细胞计数板 | Hausser Scientific | 1492 | |
| Grade 105 镜头清洁纸 | GE Healthcare | 2105-841 | 用作细胞滤筛。需先在滤器支架中装配并进行高压灭菌 |
| 带棉塞的玻璃巴斯德吸管 | VWR | 14672-412 | |
| HEPES(1 M) | Gibco | 15-630-080 | |
| 不含钙、镁和酚红的汉克平衡盐溶液(HBSS,10x) | Gibco | 14-185-052 | |
| 玻璃巴斯德吸管 | VWR | 14672-380 | |
| 牛胰脱氧核糖核酸酶 I(Dnase) | Sigma-Aldrich | DN25-100mg | |
| 丁烷本生灯 | Wall-Lenk Mfg. Co. | Model 65 | |
| 离心机 | Eppendorf | 5810R | |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 备注 |
| 组织培养 | |||
| 青霉素-链霉素(10,000 U/mL) | Gibco | 15-140-122 | |
| 培养皿(100 mm) | Fisher | FB0875712 | |
| 培养皿(60 mm) | Fisher | FB0875713A | |
| 马血清 | Gibco | 16050-122 | 可替代BGS使用,但由于批间差异,每批均需测试。建议对血清进行热灭活处理。 |
| 氢氧化钠 | Fisher Scientific | S318-1 | |
| 丙酮酸钠 | Sigma-Aldrich | P2256 | |
| 最低必需培养基(MEM) | Gibco | 11-095-080 | |
| Neurobasal 培养基 | Gibco | 21-103-049 | |
| L-谷氨酰胺(200 mM) | Gibco | 25-030-081 | |
| GlutaMAX 补充剂 | Gibco | 35050061 | 可在NBG培养基中替代L-谷氨酰胺使用 |
| 培养皿(60 mm) | Corning, Inc | 353002 | |
| 培养瓶(75 cm^2) | Greiner Bio-One | 658170 | |
| 阿糖胞苷(Ara-C) | Sigma-Aldrich | C3350000 | |
| D-(+)-葡萄糖 | Sigma-Aldrich | G8270 | |
| 牛生长血清(BGS) | HyClone | SH3054103 | 使用前建议进行热灭活处理。 |
| B27 补充剂(50x) | Gibco | 17-504-044 | |
| 二甲基亚砜(DMSO) | Sigma-Aldrich | D8418-100ml | |
| 冻存管 | VWR | 89094-806 | |
| DL-2-氨基-5-膦酰戊酸(APV) | Sigma-Aldrich | A5282 | |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 备注 |
| 盖玻片制备 | |||
| 十水合四硼酸钠(硼砂) | Sigma-Aldrich | B9876-1KG | |
| 聚-L-赖氨酸氢溴酸盐 | Sigma-Aldrich | P2636 | |
| Histoplast 石蜡 | Fisher | 22-900-700 | |
| 重力对流烘箱 | VWR | 89511-404 | 用于方案中讨论的替代盖玻片清洗方法 |
| 超声波清洗机(超声仪) | Fisher Scientific | 15337400 | |
| 硝酸 | Anachemia | 62786-460 | |
| 陶瓷染色架 | Thomas Scientific | 8542E40 | 用于方案中讨论的替代盖玻片清洗方法 |
| 盖玻片 | Glaswarenfabrik Karl Hecht GmbH | 1001/18 | 制造商至关重要,因为神经元在低质量玻璃上贴附效果不佳 |
| 硼酸 | Sigma-Aldrich | B0252 | |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 备注 |
| 其他 | |||
| 无菌注射器滤器 | VWR | 28145-477 | 与BD注射器配合用于过滤除菌 |
| 注射器 | BD | 302832 | 与VWR无菌注射器滤器配合用于过滤除菌 |
| 水浴锅 | Fisher Scientific | 15-460-16Q | |
| 倒置显微镜 | Olympus | CKX41 | |
| 15 mL 锥形无菌离心管 | ThermoScientific | 339650 | |
| 50 mL 锥形无菌离心管 | ThermoScientific | 339652 |
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