深入了解小胶质细胞功能的努力因缺乏能够模拟成熟小胶质细胞特性的培养模型而受到阻碍 体内 小胶质细胞。本方案描述了一种分离与培养方法,旨在特定培养基条件下维持高度分支的成熟大鼠小胶质细胞的良好存活。
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深入了解小胶质细胞功能的努力因缺乏能够模拟成熟小胶质细胞特性的培养模型而受到阻碍 体内 小胶质细胞。本方案描述了一种分离与培养方法,旨在特定培养基条件下维持高度分支的成熟大鼠小胶质细胞的良好存活。
小胶质细胞占中枢神经系统(CNS)细胞总数的5–10%,因其在发育、稳态及疾病过程中的重要作用而日益受到关注。尽管巨噬细胞已被深入研究数十年,但作为CNS组织驻留型巨噬细胞的小胶质细胞,其特有特性在很大程度上仍不明确,部分原因在于体外培养难以重现成熟小胶质细胞的特性。本文介绍一种从成熟啮齿类动物脑组织中快速分离高纯度小胶质细胞的简便方法,并描述支持小胶质细胞长期高存活率的无血清培养条件。在该定义明确的培养体系中,小胶质细胞呈现出复杂的分支状突起并表现出动态的监视行为。我们展示了血清暴露对培养小胶质细胞的一些影响,并讨论了此类无血清培养体系与含血清培养体系以及体内小胶质细胞之间的比较 体内.
作为中枢神经系统实质中的巨噬细胞,小胶质细胞与广泛的神经元环路和胶质细胞信号网络相互作用。它们通过突触修剪、凋亡细胞清除以及与神经元突起的短暂接触,在大脑的发育和稳态维持中发挥关键作用1,2。小胶质细胞是神经系统损伤的早期响应者,会将其细长的突起延伸至损伤部位,协调炎症反应并限制出血3,4。在急性和慢性中枢神经系统损伤中,小胶质细胞的形态和功能改变普遍存在,并且在多种疾病状态下表现出形态、定位以及炎症介质表达的异常1。人类遗传学研究表明,在完整的中枢神经系统中,那些改变神经退行性疾病风险的基因突变通常主要或仅由小胶质细胞表达,提示小胶质细胞在疾病发生或进展中具有关键作用5。鉴于其在损伤和疾病中的突出作用,深入理解小胶质细胞生物学已成为开发新型治疗策略的优先方向。
小胶质细胞生物学领域的许多重要进展,源于对其他巨噬细胞群体研究中所发现的技术和机制的推演,包括培养方法、基因表达谱以及功能/形态状态的定义。尽管在中枢神经系统(CNS)环境中,普遍性的巨噬细胞功能常表现出出人意料的特点,但小胶质细胞本身具有高度特化性,呈现出分支状形态和独特的基因表达特征,使其区别于其他组织中的巨噬细胞6。小胶质细胞的谱系与其他大多数组织巨噬细胞不同;它们在胚胎早期原始造血阶段即定植于中枢神经系统,并在整个生命过程中自我更新,不依赖于定型造血的贡献7。成年小胶质细胞完整的成熟基因表达特征直到出生后第二周才完全建立8。周围组织提供的环境信号在决定组织特异性巨噬细胞特征方面起着重要作用6,在中枢神经系统中,这种环境特征还包括血脑屏障限制了血液来源因子的接触9。
完全理解小胶质细胞对中枢神经系统稳态及疾病作用的一个障碍,在于难以重现成熟小胶质细胞所具有的特化特性 体内 使用纯化的细胞 体外 已开发出多种方法用于分离和培养完整的小胶质细胞,但大多数方法依赖血清来维持细胞存活。我们已证明,添加血清——一种含有大量生物活性分子且本身具有批次间差异的试剂——在小胶质细胞操作中尤为成问题,因其可促进细胞呈现阿米巴样形态、增殖增加以及吞噬作用增强9 常被观察到 体内 当血脑屏障受损后,小胶质细胞暴露于血液来源的因子时。根据这些指标,暴露于血清的细胞类似于损伤或疾病状态下的小胶质细胞,但当小胶质细胞在含有CSF-1(或IL-34)、TGF-β、胆固醇和亚硒酸盐的定义明确的培养基中培养时,此类改变会减少。
本方案详细介绍了在无血清条件下培养幼年大鼠小胶质细胞的方法,相关内容见于近期发表的研究9。该方案已针对出生后第21至30天(P21–P30)的大鼠进行了优化,但也可调整用于从任意年龄的大鼠和小鼠中分离小胶质细胞,尽管细胞得率和总体活力会因动物种类和年龄而异。当使用稍不成熟的小胶质细胞(约P9)时,可获得最大得率和最佳活力,随着动物成熟,得率和活力逐渐下降至相对较低水平。小胶质细胞也可从小鼠中分离,但我们发现,在无血清培养条件下,与小鼠细胞相比,大鼠细胞的得率更高、活力更强,且分支形态更为复杂。本方案尚未评估年龄超过P50的动物。本免疫筛选分离方法已优化,旨在最小化分离过程中小胶质细胞转录谱的变化,并最大程度提高细胞后续的存活率。通过使用这些技术与培养基配方,可维持高活力的原代培养数周时间。在此条件下培养的小胶质细胞呈现高度分支的形态,具有突起快速伸展与回缩的特点,并且增殖速率相对较低。我们强调了血清暴露对这些特性的影响,并讨论了该方法相较于其他方法的优势与局限性。
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涉及啮齿类动物的所有操作均符合斯坦福大学指南,该指南遵循国家和州的法律法规及政策。所有动物操作均经斯坦福大学实验动物护理与使用委员会批准。
注意:所有溶液和缓冲液的组成均在材料表中提供。
1. 准备用于CD11b免疫平皿筛选的培养皿(第0天)
注意:每1-2个幼年大鼠脑准备1个免疫吸附皿。
2. 组织采集(第1天)
注意:本方案应耗时约 3 - 4 小时。
3. 机械解离(第1天)
4. 髓鞘去除(第1天)
注意:髓鞘去除法用于从出生后12天以上的动物中分离小胶质细胞。
5. 免疫吸附(第1天)
6. 点样包被组织培养板/盖玻片(第1天)
7. 用于RNA/蛋白质提取的铺板
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本方案描述了一种从幼年大鼠中培养高纯度分支状小胶质细胞的方法。使用未成熟、围产期及成年动物也可获得类似结果,如下文所述。由于细胞分离过程常包含细微的操作差异,且细胞容易死亡,因此我们设置了质量控制检查点,以帮助判断各个步骤是否成功。在分离方案的多个步骤中,我们通常使用血细胞计数板对细胞悬液进行监测(图1A)。成功的分离每只幼年动物可获得 2.5 - 5 x 105 个细胞。P7 至 P15 阶段的动物每只可获得接近 5 x 105 个细胞,而从 P30 以上年龄动物中分离的细胞产量则接近每只 2.5 x 105 个细胞。除了在整个方案过程中监测总细胞数量外,评估分离细胞的整体健康状态也十分重要。然而,由于以本方法分离的小胶质细胞在培养初期呈圆形或双极形态,因此判断其状态可能存在困难。为此,我们提供了 P25 小胶质细胞在分离后前 6 天于 TIC 培养基以及含 10% 胎牛血清(FCS)的 TIC 培养基中培养的相差显微图像(
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由于小胶质细胞作为中枢神经系统的哨兵免疫细胞,对环境变化高度敏感;因此,在分离和培养过程中必须格外小心,以尽量减少细胞内的炎症反应8。本方案通过操作速度和温度控制来实现这一目标。尽可能将细胞保持在冰上或4 °C条件下可显著降低细胞活化,因此所有离心步骤均在4 °C下进行,动物用预冷灌注缓冲液灌注,且本方案经过优化,以最大限度缩短从组织提取到细胞培养之间的时间。若需分析 freshly-isolated(新鲜分离)细胞的基因表达模式,应在胰酶消化前直接从CD11b免疫贴壁培养皿中收集细胞裂解物,以将分离过程诱导的变化降至最低。需要注意的是,即使经过谨慎分离的小胶质细胞,在置于温暖环境后也会立即启动炎症反应,这可能是由于识别了与分离操作本身固有相关的损伤相关信号所致。若本方案成功执行,预期每只幼年大鼠可获得2.5 - 5 × 105个细胞。
本文提供的细胞分离方案在从灌注过的中枢神经系统(CNS)中分离CD11b+细胞方面具有高度特异性9。尽管该细胞群体主要由小胶质细胞...
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作者声明,本研究是在不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
本工作由脊髓损伤国际研究协会(Christopher and Dana Reeve Foundation)、Miriam博士和Sheldon G. Adelson医学研究基金会、JPB基金会、诺华基础研究所、Vincent和Stella Coates的慷慨捐助,以及Damon Runyon癌症研究基金会(DRG-2125-12)提供支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 大鼠:Sprague-Dawley | 查尔斯河 | 货号# 400 | |
| 小鼠抗大鼠 CD11b 单克隆抗体(克隆株 OX42) | 伯乐(Bio-Rad) | 货号 MCA275R | 贴壁:1:1,000;染色:1:500 |
| 山羊多克隆抗Iba1 | Abcam | 货号 AB5076 | 染色:1:500 |
| 兔多克隆抗-Ki67 | Abcam | 货号 AB15580 | 染色:1:500 |
| Alexa Fluor 驴抗小鼠 594 | Invitrogen | 货号# 11055 | 染色:1:500 |
| Alexa Fluor 驴抗山羊 488 | Invitrogen | 货号 A-21203 | 染色:1:500 |
| Alexa Fluor 驴抗兔 647 | Invitrogen | 货号 A-31573 | 染色:1:500 |
| Triton-X(免疫细胞化学染色中的去垢剂) | Thermo Fisher | Cat# 28313 | |
| 硫酸乙酰肝素 | Galen 实验室用品 | 货号 GAG-HS01 | |
| 肝素 | Sigma | 货号 M3149 | |
| 脱脂乳蛋白胨 | Sigma | 货号 P6838 | |
| TGF-β2 | Peprotech | 货号 100-35B | |
| 小鼠 IL-34 | R&D Systems | 货号 5195-ML/CF | |
| 绵羊羊毛胆固醇 | Avanti Polar Lipids | 货号 700000P | |
| IV型胶原蛋白 | 康宁 | 货号 354233 | |
| 油酸 | Cayman Chemicals | 货号# 90260 | |
| 11(Z)二十碳二烯酸(戈多酸) | Cayman Chemicals | 货号# 20606 | |
| Calcein AM 染料 | Invitrogen | 货号 C3100MP | |
| Ethidium homodimer-1 | Invitrogen | 货号 E1169 | |
| DNaseI | 沃辛顿 | 货号# DPRFS | |
| Percoll PLUS | GE Healthcare | Cat# 17-5445-02 | |
| 胰蛋白酶 | Sigma | 货号 T9935 | |
| DMEM/F12 | Gibco | Cat# 21041-02 | |
| 青霉素/链霉素 | Gibco | 货号 15140-122 | |
| 谷氨酰胺 | Gibco | Cat# 25030-081 | |
| N-乙酰半胱氨酸 | Sigma | 货号 A9165 | |
| 胰岛素 | Sigma | 货号 16634 | |
| 脱铁转铁蛋白 | Sigma | 货号 T1147 | |
| 亚硒酸钠 | Sigma | 货号 S-5261 | |
| DMEM(高糖) | Gibco | 货号 11960-044 | |
| Dapi Fluoromount-G | Southern Biotech | 货号 0100-20 | |
| 聚-D-赖氨酸 | Sigma | 货号 A-003-E | |
| Primaria 培养板 | VWR | 货号 62406-456 | |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
| 储备试剂 | |||
| Apo-转铁蛋白 | 重建:在 PBS 中配制成 10 mg/mL 使用浓度:1:100 储存:-20°C | ||
| N-乙酰半胱氨酸 | 复溶:5 mg/mL,溶于H2O 使用浓度:1:1,000 储存:-20°C | ||
| 亚硒酸钠 | 复溶:2.5 mg/mL,溶于H2O 使用浓度:1:25,000 储存:-20°C | ||
| IV型胶原蛋白 | 重建:200 μg/mL in PBS 使用浓度:1:100 储存:-80°C | ||
| TGF-β2 | 重悬:在 PBS 中重悬至 2 mg/mL 使用浓度:1:1,000 储存:-20°C | ||
| IL-34 | 重建:200 μg/mL in PBS 使用浓度:1:1,000 储存:-80°C | ||
| 绵羊羊毛胆固醇 | 复溶:1.5 mg/mL,溶于100%乙醇 使用浓度:1:1,000 储存:-20°C | ||
| 硫酸乙酰肝素 | 重悬:1 mg/mL,溶于H2O 使用浓度:1:1,000 储存:-20°C | ||
| 油酸/芥酸 | 重悬:芥酸:0.001 mg/mL;油酸:0.1 mg/mL,溶于100%乙醇 使用浓度:1:1,000 储存:-20°C | ||
| 肝素 | 重悬:50 mg/mL,PBS中 使用浓度:1:100 储存:-20°C | ||
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
| 溶液 | |||
| 灌注缓冲液 | 配方:50 μg/mL 肝素,溶于含 Ca++ 和 Mg++ 的 DPBS++(PBS) 注释:冰浴时使用 | ||
| Douncing 缓冲液 | 配方:200 μ0.4% DNaseI 溶于 50 mL DPBS++ 中的溶液 注释:冰浴时使用 | ||
| 平皿缓冲液 | 配方:2 mg/mL 牛奶固体蛋白胨溶于 DPBS++ | ||
| 小胶质细胞生长培养基(MGM) | 配方:DMEM/F12,含100单位/毫升青霉素、100 μg/mL 链霉素,2 mM 谷氨酰胺,5 μg/mL N-乙酰半胱氨酸,5 μ微克/毫升胰岛素,100 μg/mL 脱铁转铁蛋白,以及 100 ng/mL 硒酸钠 注释:使用预冷的MGM从免疫平皿中洗脱微胶质细胞。 | ||
| IV型胶原蛋白包被 | 配方:含有2的MGM μg/mL 胶原蛋白 IV | ||
| 髓鞘分离缓冲液 | 配方:9 mL Percoll PLUS,1 mL 不含 Ca++ 和 Mg++ 的 10x PBS,9 μL 1 M CaCl2, 5 μL 1 M MgCl2 注释:添加后充分混匀 CaCl2 和 MgCl2 | ||
| 含TGF-β2/IL-34/胆固醇的生长培养基(TIC) | 配方:MGM 培养基含人 TGF-β2 2 ng/mL、小鼠 IL-34 100 ng/mL、1.5 μg/mL 羊毛胆固醇,10 μg/mL 肝素硫酸酯,0.1 μg/ml 油酸,以及 0.001 μg/ml 十一碳烯酸 注意事项:务必向已预热至 37℃ 的培养基中添加胆固醇 °C 且不超过 1.5 μg/mL,否则会析出沉淀。含胆固醇的培养基不得过滤。在加入细胞前,将TIC培养基置于10% CO2环境中平衡30分钟至1小时,以确保最佳pH值。 |
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