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Differenzierung embryonaler Stammzellen der Maus zu einer vernetzten Neuronenpopulation

July 8th, 2025

In This Article

Abstract

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Quelle: Hubbard, K. et al., Functional Evaluation of Biological Neurotoxins in Networked Cultures of Stem Cells derived Central Nervous System Neurons.J. Vis. Exp. (2015).

Dieses Video demonstriert eine Technik zur Differenzierung embryonaler Stammzellen in eine vernetzte Population von Neuronen mit funktionierenden Synapsen. Es werden die Schritte beschrieben, die an der Differenzierung embryonaler Stammzellen in Neuronen, der Induktion der Bildung neuronaler Netzwerke und der Anreicherung der Kultur mit vernetzten Neuronen beteiligt sind.

Protocol

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>1. Neuronale Differenzierung

HINWEIS: Führen Sie die Schritte 1.1 - 1.5 vor Mittag und Schritt 1.7 nach Mittag durch. Eine Übersicht über die Differenzierungsverfahren ist in Abbildung 1A dargestellt.

  1. 350 μl (3,5 x 106) Es-Zellen in eine 10 cm große Schale mit niedrigem Aufsatz mit 25 ml Differenzierungsmedium überführen. Auf einen auf 30 - 45 U/min eingestellten Orbitalschüttler in einem Gewebekultur-Inkubator bei 37 °C mit 5 % CO2 stellen. Dies ist der erste Tag der Differenzierung, der als Day in vitro (DIV) -8.
    bezeichnet wird. Anmerkung: Die Verwendung einer Schale mit extrem niedrigem Aufsatz erhöht die Kosten der Methode, führt jedoch zu etwas höheren Erträgen als bei bakteriellen Petrischale, da Aggregate gelegentlich an Petrischalen haften können. Werden unterschiedliche Schalengrößen bevorzugt, können mittlere Volumina und Zellzahlen entsprechend skaliert werden.
  2. Nach 48 Stunden (DIV -6) werden die differenzierenden Zellaggregate mit einer 25-ml-Pipette in ein konisches 50-ml-Röhrchen überführt. Geben Sie sofort frische 25 ml Differenzierungsmedium in die Petrischale.
  3. Lassen Sie die Zuschlagstoffe über 2 - 5 Minuten absetzen, wodurch ein sichtbares Pellet entsteht, das 1 - 2 mm tief ist. Ignorieren Sie einzelne Zellen oder kleine Aggregate, die in Suspension verbleiben. Saugen Sie das Medium vorsichtig an und übertragen Sie das Zellpellet mit einem P1000 zurück in die Petrischale. Auf einen Rotationsschüttler in einen Gewebekultur-Inkubator stellen.
  4. Bei DIV -4 wiederholen Sie Schritt 1.2. Das Pellet wird 2 - 4 mm tief sein. 30 ml Differenzierungsmedium, das mit 6 μM all-trans-Retinsäure (RA) zugesetzt ist, werden in die Petrischale gegeben. Kehren Sie für weitere 48 Stunden in den Rotationsschüttler in den Gewebekultur-Inkubator zurück.
  5. Wiederholen Sie bei DIV -2 Schritt 1.3. Das Pellet ist zu diesem Zeitpunkt 4 - 8 mm tief.
  6. Bereiten Sie bei DIV -1 die Beschichtungsoberflächen wie in Abschnitt 2 vor.
  7. Bei DIV 0 5 ml präaliquotiertes und gefrorenes NPC-Trypsinisierungsmedium bei 37 °C 5 - 10 min auftauen und in eine Gewebekulturhaube geben. Mit einer 25-ml-Pipette die differenzierenden Aggregate in ein konisches 50-ml-Röhrchen überführen. Lassen Sie die Zuschlagstoffe absetzen und saugen Sie das Medium vorsichtig an. Waschen Sie das Pellet zweimal mit 10 ml PBS, damit sich die Zuschlagstoffe zwischen den Wäschen absetzen können.
  8. Nach der zweiten PBS-Wäsche 5 ml NPC-Trypsinisierungsmedium zum Pellet geben und 5 min bei 37 °C inkubieren. Nach 2,5 min vorsichtig auf das Röhrchen schnippen.
  9. Fügen Sie 5 ml 0,1% Soja-Trypsin-Hemmer (STI) hinzu, um Trypsin zu inaktivieren, und mischen Sie durch Invertieren. 10 - 15 Mal mit einer 10 ml serologischen Pipette vorsichtig zermalen, bis eine relativ homogene Zellsuspension entsteht.
  10. Übertragen Sie die Zellsuspension langsam in ein 40 μm oder 70 μm Zellsieb, das auf einem konischen 50-ml-Röhrchen platziert ist. Sobald die gesamte Suspension filtriert wurde, fügen Sie 1 ml N2-Medium hinzu, um die verbleibenden Zellen durch den Filter zu waschen, und pelletieren Sie die dissoziierte Zellsuspension 6 Minuten lang bei 200 x g.
  11. Saugen Sie das Medium an, ohne das Pellet zu stören. Waschen Sie die Zellen zweimal mit 10 ml N2-Medium, pelletieren Sie die Zellen für 5 min bei 200 x g und verreiben Sie sie zwischen den Waschgängen mit einem P1000. Zählen Sie die Zellen vor dem zweiten Waschen mit einem Hämozytometer.
  12. Resuspendieren Sie Zellen in N2-Medium bei 1 x 107 Zellen pro ml und plattieren Sie ESNs mit einer Zelldichte von 150.000 - 200.000 Zellen/cm2.
  13. Neu plattierte ESNs bei 37 °C und 5 % CO2 in einen befeuchteten Gewebekultur-Inkubator überführen und wie in Abschnitt 3 aufbewahren.

>2. Vorbereiten von Kulturoberflächen für die Beschichtung von neuronalen Vorläufern bei DIV 0

  1. Bereiten Sie mit Gewebekulturen behandelte Gerichte mindestens 1 Tag vor dem Anrichten zu. Ausreichend Polyethylenimin (PEI; 25 μg/ml in sterilem H2O) oder Poly-D-Lysin (PDL; 100 μg/ml in sterilem H2O) zugeben, um mit Gewebekulturen behandelte Kunststoffschalen abzudecken und O/N bei 37 °C zu inkubieren.
  2. Am Morgen des Anrichtens das Geschirr zweimal mit doppelt destilliertem H2O und einmal mit PBS spülen. Fügen Sie nach dem letzten Waschen ausreichend N2-Medium hinzu, um die Schale zu bedecken (z. B. 1 ml pro Mulde einer 12-Well-Schale oder 4 ml pro 6-cm-Schale).
  3. Bereiten Sie mindestens
  4. einen Tag vor der Neuronenbeschichtung 18-mm-Glasdeckgläser vor. Reinigen Sie die Deckgläser durch Plasmareinigung für 4 Minuten.
  5. Gereinigte Deckgläser sofort auf einen mit Ethanol gewaschenen Parafilm am Boden einer großen sterilen Schale geben und 400 μl PEI- oder PDL-Lösung hinzufügen, die wie in Schritt 2.1 vorbereitet wurde. Inkubieren Sie O/N bei 37 °C in einem Gewebekultur-Inkubator.
  6. Waschen Sie die Deckgläser morgens dreimal mit Wasser und fügen Sie 5 μg/ml Laminin in PBS für 1 - 3 Stunden bei 37 °C hinzu. Bevor Sie Neuronen dissoziieren, aspirieren Sie das Laminin und geben Sie das Deckglas sofort in eine Vertiefung einer 12-Well-Schale mit 1 ml NPC-Medium, wobei Sie darauf achten müssen, dass die behandelte Seite nach oben zeigt.
  7. Lagern Sie Geschirr und Deckgläser bei 37 °C, bis die NPCs zum Anrichten bereit sind.

>3. Wartung von Neuronen

  1. Bei DIV 1 das Medium aspirieren und durch N2-Kulturmedium ersetzen.
  2. Bei DIV 2 und 4 das Medium aspirieren und durch B27-Kulturmedium ersetzen.
  3. Bei DIV 8 wird das Medium aspiriert und durch B27-Kulturmedium ersetzt, das mitotische Inhibitoren enthält, um kontaminierende nicht-neuronale Zellen zu eliminieren.
  4. Bei DIV 12 durch B27-Nährmedium ersetzen.
  5. Entfernen Sie DIV 12+ ESNs ab 5 % CO2 -Gehalt nicht, bis sie einsatzbereit sind.

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Results

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Abbildung 1. Suspensionsangepasste ESNs bleiben mitotisch stabil und exprimieren Marker für Pluripotenz.(A) Schema der ESC-Wartung und -Differenzierung. Das Vorhandensein oder Fehlen von Retinsäure (RA) oder Leukämie-Hemmfaktor (LIF) wird mit einem + oder – gekennzeichnet. Es wird ein Vergleich zwischen Tagen in vitro (DIV) und klassischen Entwicklungsstadien (DS) für pri...

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Disclosures

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Es wurden keine Interessenkonflikte angegeben.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Knockout-DMEMLebenstechnologienTel.: 10829-018Medien: ESC-Kulturmedium Formulierung und Hinweise: 500 mL
100x MEM NEAALebenstechnologienTel.: 11140-050Medien: bis zu 1 Monat bei 4 °C lagern Formulierung und Hinweise: 6 mL
200 mM L-Alanyl-L-GlutaminATCCNr. 30-21156 mL
ES-qualifiziertes FBSVerwendete StammzellenASM-500790 mL
100x AntibiotikaSigma-AldrichNr. A59553 mL
55 mM 2-MercaptoethanolLebenstechnologienArtikel-Nr.: 21985-0231,1 mL
107 Einheiten/ml LIFMilliporeESG110760 μL
Knockout-DMEMLebenstechnologienTel.: 10829-018Medium: ESC-Differenzierungsmedium Formulierung und Anmerkungen: 436,6 mL
100x MEM NEAALebenstechnologienTel.: 11140-050Medien: bis zu 1 Monat bei 4 °C lagern Formulierung und Hinweise: 5 mL
200 mM L-Alanyl-L-GlutaminATCCNr. 30-21155 mL
ESC-qualifiziertes SerumVerwendete StammzellenASM-500750 mL
100x AntibiotikaSigma-AldrichNr. A59552,5 mL
55 mM 2-MercaptoethanolLebenstechnologienArtikel-Nr.: 21985-0230,9 mL
Dulbecco's PBSSigma-AldrichNr. D8537Medien: NPC-Trypsinisierungsmedium Formulierung und Hinweise: 100 mL
0,5 M EDTA (18,3 %)Sigma-Aldrich3690Medien: in 5 mL einfrieren, aliquot Formulierung und Hinweise: 0,266 mL
TrypsinSigma-AldrichNr. T880250 mg
Polyethylenimin (PEI)Sigma-AldrichNr. P3143Medien: Oberflächenbeschichtungslösungen Formulierung und Hinweise: 2,5 μg/mL in H20
Poly-D-Lysin (PDL)Sigma-AldrichNr. 7280Medien: innerhalb von 1 Woche verwenden Formulierung und Hinweise: 100 μg/mL in H20
LamininSigma-AldrichNr. L20205 μg/mL in H20
DMEM/F12 + GlutaMAXLebenstechnologienArtikel-Nr.: 10565-018Medien: NPC-Kulturmedium Formulierung und Hinweise: 492,5 mL
100x N2 VitamineLebenstechnologienArtikel-Nr.: 17502-048Medien: bis zu 1 Monat bei 4 °C lagern Formulierung und Hinweise: 5 mL
100x AntibiotikaSigma-AldrichNr. A59552,5 mL
Neurobasal ALebenstechnologienTel.: 10888-022Medien: ESN-Kulturmedium Formulierung und Hinweise: 482,5 mL
50x B27 VitamineLebenstechnologienArtikel-Nr.: 17504-044Medien: bis zu 1 Monat bei 4 °C lagern Formulierung und Hinweise: 10 mL
200 mM L-Alanyl-L-GlutaminATCCNr. 30-21155 mL
100x AntibiotikaSigma-AldrichNr. A59552,5 mL
5-Fluor-2'-Desoxyuridin (5FDU)Sigma-AldrichNr. F0503Medien: 2000x Mitotische Inhibitoren aliquotieren und bei -20 °C lagern Formulierung und Hinweise: dd 150 mg 5FDU und 350 mg Uridin auf 10 mL Neurobasal A. Steriler Filter, aliquot und einfrieren. Verwenden Sie das 2000-fache im ESN-Kulturmedium.
UridinSigma-AldrichU3003
TrypLE Express TrypsinLebenstechnologienArtikel-Nr.: 12605-010Medien: Sonstiges Formulierung und Anmerkungen: bei RT lagern
DmsoSigma-AldrichNr. D8418Shop bei RT
Sojabohnen-Trypsin-Hemmer (STI)Sigma-AldrichNr. T6414bei -20 °C lagern
EthanolSigma-AldrichNr. E7023Shop bei RT
AscorbinsäureSigma-AldrichNr. A4403Bereiten Sie 100 mM Brühe vor, indem Sie 100 mg Ascorbinsäure in 5,7 ml 50:50 DMSO/Ethanol-Mischung auflösen.
Retinsäure (RA)Sigma-AldrichNr. R2625Resuspendieren Sie 15 mg RA in 9 mL 50:50 DMSO/Ethanol. Ergänzen Sie mit 1 mL 100 mM Ascorbinsäurebrühe. Aliquot und bei -80 °C gelagert. Stabil für 6 Monate.
Plasma-ReinigerHarrick PlasmaPDC-32G
Olympus IX51 inverses MikroskopOlympN/A
18 mm Deckgläser aus GlasFischerTel.: 12-545-84
Sieb für Zellen (40 μm)FischerTel.: 08-771-1
Stovall Bauchtänzerin ShakerFischerTel.: 15-453-211
Schalen mit geringer HaftungFischerTel.: 05-539-101Corning 3262
bakterielle GerichteVWRTel.: 25384-302100 x 15 mm
kg

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Embryonic Stem CellsNeuronal DifferentiationRetinoic Acid TreatmentCell AggregationTrypsin DissociationCell Strainer FiltrationCentrifugation ProtocolNeuronal Network FormationGrowth Factor SupplementationHemocytometer Counting

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