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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Wir demonstrieren ein Zellkulturprotokoll für die direkte Untersuchung von neuronalen und glialen Komponenten des enterischen Nervensystems. Eine Neuron/Glia-Mischkultur auf Deckgläsern wird aus dem myenterischen Plexus einer adulten Maus hergestellt und bietet die Möglichkeit, die Funktion einzelner Neuronen und Gliazellen elektrophysiologisch, immunhistochemisch usw. zu untersuchen.
Die enterale Nervensystem ist ein riesiges Netz von Neuronen und Gliazellen, die die Länge des Magen-Darm-Trakt, die funktionell steuert gastrointestinalen Motilität. Ein Verfahren zur Isolierung und Kultivierung von einer gemischten Population von Neuronen und Gliazellen aus dem Plexus myentericus beschrieben. Die primären Kulturen kann für mehr als 7 Tage gehalten werden, mit Verbindungen zwischen den Neuronen entwickeln und Gliazellen. Die Längsmuskel Streifen mit dem beigefügten myentericus Plexus aus dem zugrunde liegenden kreisförmigen Muskel der Maus Ileum oder Kolon abgestreift und einer enzymatischen Verdauung. In sterilen Bedingungen werden die isolierten neuronalen und Gliazellen Bevölkerung im Pellet nach Zentrifugation erhalten und plattiert auf Deckgläsern. Innerhalb von 24-48 Stunden, tritt Neuritenwachstum und Neuronen kann durch pan-neuronalen Marker identifiziert werden. Nach zwei Tagen in Kultur isolierten Neuronen feuern Aktionspotentiale durch Patch-Clamp-Studien beobachtet. Darüber hinaus können auch magensaftresistente Glia identif seinied von GFAP-Färbung. Ein Netzwerk von Neuronen und Gliazellen in enger Apposition bildet innerhalb von 5 - 7 Tage die. Enteric Neuronen können individuell und direkt untersucht mit Methoden wie Immunhistochemie, Elektrophysiologie, Kalzium-Imaging und Single-Cell-PCR. Darüber hinaus kann dieses Verfahren in genetisch veränderte Tiere durchgeführt werden. Diese Methode ist einfach durchzuführen und kostengünstig. Insgesamt macht dieses Protokoll die Komponenten des enteralen Nervensystems in einem leicht manipuliert Weise, so dass wir Ihnen besser entdecken Sie die Funktionalität der ENS in normalen und Krankheitszuständen.
Das enterische Nervensystem (ENS) ist groß Netzwerk von Nerven und Gliazellen, die die gesamte Länge des Magen-Darm-Trakt (GI) verläuft. Die ENS funktionell steuert alle Aspekte der Verdauung, darunter Peristaltik, Flüssigkeitsaufnahme / Sekretion, Gefühl von Stimuli, etc (für eine Übersicht siehe 1). Es enthält über 500 Millionen Nervenzellen, mehr als im Rückenmark gefunden, und enthält jede Klasse Neurotransmitter im Gehirn gefunden. Darüber hinaus ist die ENS einzigartig, dass es reflexiv funktionieren, ohne Eingabe von dem zentralen Nervensystem 2. Verständnis der ENS ist von entscheidender Bedeutung, nicht nur, um seine normale physiologische Rolle zu verstehen, aber ihr Engagement in einer Vielzahl von Neuropathien, die angeboren (Morbus Hirschsprung), erworben (Chagas), sekundäre Krankheitszuständen (diabetischer Gastroparese), Drogen verstehen können induzierte (Opioid Darm-Syndrom), oder wegen der Verletzung (postoperative Ileus) 1. Darüber hinaus können enterischen Neuronen eine erneute seinservoir für virale Infektion (Varizella-Zoster) 3. Wegen seiner Ähnlichkeit mit dem Gehirn und der hohen Konzentration von Serotonin im Darm, Medikamente bei der Behandlung des zentralen Nervensystems Mängel gerichtet haben oft unerwünschte Nebenwirkungen auf das ENS 2. Bemerkenswert ist auch, dass viele Neuropathien wie Alzheimer-Krankheit und Parkinson-Krankheit ähnliche zelluläre Veränderungen in den Neuronen magensaftresistente lange vor ihrem Auftritt in zentralen Neuronen zeigen, was die ENS ein zugängliches Modell, um die Pathogenese dieser Erkrankungen 4 studieren. Daher ist ein umfassendes Verständnis der ENS eine Notwendigkeit für das Verständnis Krankheitszuständen und Verhinderung / Vorhersage pharmakologischen Nebenwirkungen.
Die Neuronen des ENS wurden traditionell in der Meerschweinchen mit wholemount Vorbereitungen 5-7 oder 8 kultivierten Neuronen untersucht. Trotz der Leichtigkeit, mit der Nervenzellen in diesem großen Tier untersucht werden können, hat dieses Modell viele Einschränkungen einschließlichMangel an genetisch veränderten Stämme, Mangel an spezifischen Reagenzien zu dieser Spezies, und der hohen Kosten, die mit der Bestellung und beherbergt diese Themen verbunden. Die Entwicklung eines murinen enterale Nervensystem Modell hat den einzigartigen Vorteil der verschiedenen Knock-out-Systeme, eine breite Palette von anderen etablierten Methoden, die in Verbindung mit der Zellkultur-Technik verwendet werden können, und die Fähigkeit, eine Validierung für die Meerschweinchen-Modell bieten .
Die äußere Plexus myentericus (zwischen der Längs-und Ringmuskulatur), die hauptsächlich verantwortlich für die Peristaltik des Darms Aktionen ist, sowie die submuköse und Schleimhaut-Plexi, (: Das ENS besteht aus drei Plexi, die die Länge des Magen-Darm-Trakt führen umfasste gefunden unter und innerhalb der Schleimhaut, jeweils), die im Wesentlichen steuert Flüssigkeitsaufnahme / Sekretion und Nachweis von Stimuli 1. Dieses Verfahren beginnt mit der Isolierung des Längsmuskel / myenteric Plexus (LMMP) Herstellung durch AbziehenAus der äußeren Muskulatur des Magen-Darm-Trakt. Diese dramatisch verkürzt sich auf Kontamination Probleme, die bei der Schleimschicht in der Isolierung beteiligt ist auftreten. Dadurch ist dieses Verfahren ideal für die Untersuchung der neuronalen Steuerung der Motilität anstatt sekretorischen Aktionen des ENS.
Die hier vorgestellte Methode Ergebnisse in einer Mischkultur von enterischen Neuronen und Gliazellen. Mindestens zwei verschiedene Arten von Neuronen sind auf vorherige elektrophysiologischen und immunozytochemische Beobachtungen 9 basiert. Die Anwesenheit von Glia ist sehr vorteilhaft, da sie nicht nur ein wichtiger Zelltyp in ihrem eigenen Recht zu studieren, aber sie tragen zum Überleben der Neuronen 10 magensaftresistente und pflegen nativen Rezeptor-Expression auf der neuronalen Zelloberfläche 11. Darüber hinaus kann Mängel magensaftresistente Glia zu abnormen gastrointestinale Motilität Krankheitszuständen, geprägt 'Neuro-gliopathies "12 führen. Daher legte die ENS Kultur hier rrgebnisse in mehreren Zelltypen, die reif für die Untersuchung sind.
Die Vorteile dieser Methode sind einfache Isolation, preiswertes Tool Anforderungen, und eine kurze Zeit, um die Technik von erfahrenen Labor-Mitarbeiter zu meistern. Einschränkungen der Methode sind insgesamt gering Zellausbeute von hoher Gewebe Volumen und den Ausschluss von ENS Neuronen aus Schleimhaut und Submukosa Plexi. Dieses Verfahren wird als sehr vorteilhaft für Wissenschaftler, spezialisiert auf Elektrophysiologie, Immunhistochemie, single-cell PCR und andere Methoden.
Alle Tierpflege und experimentellen Verfahren waren in Übereinstimmung mit und Zustimmung durch die Institutional Animal Care und Use Committee an der Virginia Commonwealth University.
1. Herstellung von sterilen Poly-D-Lysin und Laminin beschichteten Deckgläschen in 24-Well-Platten
2. Rechtzeitige Vorbereitung von Neuron Isolation Solutions
3. Ernte Längsmuskel / myenterischen Plexus (LMMP) Herstellung von Mice
4. Digest LMMP
Unmittelbar nach der Isolierung von LMMP-abgeleiteten Zellen werden Neuronen und andere Zelltypen nicht ohne weiteres erkennbar sein. Lebende, runde Zellen mit undeutlichem Phänotyp sind ebenso zu sehen wie Gewebereste von unvollständig verdauten Gewebsfragmenten und Bindegewebe. Dieses Treibgut geht uns nichts an und wird mit dem ersten Medienwechsel in zwei Tagen weitgehend abgebaut. Versuchen Sie nicht, die Objektträger vorher zu reinigen, da sonst auch die gesunden, lebensfähigen Zellen entfernt werden.
Nach einem Tag in Kultur beginnen die Neuronen ein Neuritenwachstum zu zeigen. Die genaue Identifizierung von Neuronen kann zu diesem Zeitpunkt noch unklar sein. Vorausgesetzt, die Zellen sind adhärent genug, um in eine Experimentierkammer überführt zu werden, sind sie nach einem Tag Kultur bereit für elektrophysiologische Untersuchungen. Die Zellen sind jedoch nach zwei Tagen in Kultur adhärenter und ideal für Funktionsstudien (Elektrophysiologie, Calcium-Bildgebung) von etwa den Tagen 2 bis 5.
Morphologische Merkmale des Neurons werden nach etwa einer Woche in Kultur deutlich (Abbildung 1). Ideale immunzyktochemische Merkmale können nach etwa zehn Tagen identifiziert werden, wenn die Neuronen lange Fortsätze aufweisen und in einer fast "ganglionären" Weise wachsen, die von Gliazellen durchsetzt ist (Abbildung 2). Diese Färbung deutet darauf hin, dass es möglich sein könnte, die synaptischen Interaktionen dieser Zellen mit dieser Methode zu untersuchen.
Nach einem Tag in Kultur erkennt man Neuronen an ihrer conditio sine que non oder 'definierenden Eigenschaft', dem Aktionspotential (Abbildung 3). Elektrophysiologisch lassen sie sich funktionell in mindestens zwei neuronale Typen einteilen: Neuronen, die eine Nachhyperpolarisation und erhöhte Strom-/Dichteverhältnisse von Natrium und Kalium aufweisen, und Neuronen, die keine Nachhyperpolarisation und eine deutlich geringere Natrium- und Kaliumleitfähigkeit aufweisen (Abbildung 4). AHP-positive und -negative Neuronen scheinen mit AH- und S-Neuronen zu korrelieren, die in früheren Guinea-Arbeiten beobachtet wurden. AHP-positive Neuronen (AH-Neuronen) haben mehrere lange Projektionen, die aus dem Zellkörper stammen, während die AHP-negativen Neuronen (S-Neuronen) eine lange Projektion haben, die sich viele Male verzweigt. Dies, in Verbindung mit der immunzytochemischen Kodierung in Abbildung 1, deutet darauf hin, dass die neuronale Population sehr heterogen ist.

Abbildung 1. Immunhistochemische Charakterisierung von enterischen Neuronen und Gliazellen, die aus dem Längsmuskel der Maus isoliert wurden. Die konfokale Mikroskopie zeigte eine neuronale Färbung von neuronalen β-III-Tubulin (Abcam, Kaninchen, 1:1.000) in der gesamten Präparation des ilealen Längsmuskels (A) des Mount Ileums. Zellen, die aus Präparaten des longitudinalen Muskels/Myenterusplexus (LMMP) isoliert wurden, enthalten Neuronen (B; β-III-Tubulin, Abcam, Kaninchen, 1:1.000), die positiv für Calbindin (C) (Chemicon, Kaninchen, 1:1.000) und Calretinin (D) (Swant, Kaninchen, 1:2.000) gefärbt sind. Gliazellen (E) wurden mit dem Glia-spezifischen Marker GFAP sichtbar gemacht (Chemicon, Maus, 1:500). Die Antikörper wurden über den entsprechenden Ziegen-Sekundärantikörper Alexa 488 (grün, Molecular Probes, 1:1.000)0 visualisiert. Die Zellkerne wurden mit Hoescht 33342 (blau, C-G, 1 μg/ml) sichtbar gemacht. Es wurde keine Färbung beobachtet, wenn der primäre Antikörper weggelassen wurde (F). Modifiziert und nachgedruckt von Smith, T.H., et al. Morphin verringert die Erregbarkeit enterischer Neuronen durch Hemmung von Natriumkanälen. PLoS One., doi:10.1371/journal.pone.0045251.g001 (2012). Klicken Sie hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2. Neuronen und Gliazellen, die aus dem Längsmuskel der Maus isoliert wurden, wachsen in unmittelbarer Nähe zueinander. Konfokale Mikroskopiebilder zeigen, dass die Neuronen (grün, β-III-Tubulin, Abcam, Kaninchen, 1:1.000) und Gliazellen (rot, GFAP, Chemicon, Maus, 1:500) leicht nebeneinander wachsen und in vitro zu interagieren scheinen. Klicken Sie hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3. Elektrophysiologie von kultivierten enterischen Neuronen und Glia. Im Strom-Clamp-Modus zeigten alle Neuronen (A) bei der Strominjektion Aktionspotentiale. Glia (B) haben keine Aktionspotentiale, zeigen aber große elektrotonische Potentiale als Reaktion auf die Strominjektion. Protokolle in A & B beginnen mit einer Strominjektion von -0,01 nA und steigern sich in elf 0,01 nA-Schritten auf 0,09 nA. Klicken Sie hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4. Neuronen, die aus dem Ileum der Maus kultiviert werden, sind eine elektrophysiologisch heterogene Population. Im Stromklemmenmodus führt eine Strominjektion von 0,09 nA in Neuronen zu Aktionspotentialen. S-Neuronen (A) kehren nach der Stimulation sofort in das Ruhemembranpotential zurück. Neuronen vom AH-Typ (B) zeigen nach der Stimulation eine Nachhyperpolarisation (AHP), bei der das Ruhemembranpotential unter den Ausgangswert fällt, bevor es langsam zum Ausgangswert zurückkehrt. Modifiziert und nachgedruckt von Smith, T.H., et al. Morphin verringert die Erregbarkeit enterischer Neuronen durch Hemmung von Natriumkanälen. PLoS One., doi:10.1371/journal.pone.0045251.g001 (2012).
Die Autoren erklären, dass keine größeren Interessenkonflikte bestehen.
Wir demonstrieren ein Zellkulturprotokoll für die direkte Untersuchung von neuronalen und glialen Komponenten des enterischen Nervensystems. Eine Neuron/Glia-Mischkultur auf Deckgläsern wird aus dem myenterischen Plexus einer adulten Maus hergestellt und bietet die Möglichkeit, die Funktion einzelner Neuronen und Gliazellen elektrophysiologisch, immunhistochemisch usw. zu untersuchen.
National Institute of Health Grant DA024009, DK046367 & T32DA007027.
| Reagenzien | |||
| Fisherbrand Deckglas für Wachstumsdeckgläser (12 mm Durchmesser) | Fisher Scientific | 12-545-82 | |
| Poly-D-Lysin | Sigma | P6407- 5 mg | |
| 24-Well-Zellkulturplatte | CELLTREAT | 229124 | Kann jede Marke verwenden |
| Laminin | BD Biosciences | 354 232 | |
| ddH2O | Kann sich im Labor vorbereiten | ||
| 15 ml Steriles Zentrifugenröhrchen | Greiner Bio-one | 188261 | Kann jede Marke verwenden |
| 50 ml Steriles Zentrifugenröhrchen | Greiner Bio-one | 227261 | Kann jede Marke |
| verwenden NaCl | Fisher BioReagents | BP358-212 | MW 58,44 |
| KCl | Fisher BioReagents | BP366-500 | MW 74,55 |
| NaH2PO4 .2H2O | Fisher Chemicals | S369-3 | MW137,99 |
| MgSO4 | Sigma Aldrich | M7506-500G | MW 120,4 |
| NaHCO3 | Sigma Aldrich | S6014-5KG | MW 84,01 |
| Glukose | Fisher Chemicals | D16-1 | MW 180,16 |
| CaCl22H2 | O Sigma Aldrich | C5080-500G | MW 147.02 |
| F12 Medien | Gibco | 11330 | |
| Fötales Rinderserum | Qualität Biological Inc. | 110-001-101HI | Kann jede Marke verwenden |
| Antibiotikum/Antimykotikum 100x flüssig | Gibco | 15240-062 | |
| Neurobasal A media | Gibco | 10888 | |
| 200 mM L-Glutamin | Gibco | 25030164 | |
| Gliaabgeleiteter neurotropher Faktor (GDNF) | Neuromik | PR27022 | |
| Präparierschere mit scharfer Spitze | Fisher Scientific | 8940 | Kann jede Marke |
| Disparierzange | Fisher Scientific | 13-812-41 | Kann jede Marke verwenden |
| Applikatoren mit Wattespitze | Fisher Scientific | 23-400-101 | Kann jede Marke |
| verwenden 250 ml Messglasbecher | Fisher Scientific | FB-100-250 | Kann jede Marke |
| verwenden 2 L Glas Erlenmyer Flasche | Fisher Scientific | FB-500-2000 | Kann jede Marke verwenden |
| Kunststoffstab (Kinderpinsel) | Crayola | 05 3516 | Kann jede Marke |
| verwenden Carbogen | Airgas | UN 3156 | 5% CO2 |
| 10 ml Leur-Lock Spritze | Becton Dickinson | 309604 | Kann jede Marke |
| verwenden 21 G x 1 1/2 in. Injektionsnadel | Becton Dickinson | 305167 | Kann jede Marke |
| verwenden Kollagenase Typ 2 | Worthington | LS004174 | |
| Rinderserumalbumin | American Bioanalytical | AB00440 | |
| 2 ml Mikrozentrifuge Eppendorf Röhrchen | Fisher Scientific | 13-864-252 | Kann jede Marke |
| verwenden Nitrex Mesh 500 & micro; M | Elko Filtering Co | 100560 | |
| Pipettenset | jeder MarkeFisher Scientific | 21-377-328 | Kann jede Marke verwenden |
| Sharpeining Stone | Fisher Scientific | NC9681212 | Kann jede Marke |
| Equipment | |||
| LabGard ES 425 Biologische Sicherheitswerkbank (Zellkulturhaube) | Nuaire | NU-425-400 | Kann jede verwenden Marke |
| 10 L Schütteln Wasserbad | Edvotek | 5027 | Kann jede Marke |
| verwenden Mikrozentrifuge 5417R | Eppendorf | 5417R | Kann eine einzelne größere Zentrifuge mit Größenadaptern verwenden |
| Allegra 6 Serie Zentrifuge | Beckman Schar | 366816 | Kann jede Marke |
| verwenden HuluMixer Probenmischer | Invitrogen | 15920D | |
| AutoFlow Water Jacket CO2 Inkubator | Nuiare | NU-4750 | Kann jede Marke verwenden |
| Analysenwaage | Mettler Toledo | XS104 | Kann jede Marke verwenden |