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El propósito del protocolo descrito a continuación es aislar tipos de células individuales de una población heterogénea de tejido neural para el análisis posterior de la expresión génica específica del tipo de célula, la expresión de proteínas o incluso los marcadores epigenéticos. El cerebro se compone de muchos tipos de células que se derivan de distintas células progenitoras y que tienen propiedades y funciones específicas del tipo de célula. A pesar de estas diferencias, estos distintos tipos de células neuronales pueden expresar receptores y moléculas de señalización intracelular similares que hacen que el análisis de estas proteínas más ubicuas sea difícil de medir o interpretar de una manera específica para el tipo de célula utilizando métodos convencionales. Los neurocientíficos deben identificar la función y la activación de estos distintos tipos de células en el cerebro y cómo pueden afectar individualmente el comportamiento, ya que este será en última instancia el primer paso para identificar medicamentos más específicos y objetivos terapéuticos para enfermedades neurológicas y neuropsiquiátricas. A pesar de este objetivo general de la investigación en neurociencia, puede ser difícil aislar tipos de células neuronales individuales del cerebro para el análisis de la expresión de genes o proteínas, la activación de moléculas de señalización o la modificación de marcadores epigenéticos en el ADN. De las técnicas que se utilizan actualmente, la inmunohistoquímica puede identificar la expresión de proteínas de una manera específica del tipo de célula cuando se combina con la tinción adicional de un marcador específico del tipo de célula, aunque esto depende de anticuerpos específicos que pueden teñir adecuadamente las proteínas de interés y puede ser difícil de cuantificar. La hibridación in situ puede identificar la localización específica del ácido ribonucleico mensajero (ARNm) en células individuales del cerebro, pero este es un proceso laborioso que también limita el análisis conjunto de tipos celulares específicos y solo permite el análisis de uno o quizás unos pocos genes de interés. La microdisección de captura láser utiliza un láser para aislar subpoblaciones de células que se visualizan mediante microscopía; sin embargo, la naturaleza lenta de este proceso y el rendimiento relativamente bajo pueden limitar significativamente el análisis posterior de las proteínas o los niveles de ARNm, especialmente si la expresión de estas moléculas es baja para empezar. La clasificación de células activadas por fluorescencia (FACS) es una técnica relativamente novedosa en el campo de la neurociencia para aislar tipos de células individuales del cerebro para su posterior análisis de la expresión génica1 y/o de las dianas epigenéticas2. Este proceso también se puede utilizar para clasificar tipos específicos de células neuronales para el análisis posterior de la expresión génica específica del tipo de célula, la expresión de proteínas o los marcadores epigenéticos. El FACS se ha utilizado en una serie de campos de investigación médica, como el cáncer y la inmunología, durante décadas para contar y clasificar diferentes células en función de características físicas o bioquímicas. Además, la citometría de flujo se ha utilizado clásicamente para analizar la expresión de proteínas por célula, utilizando anticuerpos específicos. El procedimiento que se describe a continuación aprovecha las técnicas clásicas de citometría de flujo para aislar tipos de células individuales para su posterior análisis de los criterios de valoración de la biología molecular. El citómetro de flujo puede analizar varios miles de células en un segundo, lo que lo convierte en una alternativa rápida y eficiente a las técnicas descritas anteriormente. Además, las células se pueden aislar en función de la expresión celular de una proteína específica (por ejemplo, un receptor de neurotransmisores) o una combinación de dos o más proteínas (colocalización de múltiples proteínas en un tipo de célula específico). Esto permite al usuario aislar tipos de células neuronales muy selectivos en función de sus propiedades moleculares para identificar su función en el cerebro.
Para realizar FACS, las células neuronales se preparan en una suspensión de una sola célula que se pasa a través de una célula de flujo que transporta y alinea las células para que pasen en fila india a través de un haz de luz y láseres para su análisis. Una computadora adquiere los datos de cada celda y los traza en un histograma para el análisis de los parámetros especificados (tamaño, granularidad y fluorescencia). Sobre la base de estos parámetros, las celdas se pueden clasificar inmediatamente en tubos separados para su recolección y posterior análisis de cualquier punto final deseado. El protocolo que se describe a continuación utiliza tres anticuerpos para clasificar las neuronas (utilizando un antígeno de timocitos 1, el anticuerpo Thy1), los astrocitos (utilizando un transportador glial de glutamato, el anticuerpo GLT1) y la microglía (utilizando un grupo de moléculas de diferenciación 11B, anticuerpo CD11b). Este protocolo se puede utilizar como se describe a continuación o modificado con diferentes anticuerpos dependiendo del tipo de célula que se desee aislar para sus propios experimentos.
Hay algunas advertencias a considerar al determinar si este protocolo es apropiado para experimentos específicos. Una advertencia importante puede referirse al tipo específico de célula que se desea aislar. En este protocolo, los tres anticuerpos que se utilizan son anticuerpos extracelulares, que permiten al experimentador mantener intactos los tipos de células durante el procedimiento de tinción, preservando así la integridad del ARN, el ADN y las proteínas en su interior. Es posible que uno desee aislar un tipo específico de célula neuronal utilizando un anticuerpo que identifica una proteína que solo se expresa dentro de esa célula en particular. Por ejemplo, se podría querer aislar neuronas dopaminérgicas usando un anticuerpo contra la tirosina hidroxilasa o aislar neuronas de acetilcolina usando un anticuerpo para la colina acetiltransferasa. Estas proteínas son intracelulares y, por lo tanto, requerirían fijación y permeabilización de la membrana celular para su posterior tinción con los anticuerpos adecuados. Si bien esto se ha hecho antes de 4,5, este proceso puede disminuir significativamente el rendimiento de ARN o ADN de estas células permeabilizadas. Otra advertencia puede ser que no todos los anticuerpos son apropiados para el FACS. Por ejemplo, actualmente se puede utilizar un anticuerpo que funciona muy bien para el western blot, una técnica que requiere la desnaturalización de las proteínas. Este anticuerpo puede no ser necesariamente adecuado para la identificación de estos tipos de células mediante FACS, dado que las proteínas no se desnaturalizan en ningún punto de este protocolo y, por lo tanto, es posible que el anticuerpo no tenga forma de unirse a su antígeno inherente. Las empresas proporcionan hojas de especificaciones que identifican las aplicaciones para las que se ha aprobado un anticuerpo. Si un anticuerpo no ha sido aprobado para la citometría de flujo, no debe disuadir a uno de probar este protocolo con un anticuerpo en particular; sin embargo, hay que tener en cuenta que no está garantizado que funcione para FACS. Una tercera advertencia de este protocolo tiene que ver con el número de células que se está tratando de aislar. FACS es una técnica excelente para producir la mayor cantidad posible de células incluso a partir de una pequeña pieza de tejido, pero también es posible que si se desea aislar una población relativamente escasa de células de una región cerebral relativamente pequeña, el rendimiento de un animal sea inherentemente bajo. En este caso, puede ser necesario agrupar el tejido cerebral de unos pocos animales en el mismo grupo de tratamiento para obtener el número de células necesario para el análisis posterior; sin embargo, una publicación reciente ha utilizado la preamplificación de ADNc dirigida a genes para el análisis posterior de la expresión génica de un pequeño número de neuronas activadas (5-6%) de un conjunto más grande de neuronas clasificadas, lo que indica que es posible analizar la expresión génica incluso de pequeños subconjuntos de células neuronales sin agrupar un gran número de animales6Una última advertencia de esta técnica es que uno debe tener acceso a un clasificador de células que no esté demasiado lejos. El clasificador de células es una máquina complicada que requiere una formación importante para poder utilizarla correctamente. Por lo tanto, estas máquinas a menudo son operadas por un técnico calificado en una instalación central. Además, el objetivo de este procedimiento es disociar el tejido neural, teñirlo para obtener anticuerpos específicos e inmediatamente llevar esas muestras a un clasificador en un corto período de tiempo (tal vez medio día). Este período de tiempo ayudará a aumentar la supervivencia y el rendimiento de las células aisladas y a mantener la integridad de las células para su posterior procesamiento y análisis. Si se cumplen todos estos parámetros descritos anteriormente, FACS es un método excelente para analizar la expresión específica del tipo celular de genes y proteínas del tejido neural.
Todos los experimentos se realizaron de acuerdo con el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Delaware y la Guía de los Institutos Nacionales de Salud para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio.