Article de méthode

Modélisation de Microcircuit synaptique avec 3D Cocultures d’Astrocytes et les neurones des cellules souches pluripotentes humaines

DOI :

10.3791/58034

⸱

16 août 2018

 ,  , 
1Center for Neuroregeneration, Department of Neurosurgery, Houston Methodist Research Institute

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dans ce protocole, nous avons pour objectif de décrire une méthode reproductible pour les neurones de cellules souches dérivées pluripotentes humaines combinant dissociée et astrocytes ensemble en 3D sphère cocultures, maintenir ces sphères dans des conditions de flottement libres et par la suite mesure de l’activité synaptique circuit des sphères avec immunoanalyse et enregistrements multiélectrodes tableau.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Une barrière à la compréhension de comment les divers types de cellules et signaux contribuent au fonctionnement synaptique est le manque de modèles pertinents pour l’étude du cerveau humain. Une technologie émergente pour régler ce problème est l’utilisation de trois dimensions (3D) cellules neurales cultures, appelé « organoids » ou « sphéroïdes », pour la préservation à long terme des interactions intercellulaires, y compris les molécules d’adhérence extracellulaire. Toutefois, ces systèmes de culture sont longues et pas systématiquement généré. Ici, nous détaillons une méthode pour produire rapidement et uniformément des cocultures 3D des neurones et les astrocytes de pluripotentes humaines de cellules souches. Tout d’abord, différenciées des astrocytes et des progéniteurs neurones sont dissociées et comptés. Ensuite, les cellules sont combinées dans la sphère formant des plats avec un inhibiteur de la Rho-Kinase et à des rapports spécifiques pour produire des sphères de taille reproductible. Après plusieurs semaines de culture comme des sphères flottantes, cocultures (« astéroïdes ») sont finalement sectionnés pour immunostaining ou plaquées sur baies multiélectrodes pour mesurer la force et la densité synaptique. En général, il est prévu que ce protocole donnera 3D sphères neurones qui affichent des marqueurs de type cellule mature restreint, forment des synapses fonctionnelles et montrent une activité éclatement spontané réseau synaptique. Ensemble, ce système permet de dépistage des drogues et des enquêtes sur les mécanismes de la maladie dans un modèle plus approprié par rapport à des cultures monocouches.

Introduction

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Avec une variété de responsabilités fonctionnelles au-delà de soutien structurel, les astrocytes sont un type de cellules gliales très abondante dans le système nerveux central (CNS). Par le biais de la sécrétion de facteurs solubles synaptogenic et constituants de la matrice extracellulaire (ECM), astrocytes aident à la mise en place et le regroupement des synapses matures au cours du développement1. Ils jouent un rôle essentiel dans le maintien de la santé et la plasticité des synapses à extracellulaire signalisation2,3,4,5aussi et contribuent à la stabilité à long terme de l’homéostasie environnements en régulant le potassium extracellulaire et glutamate, ainsi que la sécrétion de substrats énergétiques et ATP6,7,8. Enfin, ils peuvent contribuer à la neurotransmission en influant sur les courants extrasynaptic9et peuvent influencer indirectement l’activité à travers d’autres types de cellules, telles que la promotion de la myélinisation10. Ce qui est important, car l’anomalie ou dysfonctionnement des astrocytes peut conduire à de nombreux syndromes neurodéveloppementaux et neuropathologie adulte, il y a un besoin évident d’inclure aux côtés de neurones dans l’ingénierie réseaux de neurones, les astrocytes dans l’ordre pour une meilleure modèle de l’environnement de cerveau endogène. Une caractéristique intégrale des astrocytes est leur capacité à forme dynamique des interactions avec les synapses neuronales1,11,12. En l’absence des cellules gliales, les neurones forment un nombre limité de synapses, ce qui en général aussi le manque de maturité fonctionnelle13.

Astrocytes humains présentent des caractéristiques morphologiques, transcriptionnelles et fonctionnels, tels que l’augmentation de la taille et la complexité du branchements, ainsi que des gènes — qui ne sont pas récapitulée dans rongeurs12,14, 15. Ainsi, des études utilisant les cellules souches pluripotentes humaines (hPSC)-des cellules neuronales dérivées sont largement acceptés comme un moyen d’examiner les maladies liées à la CNS in vitro tout en développant de nouveaux traitements, modèles de lésion et paradigmes de la culture16 ,,17. En outre, hPSCs permettre l’étude de la formation des synapses humaines et de la fonction sans la nécessité pour le tissu principal18,19.

Une barrière à la compréhension de comment les divers types de cellules et signaux contribuent au fonctionnement synaptique est le manque de modèles appropriés du cerveau humain. Il y a un besoin pour une plate-forme appropriée récapituler ses réseaux synaptiques avec haute fidélité et de la reproductibilité. Récemment, l’intérêt a émergé dans la production de systèmes de culture 3D (généralement connu comme « organoids », « sphéroïdes », ou « mini cerveaux »)20 pour modéliser le complexe en trois dimensions (3D) structures au niveau cellulaire et macro. Systèmes de culture 3D conservent des interactions ECM et les cellules qui sont normalement absents ou limités au cours de la co-culture 2D typique paradigmes21,22. Une abondance de techniques existent pour la culture des sphéroïdes neurale 3D23,24,25; Cependant, beaucoup exigent des périodes de culture longue (mois à années) pour le développement spontané et préservation de la couche, avec l’utilisateur présentant très peu de contrôle sur la sortie.

Ici, nous illustrons une méthode systématique pour rapidement et constamment des interactions neuronales bioingénieur parmi plusieurs types de cellules (différenciée des neurones et les astrocytes) dérivé de hPSCs en assemblant des cellules dans les cocultures sphère (« astéroïdes »)26 qui récapitulent les complexités morphologiques spécifiques à l’humain en 3D. Ce système neural haute densité génère des sous-types neurales-répartie qui prennent matures propriétés au fil du temps et peuvent être projetés ou dosés de manière à haut débit. Nous montrons pour la première fois que les astrocytes humains induisent réseau synaptique rafale activité dans ces cocultures 3D. En outre, le présent protocole est facilement adaptable pour générer des sphères de différentes tailles, d’utiliser des cellules spécifiées à différentes identités régionales du SNC et pour étudier les interactions de plusieurs autres types de cellules comme vous le souhaitez.

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Protocole

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1. Culture et préparation du réactif de cellules

Remarque : Les protocoles dans cette section sont écrits dans l’ordre dans lequel ils apparaissent dans le protocole de différenciation (section 2). Voir la Table des matières pour les matériaux et les numéros de catalogue.

  1. Préparer des plaques de revêtement pour la culture cellulaire.
    1. Diluer la solution de revêtement de la matrice extracellulaire (ECM) avec médias DMEM/F12 pour préparer un 1 mg/mL solution. Aliquote l’ECM dilué dans 30 tubes coniques de 3 mL de chaque solution-mère et stocker immédiatement à-20 ° C. Pour une solution de travail, remettre en suspension les 3 mL du stock de l’ECM dans 33 mL préalablement réfrigérées DMEM/F12 médias, ce qui porte le total à 36 mL pour une concentration de 80 µg/mL.
    2. Couche 1 mL par puits d’une plaque de culture de cellules de 6 puits avec une solution d’ECM. Ajouter 1 mL supplémentaire DMEM/F12 / puits (si nécessaire) pour s’assurer que la surface du puits est entièrement couverte. Permettent à la cellule de 6 puits enduite plaques de culture de s’asseoir à la température ambiante pendant au moins 1 h avant utilisation.
      Remarque : Les plaques revêtues peuvent être conservés dans l’incubateur ou à 4 ° C pendant 2 semaines.
  2. Préparer les médias formulations, facteurs de croissance et petites molécules.
    1. Pour préparer 500 mL d’humains ou de cellules souches (hPSC) moyenne27, ajouter 20 x et 500 x suppléments selon les instructions du fabricant.
    2. Pour préparer 500 mL de milieu neuronal (NM), ajoute l’héparine à une concentration finale de 2 mg/mL, 1 x solution antibiotique/antimycosiques, 1 Supplément de x B27 ou 1 x N2 supplément pour une bouteille de 500 mL de DMEM/F12 avec supplément de L-glutamine comme précédemment détaillées28.
    3. Pour préparer un 10 mM (1, 000 x) de l’inhibiteur de la Rho-Kinase Y27632 (Y) de solution mère, ajouter 10 mg de poudre dans 3 mL de solution saline tamponnée au phosphate (PBS). Filtre à stériliser, partie aliquote et conserver à-20 ° C. Utiliser à une concentration de travail 10 µM dans les médias.
    4. Pour préparer un 20 mM (10, 000 x) solution mère de SB431542, ajouter 10 mg de poudre dans 1,3 mL du diméthylsulfoxyde (DMSO). Pour préparer une de 2 mM (1, 000 x) solution mère de DMH1, ajouter 10 mg de poudre dans 13,1 mL de DMSO. Filtre aliquote, les stériliser et stocker chaque solution à-20 ° C. Utiliser chacun à une concentration de travail 2 µM dans les médias (NM + SB431542 + DMH1).
      Remarque : Ce protocole recommande 2 concentrations de travail µM de deux SB431542 et DMH1 basé sur nos observations et de rapports émanant d’autres29 indiquant que cette concentration favorise efficacement l’induction neurale de hPSCs. Des concentrations plus élevées ont également été signalés30. En outre, avec les médias alternatifs, il a également été démontré que les petites molécules ne sont pas nécessaires pour haute conversion neurale31. Ainsi, les concentrations de travail variera selon les milieux de culture cellulaire alternatif et concentrations optimales doivent être testées par des chercheurs.
    5. Pour préparer la bouteille de 100 µg/mL (10, 000 x) des solutions mères de facteur de croissance épidermique (EGF) et facteur de croissance des fibroblastes-2 (FGF2), ajouter 1 mg de chacune dans 10 mL de PBS + 0,1 % de BSA. EGF aliquote et FGF2 stock solutions dans 50 µL d’extraits et conserver à-80 ° C. Utiliser chacun à une concentration de travail 10 ng/mL dans les médias ; par exemple, ajouter 5 µL EGF et 5 µL FGF2 à 50 mL de NM (NM + FGF2, EGF).
    6. Pour préparer une solution mère de chlorhydrate de doxycycline (Dox), d’abord dissoudre la poudre dans le DMSO à 100 mg/mL et conserver à-20 ° C. Diluer davantage pour en faire un 2 mg/mL (1, 000 x) stock solution dans du PBS et conserver à-20 ° C. Utiliser à une concentration de travail 2 µg/mL dans les médias ; par exemple, ajouter 50 µL Dox à 50 mL de NM (NM + Dox).
      Remarque : Ne pas recongeler des solutions après décongélation.

2. génération de neurones sous-types de cellules humaines pluripotentes induites (hPSCs)

Remarque : Toutes les cultures de cellules doivent être maintenus dans un incubateur avec 5 % de CO2 à 37 ° C. Ces cultures sont maintenus aux niveaux de l’oxygène chambre, bien que plus faibles peuvent être utilisés.

  1. Générer et maintenir des progéniteurs astrocyte (hAstros) de hPSCs.
    Remarque : Cette section fournit un protocole de différenciation brève et simplifiée. Pour une description détaillée (avec formation de corps embryoïdes, sélection de rosette et étapes de la structuration régionale) se référer au protocole décrit précédemment28 (Figure 1 a, pointillé case verte).
    1. Grappes de graines de hPSCs (Figure 1 b) sur des plaques de 6 puits ECM-enduit (voir étape 1.1) avec 2 mL de milieu hPSC + Y / puits. Nourrir les cellules souches tous les jours jusqu'à ce qu’ils sont environ 50 % confluentes ou fendus selon les besoins.
      1. Pour fractionner hPSCs, ajouter 1 mL de réactif de passage dans les puits et aspirer après 1 min. Incuber les cellules à température ambiante pendant 5 min, ajouter 1 mL de milieu hPSC et diviser les agrégats 01:10 sur nouveaux puits ECM-enduit dans 2 mL de milieu hPSC + Y / puits.
    2. Conserver les cellules souches jusqu'à ce qu’ils sont environ 50 % anastomosé, puis changement multimédia NM + SB431542 + DMH1 pour induire la différenciation neuronale (jour 0). Lorsque les cellules sont environ 95 % anastomosé, scindée en 1:6 nouveaux puits ECM-enduit dans le même milieu.
    3. Le 14e jour, dissocier les cellules avec la solution de détachement et transférer dans un ballon non couché avec Y pour promouvoir la formation d’agrégats.
      Remarque : L’ajout de Y sert à promouvoir la formation de survie et de la sphère de cellules mais n’est pas inclus au cours de chaque aliment.
    4. Pour la génération des progéniteurs neurones et les neurones (hNeurons), utiliser ces cellules J14 tel que décrit ci-dessous. Vous pouvez également utiliser ces cellules à des moments plus tard des cultures monocouches ou sphère avant maturation neuronale se produit ou gliogenesis commence.
      Remarque : Par défaut, ce protocole produit astrocytes dorsale-cortical. Toutefois, sous-types astrocyte peuvent être régionalement spécifiés par l’addition de structuration morphogènes si vous le souhaitez28,32,,33. L’acide rétinoïque (AR) peut être ajouté pour caudalize des cellules dans la moelle épinière, phénotypes, tandis que sonic hedgehog (SHH), lissées agoniste (SAG), ou purmorphamine pour produire des phénotypes ventrales.
    5. Pour la génération des progéniteurs des astrocytes et des astrocytes dans formé spontanément des agrégats 3D (hAstrospheres), passez à l’EGF, NM + FGF2 et nourrir chaque semaine (ou au besoin afin de s’assurer que le pH stable) comme précédemment détaillées34.
      1. Doucement se dissocient hAstro agrégats avec solution de détachement lorsque centres sombres apparaissent et supprimer les sphères qui s’attachent spontanément. Casser sphères doucement une fois par semaine pour entretenir la santé de la sphère et pour éviter les carottes nécrotiques.
        Remarque : Ne dépassez pas 5 min de traitement avec la solution de détachement.
      2. Après 4 à 6 mois d’expansion, confirmez cellule identité et soit congeler en moyenne de cryoconservation (conformément aux instructions du fabricant) ou de stockage de remplacement conditions de conservation à long terme dans l’azote liquide, ou l’utilisation immédiatement à expérimentation.
    6. Pour décongeler un stock congelé de hAstrospheres, rapidement décongeler à température ambiante, transfert le contenu dans un tube à vide 15 mL conique et centrifuger à 300 x g pendant 1 min. aspirer le surnageant, laver soigneusement avec DMEM/F12 et répéter pour un total de deux lavage dans une cuvette étapes. Verser dans une fiole de T25 avec un volume total de 6 mL de NM, EGF, FGF2 + Y (ou intensifier si nécessaire).
  2. Générer et maintenir les neurones inductibles (iNeurons) de hPSCs.
    1. Semences transgéniques hPSCs (avec un neurogenin doxycycline-inducible stable 2 transgène35) sur ECM-enduit de plaques 6 puits avec 2 mL de milieu hPSC + Y / puits (comme décrit ci-dessus pour les lignes non transgéniques). Nourrir tous les jours avec 2 mL de médias / puits jusqu'à ce qu’ils sont prêts à lever à la confluence de 70 %. Fractionner les cellules, comme indiqué au point 2.1.2.
    2. Lorsque les cellules sont environ 35 % confluentes, ajouter NM + Dox pour induire la différenciation en iNeurons. Maintenir une culture monocouche avec NM + Dox pendant 2 jours avant de passer à l’étape 3.2.
      Remarque : Les cellules seront transition dans des progéniteurs neurones mais ne sera pas encore étendre neurites (Figure 1).

3. la préparation et l’entretien de la sphère 3D Cocultures

  1. Dissocier les hAstros des agrégats 3D en suspension (tel que décrit à l’étape 2.1.5.1).
  2. Dissocier les hNeurons ou iNeurons d’une monocouche 2D.
    1. Retirez le support de plaque 6 puits et ajouter 500 µL de solution de détachement à chaque cupule contenant des cultures monocouches. Incuber à 37 ° C pendant 5 min. Ajouter doucement 2 à 3 mL DMEM/F12 pour enlever les cellules attachées.
    2. Recueillir des cellules et des médias dans un tube conique de 15 mL et centrifuger à 300 x g pendant 1 min. aspirer le surnageant, ajouter 1 mL de supports neufs et Pipeter monte et descend doucement avec une micropipette 1 000 µL pour réaliser une suspension monocellulaire.
  3. Forme des sphères 3D à l’aide de plaques de microtitration culture.
    1. Préparer la plaque en ajoutant 0,5 mL de solution de lavage anti-adhésion à chaque puits de la plaque de microtitration. Centrifuger la plaque à 2 000 x g pendant 5 min. solution de lavage aspiration, ajouter 1 mL de DMEM/F12 dans chaque puits pour laver et aspirer à nouveau.
      Remarque : Vérifiez toujours que la centrifugeuse est équilibrée pendant l’utilisation.
    2. Compter chaque type de cellule à l’aide d’un hémocytomètre ou compteur de cellules automatisées. Ajouter ratio désiré des hAstros dissociées et hNeurons ou iNeurons dans chaque puits dans un volume total de 2 mL de NM + Y (incluez Dox si iNeurons sont utilisés). Centrifuger la plaque à 100 x g pendant 3 min et remettez dans l’incubateur.
      Remarque : les plaques 24 puits microwell (voir la Table des matières) contiennent 300 puits par puits. Ajouter un minimum de 6 x 105 cellules (pour des sphères de 2 x 103 cellules chaque) et un maximum de 6 x 106 cellules (pour des sphères de 2 x 104 cellules chaque) dans 2 mL de médias par puits. Les sphères viable d’une densité spécifique dans ce secteur, utilisez une quantité définie de cellules et diviser par 300 pour calculer le nombre de cellules par sphère. Autre sphère formant des méthodes et des outils aussi peut être utilisée que si vous le souhaitez. Suivez les instructions du fabricant pour les plages acceptables de la densité des cellules.
    3. Permettre aux cellules de s’auto-assembler en sphères au sein des plaques microwell au cours des 2 prochains jours (Figure 2 a). Remplacer le support de 50 % si la culture est jaunissement.
      NOTE : Échangez des médias que la moitié et Pipeter délicatement en retirant et en ajoutant des médias pour ne pas déranger les sphères. Sphères peuvent soulever des micropuits et fusionnent avec une force supérieure.
    4. Après 2 jours, retirez délicatement les sphères des micropuits avec une micropipette 1 000 µL (Figure 1). Légèrement forcer sur le fond du puits avec les médias pour enlever toute autres sphères collés. Laissez les sphères s’installer dans un tube conique de 15 mL, aspirer les anciens médias et ajouter des supports neufs.
  4. Mettre en place le système de bioréacteur flask spinner pour former des sphères 3D.
    1. Nettoyer la surface d’une plaque d’agitation magnétique avec l’éthanol à 70 %, placez-le dans un incubateur de culture cellulaire. Flacons de spinner individuels autoclave pour stériliser.
    2. Ajouter des sphères avec un minimum de 50 à 60 mL de milieu dans chaque fiole de fileur (Figure 1, encart). Placer le ballon sur la plaque d’agitation magnétique fixé à 60 t/mn. Sphères de la culture dans des flacons de la casserole jusqu'à ce qu’ils sont prêts pour la collecte de données.
      NOTE : Un minimum de 3 semaines de culture est nécessaire pour la formation des synapses. Si le système de bioréacteur flask spinner n’est pas souhaité, sphères peuvent être cultivées dans des conditions stationnaires dans les flacons de culture cellulaire ou de la vaisselle. Sphères peuvent également être incorporées dans l’ECM ou hydrogel.

4. mesure de la physiologie synaptique direct avec baies multiélectrodes (AME)

  1. Préparer les AME pour la culture cellulaire.
    1. Nettoyez la surface de chaque ame avec 1 mL de détergent pendant 1 h. rincer avec l’eau désionisée stérile de (DI), rincer avec de l’éthanol à 70 % pour stériliser et puis l’air sec en biosécurité armoire sous la lumière UV.
      Remarque : Montants éligibles maximum peut être stockés dans l’eau distillée à 4 ° C dans des conditions stériles jusqu'à utilisation.
    2. Préparer une solution de 0,5 mg/mL de poly-ornithine (OLP) en dissolvant 50 mg d’OLP dans 100 mL de tampon d’acide borique. Recouvrir la surface de chaque ame avec 1 mL de l’OLP pour rendre la surface hydrophile et incuber à 37 ° C pendant au moins 4 h. supprimer l’OLP, laver la surface avec de l’eau distillée, ajouter 1 mL d’ECM (voir étape 1.1.1) et incuber à 37 ° C pendant au moins 4 h.
    3. Enlever les ECM et placer des sphères dans 1,5 mL de support sur une surface MEA, veiller à ce que les sphères sont positionnés sur le dessus du tableau de l’électrode (Figures 3 a, 3 a '). Permettent d’adhérer pour 2 jours. Changer la moitié des médias tous les 2 – 3 jours (ou plus souvent si nécessaire), veiller à ce que les sphères ne sont pas perturbés.
      NOTE : Addition de facteurs de croissance peut-être améliorer la maturation et la survie de la culture.
  2. Mesurer l’activité électrique des neurones sphères.
    1. Mis en place un système multi-électrodes tableau (MEA) avec un préamplificateur à température contrôlée. Créer un logiciel avec un filtre passe-haut à 5 Hz et un filtre passe-bas de 200 Hz et un seuil de pointe de 5 x la déviation standard (SD).
    2. Placez la MEA sur l’activité électrique spontanée préamplificateur et enregistrement (Figure 3 bB'). Enregistrer les données brutes y compris spike fréquence et l’amplitude pour l’analyse statistique.
      NOTE : Un système de perfusion peut être utilisé avec la MEA pour ajouter des agents pharmacologiques ou pour augmenter le débit des supports neufs pour les enregistrements longue durée. Post-traitement supplémentaire d’épis peut-être être effectué comme désiré36,37.

5. mesure de la densité synaptique avec immunocytochimie

  1. Préparer des réactifs.
    1. Pour apporter une solution mère de 500 mL de paraformaldéhyde à 4 % (PFA), ajouter 400 mL de solution 1 PBS x à un bécher en verre ou une assiette de remuer sous une hotte ventilée. Ajouter la barre d’agitation et de la chaleur à 60 ° C sous agitation ; ne pas faire bouillir. Ajouter 20 g de poudre de l’IFP à la solution de PBS chauffée et amener le pH à 6,9 en ajoutant lentement NaOH N 1 goutte à goutte.
      NOTE : solution PFA à 4 % peut être aliquotés et stockés à 4 ° C pour environ un mois.
    2. Ajouter 20 g ou 30 g de saccharose pour 100 mL de PBS pour faire des solutions de saccharose, 20 % et 30 % respectivement.
    3. Ajouter 1 mL de détergent dans 10 mL de PBS, afin de préparer une solution 10 %. Retourner plusieurs fois pour homogénéiser.
    4. Ajouter 250 µL de solution détergente 10 % (concentration finale de 0,25 %) et 500 µL de chaque de chèvre et âne sérums (concentration finale de 5 % chacun) à 10 mL de PBS pour préparer le premier tampon de blocage.
    5. Ajouter 100 µL de chaque de chèvre et âne sérums (concentration finale de 1 % chacun) à 10 mL de PBS pour préparer le tampon de blocage secondaire.
  2. Préparer les échantillons.
    1. Transférer les sphères dans un tube conique de 15 mL, permettez-leur de s’installer au fond du tube et aspirer les anciens médias. Rincer les sphères avec 500 µL de PBS, laisser reposer et aspirer le PBS. Ajouter 500 µL de 4 % PFA (ou suffisamment pour couvrir des sphères) et incuber à 4 ° C pendant 30 min.
    2. Aspirer la PFA et délicatement laver deux fois avec du PBS. Ajouter la solution de sucrose à 20 % et incuber à 4 ° C pendant plusieurs heures ou toute la nuit. Aspirer soigneusement, ajoutez la solution de 30 % de saccharose et incuber à 4 ° C pendant plusieurs heures ou pendant la nuit.
      Remarque : Les échantillons peuvent être conservés à 4 ° C en PBS ou saccharose jusqu'à 1 semaine avant de passer à l’étape suivante. Si ce n’est pas trancher, maintenir comme des sphères 3D (Figure 4 a-C) dans un tube de 1,5 mL et passez à l’étape 5.3.
    3. Si couper les sphères, transvaser avec soin les sphères à un enrobage moule cryogénique sur le dessus de la glace sèche. Aspirer la solution de saccharose 30 % et verser lentement le tissu, intégration de solution dans le moule jusqu'à ce qu’il recouvre entièrement l’échantillon, en évitant les bulles d’air. Attendez que la solution se fige et stocker à-80 ° C jusqu’au cryostat tranchage.
    4. À l’aide d’un cryostat à-20 ° C, tranche les blocs incorporés en 30 µm sections (ou comme vous le souhaitez) et transfert à lames en verre. Stocker à-80 ° C jusqu’au moment de la tache.
  3. Réagissent les sphères.
    1. Contournez les bords des lames avec un stylo PAP hydrophobe pour éviter toute fuite de liquide. Préparer des solutions de blocage primaires et secondaires avec des anticorps (voir la Table des matières). Ajouter 500 µL de tampon de blocage principal pour chaque diapositive ou le tube et laisser incuber à température ambiante pendant 30 min.
    2. Retirer le liquide, ajouter 500 µL de tampon de blocage primaire frais avec des anticorps primaires dilués à chaque diapositive ou le tube et incuber une nuit à 4 ° C. Enlever la solution de l’anticorps primaire et laver 3 x avec PBS pendant 10 min chaque.
    3. Ajouter 500 µL de tampon de blocage secondaire avec l’anticorps secondaires dilués à chaque diapositive ou le tube et incuber à 4 ° C pendant 1 h. Retirez la solution d’anticorps secondaire et laver 3 x avec PBS pendant 10 min chaque.
      NOTE : Une liste des anticorps recommandées est fournie dans la Table des matières. Autres anticorps ou les colorants peuvent être utilisés comme vous le souhaitez. N’exposez pas les échantillons fluorescents à la lumière (étape 5.3.3 à partir).
    4. Ajouter 50 µL de solution goutte à goutte pour couvrir la surface et placez-la un lamelle couvre-objet sur la diapositive, en évitant les bulles de montage. Laisser les lames à sécher à température ambiante pendant 24h et conserver à 4 ° C.
  4. Les diapositives de l’image.
    1. Utiliser un microscope à fluorescence confocal ou deux photons avec un 63 X objectif à immersion d’huile à l’image avant et abondance de la protéine post-synaptiques et colocalisation dans les tranches de la sphère (Figure 4). Utilisez un 20 X ou 40 X objectif de visualiser les caractéristiques morphologiques de la hAstros.
    2. Fichiers image de fluorescence ouvert avec logiciels ImageJ. Compter les pré- et post-punctums synaptique manuellement en utilisant le plug-in, compteur de cellules en utilisant une méthode de comptage impartiale comme précédemment détaillées38, ou à d’autres méthodes.

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Résultats

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Lorsqu’ont été exécutés correctement, ce protocole va produire des populations définies des cocultures fonctionnelles d’astrocytes28,33,34 et neurones35 produit de hPSCs (Figure 1 a-1C), comme détaillées précédemment26 et étapes 2.1 à 2.2 décrites ici. Cette procédure pas à pas, avec l’utilisation de pl...

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Discussion

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Dans ce protocole, nous décrivons une méthode systématique pour la production des sphères 3D des cocultures neuronales. Les sphères sont composées des astrocytes et les neurones, qui sont dérivées de manière indépendante de hPSCs. Bien que pas l’objectif du présent protocole, la génération des populations pures des astrocytes du hPSCs28 est une étape cruciale et peut être techniquement difficile si effectuée sans expérience préalable. Cette première étape de la génération de ces microcircuits syna...

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Déclarations de divulgation

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nous tenons à remercier Dr. Erik Ullian (UCSF) pour un apport intellectuel sur la conception de ces procédures, Dr Michael Ward (NIH) pour des conseils techniques sur la différenciation des rudolfinho et Saba Barlas d’analyse d’images préliminaires.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Plaque à 6 puitsFisher Scientific08-772-1B
Tubes coniques de 15 mLOlympus Plastics28-101
AccutaseSigmaA6964-100MLSolution de détachement
Plaque AggreWellStemcell Technologies34850
Solution de rinçage anti-adhérenceStemcell Technologies7010Prevent cell adhérence aux plaques de micropuits
Anti/antiThermofisher15240062
B27Thermofisher17504044Media Supplément
Milieu neuronal BrainPhysStemcell Technologies5790Alternative au milieu basal neurophysiologique
Lamelles de verre circulairesNeuvitroGG-12-oz
Cryostor CS10Stemcell Technologies7930Milieu de cryoconservation avec 10 % de DMSO
DMEM/F12Thermofisher10565-042Avec supplément de GlutaMAX
DMH-1Stemcell Technologies73634DANGER : Toxique en cas d’ingestion. Concentration de travail : 2 &mu ; M
Sérum d’âneLampire Biological Laboratories7332100Concentration de travail : 5 % dans le tampon de blocage primaire, 1 % dans le tampon de blocage secondaire
Chlorhydrate de doxycycline (Dox)SigmaD3072-1mlDANGER : Toxique pour les femmes enceintes. Concentration de travail : 2 &mu ; g/mL
Facteur de croissance épidermique (EGF)PeprotechAF-100-15Concentration de travail : 10 ng/mL
Facteur de croissance des fibroblastes-2 (FGF)Peprotech100-18BConcentration de travail : 10 ng/mL
Solution de montage Fluoromount-GSouthern Biotech0100-01
Lames de verreFisherbrand22-037-246
Sérumde chèvreLampire Biological Laboratories7332500Concentration de travail : 5 % dans le tampon de blocage primaire, 1 % dans le tampon de blocage secondaire
Hémacytomètre ou compteur automatique de cellulesLife TechnologiesAMQAX1000
HeparinSigmaH3149-50KUConcentration de travail : 2 mg/mL
Plaque magnétiqueDLAB8030170200
Matrice membranaire MatrigelCorning354230Solution de revêtement ECM. Concentration de travail : 80 &mu ; g/ml. Préparez-le sur de la glace et assurez-vous que les pipettes, les tubes et les supports sont pré-refroidis.
Système MEA 2100Systèmes multicanauxMEA2100
Solution
N2Thermofisher17502048Media Supplement
OCTTissue-Tek4583Solution d’enrobage tissulaire pour la cryosection
Pap Pen (Aqua Hold)Laboratoire de dispositifs scientifiques9804-02
Paraformaldéhyde ( PFA)Acros Organics169650025DANGER : Toxique en cas d’inhalation. Concentration de travail : 4 % dans une
solution saline tamponnée au phosphate PBS (PBS)Stemcell TechnologiesCA008-300
Poly-l-ornithine (PLO)SigmaP3655-100MGConcentration de travail : 0,5 mg/mL
Couvercles rectangulaires en verreFisherfinest Premium Superslip12-545-88
ReLeSRStemcell Technologies5872Détachement et passage réactif
Inhibiteur de la rho-kinase Y27632- (Y)Tocris1254Concentration de travail : 10 uM
SB431542Stemcell Technologies72234Concentration de travail : 2 &mu ; M
Fioles tournantesFisher Scientific4500-125
SaccharoseFisher ChemicalS5-3Concentration de travail : 20 % ou 30 % dans la
fiole de culture PBS T25Olympus Plastics25-207Bouchons ventilés
T75 Flacon de culture OlympusPlastics25-209Bouchons ventilés
Terg-A-zymeSigmaZ273287-1EADétergent. Concentration de travail : 1 %
de milieu basal TeSR-E8Stemcell Technologies5940Milieu de cellules souches pluripotentes humaines (hPSC)
Suppléments TeSR-E8 Supplémentspour le milieu de cellules souches pluripotentes humaines
TritonX-100SigmaX100-500MLDétergent pour la perméabilisation cellulaire. Concentration de travail : 0,25 % dans le tampon bloquant
Bleu trypanInvitrogenT10282
forts
AlexaFluor 488ThermofisherA-11029Anticorps secondaire
AlexaFluor 594ThermofisherA-11037Anticorps secondaires
EzrinThermofisherMA5-13862Anticorps primaires ; astrocytes périsynaptiques
GFAPChemiconMAB360Anticorps primaires ; astrocytes
GFPAvesGFP-1020Anticorps primaire ; astrocytes
Glt1Don du Dr Jeffrey Rothsteinn/aAnticorps primaire ; astrocytes
HomerSynaptic Systems160 011Anticorps primaire ; neurones post-synaptiques
MAP2Systèmes synaptiques188 004Anticorps primaires ; neurones
PSD95Abcamab2723Anticorps primaires ; neurones post-synaptiques
S100Abcamab868Anticorps primaires ; astrocytes
Synapsine 1Systèmes synaptiques106 103Anticorps primaires ; neurones pré-synaptiques
TuJ1/&beta ; 3-tubuline (TUBB3)CovanceMMS-435PAnticorps primaire ; neurones
de montage

Références

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Cocultures neurales 3DCoculture astrocytes neuronesFormation de circuits synaptiquesAnalyse par r seau de micro lectrodesProtocole d induction neuraleTechnique de dissociation cellulaireM thode de formation de sph resAnalyse par immunomarquageSalves de r seaux spontan es

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