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Article de méthode

Établissement de cultures de cellules neuronales et gliales mixtes à partir de cerveaux de souris embryonnaires pour étudier l’infection et l’immunité innée

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DOI :

10.3791/65331

30 juin 2023

Dans cet article

Résumé

Ce protocole présente une façon unique de générer des cultures cellulaires du système nerveux central à partir de cerveaux de souris embryonnaires du jour 17 pour la recherche en neuro(immuno)logie. Ce modèle peut être analysé à l’aide de diverses techniques expérimentales, notamment la RT-qPCR, la microscopie, l’ELISA et la cytométrie en flux.

Résumé

Les modèles du système nerveux central (SNC) doivent récapituler le réseau complexe de cellules interconnectées trouvé in vivo. Le SNC se compose principalement de neurones, d’astrocytes, d’oligodendrocytes et de microglies. En raison des efforts croissants pour remplacer et réduire l’utilisation animale, une variété de systèmes de culture cellulaire in vitro ont été développés pour explorer les propriétés cellulaires innées, ce qui permet le développement de thérapies pour les infections et les pathologies du SNC. Alors que certaines questions de recherche peuvent être abordées par des systèmes de culture cellulaire basés sur l’homme, tels que les cellules souches pluripotentes (induites), travailler avec des cellules humaines a ses propres limites en ce qui concerne la disponibilité, les coûts et l’éthique. Ici, nous décrivons un protocole unique pour isoler et cultiver des cellules à partir de cerveaux de souris embryonnaires. Les cultures de cellules neurales mixtes qui en résultent imitent plusieurs populations cellulaires et interactions trouvées dans le cerveau in vivo. Par rapport aux méthodes équivalentes actuelles, ce protocole imite plus étroitement les caractéristiques du cerveau et recueille également plus de cellules, permettant ainsi d’étudier plus de conditions expérimentales à partir d’une souris gravide. De plus, le protocole est relativement facile et hautement reproductible. Ces cultures ont été optimisées pour une utilisation à différentes échelles, y compris des cribles à haut débit à 96 puits, des analyses de microscopie à 24 puits et des cultures à 6 puits pour la cytométrie en flux et l’analyse de la réaction en chaîne de la polymérase quantitative à transcription inverse (RT-qPCR). Cette méthode de culture est un outil puissant pour étudier l’infection et l’immunité dans le contexte d’une partie de la complexité du SNC avec la commodité des méthodes in vitro .

Introduction

Il est essentiel d’améliorer notre compréhension du système nerveux central (SNC) pour améliorer les options thérapeutiques pour de nombreuses maladies neuroinflammatoires et neurodégénératives. Le SNC, un réseau complexe de cellules interconnectées dans le cerveau, la moelle épinière et les nerfs optiques, comprend des neurones, des oligodendrocytes, des astrocytes et leurs cellules immunitaires innées, la microglie1. Une approche in vitro peut souvent réduire considérablement le nombre de souris nécessaires pour effectuer des recherches significatives; Cependant, la nature complexe du SNC rend impossible la récapitulation de la situation in vivo à l’aide de lignées cellulaires. Les cultures de cellules neurales mixtes constituent un outil de recherche extrêmement précieux pour étudier les questions de neuro(immuno)logie dans un modèle pertinent, conformément aux principes de remplacement, de réduction et de raffinement (3R) 2,3.

Thomson et al. ont décrit une méthode de culture cellulaire utilisant des cellules prénatales de la moelle épinière qui se différencient en tous les principaux types de cellules du SNCsusmentionnés 4. Ce système a également la formation de synapses, les axones myélinisés et les nœuds de Ranvier. La principale limitation de cette méthode de culture est que, étant la moelle épinière, elle ne modélise pas utilement le cerveau, et les rendements cellulaires du jour embryonnaire 13 (E13) de la moelle épinière se contractent. Ainsi, cela limite le nombre de conditions expérimentales qui peuvent être étudiées. Par conséquent, cette étude visait à développer un nouveau système de culture cellulaire qui récapitule les caractéristiques du cerveau avec un rendement cellulaire accru pour réduire les besoins des animaux.

En utilisant Thomson et al. comme point de départ, nous avons développé un modèle de culture cellulaire dérivé uniquement de cerveaux de souris prénatals. Ces cultures ont les mêmes populations cellulaires, l’interconnectivité et les mêmes options de traitement que les cultures de la moelle épinière, sauf qu’il y a moins de myélinisation en comparaison. Cependant, avoir un modèle in vitro du SNC avec un rendement cellulaire environ trois fois plus élevé est plus efficace, nécessitant moins de souris et moins de temps de traitement des embryons. Nous avons optimisé ce système de culture unique pour de multiples applications et échelles en aval, y compris l’utilisation de lamelles de couverture en verre pour l’analyse microscopique et de différentes tailles de plaques de puits en plastique, y compris des plaques de 96 puits pour la recherche à haut débit.

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Protocole

Toutes les expériences sur les animaux étaient conformes aux lois et directives locales pour l’utilisation des animaux et ont été approuvées par le comité d’examen éthique local de l’Université de Glasgow. Les animaux ont été logés dans des conditions spécifiques exemptes d’agents pathogènes conformément à la loi britannique de 1986 sur les procédures scientifiques sur les animaux, sous les auspices d’une licence de projet du ministère de l’Intérieur du Royaume-Uni. Pour cette étude, des souris adultes C57BL/6J élevées en interne ont été utilisées. L’utilisation de jeunes femmes (8-12 semaines) est recommandée en raison du taux de réussite plus élevé de la grossesse; Les mâles peuvent être réutilisés pour plusieurs cycles de reproduction. La figure 1 représente un aperçu schématique de la méthode décrite pour générer des cultures neuronales et gliales mixtes.

1. Préparation des consommables de culture tissulaire

  1. Préparer les assiettes et/ou les plats contenant des lamelles de microscopie à l’intérieur d’une enceinte de sécurité de classe 2. Stériliser tous les réactifs ou autoclaves pour assurer la stérilité pendant la période de culture.
  2. Ajouter le volume approprié de BA-PLL (13,2 μg/mL de poly-L-lysinehydrobromure [PLL] dans un tampon d’acide borique [BA] [50 mM d’acide borique, 12,5 mM de tétraborate de sodium, pH 8,5]; voir le tableau des matériaux) à chaque puits (1 000 μL/puits dans une plaque de 6 puits, 100 μL/puits dans une plaque de 96 puits; les volumes sont résumés dans le tableau 1). Pour les lames de couverture de microscopie, ajouter 20 ml de BA-PLL à une boîte de culture tissulaire de 9 cm de diamètre contenant 200 lamelles de couverture stériles et agiter pour répartir uniformément.
  3. Incuber à 37 °C pendant 1-2 h.
  4. Retirer la solution BA-PLL de chaque puits ou plat contenant des lames de couverture de microscopie et laver en ajoutant 20 ml d’eau stérile, en faisant tourbillonner les lames de couverture, puis en retirant l’eau. Répétez cette étape de lavage trois fois. Pour un plat contenant des lamelles de couverture, laissez de l’eau stérile dans la boîte de culture tissulaire lors du lavage final pour retirer facilement les lamelles de couverture.
  5. Retirer autant de liquide que possible avec une pipette stérile et laisser sécher pendant au moins 2 h à toute la nuit.
  6. Conservez les plaques revêtues à 4 °C jusqu’à 2 mois.
    REMARQUE: La solution préparée d’acide borique avec poly-l-lysine (BA-PLL) peut être réutilisée jusqu’à trois fois, en ajoutant une nouvelle LPL à chaque fois. Conserver la BA-PLL à 4 °C. Les plats sont traités avec BA-PLL, car la LPL permet aux cellules de coller et de se développer. Sans ce traitement, les cellules se soulèveront après environ 1 semaine de culture et ne pourront plus se différencier.

2. Dissection de cerveaux embryonnaires E17

  1. Cologer une ou plusieurs souris femelles avec une souris mâle. Vérifiez quotidiennement les femelles pour un bouchon de mucus, indiquant que l’accouplement a eu lieu.
    REMARQUE: Toute souris femelle « bouchée » doit être séparée du mâle pour assurer la date de début correcte de la gestation. Les souris peuvent être pesées pour confirmer la grossesse ou surveillées visuellement.
  2. Abattre la souris gravide à E17 en utilisant des méthodes appropriées conformément aux directives et aux lois locales en matière de bien-être animal, par exemple, en augmentant la concentration de dioxyde de carbone (CO2), une surdose anesthésique mortelle ou une luxation du cou.
    NOTE: La méthode choisie ne doit pas perturber les embryons. Pour cette étude, l’exposition à une concentration croissante de dioxyde de carbone gazeux suivie de la confirmation de la mort par sectionnement de l’artère fémorale a été utilisée pour éliminer les mères gravides.
  3. Placez la souris gravide abattue sur le dos sur une planche de dissection; Bien qu’il ne soit pas nécessaire de le cerner, cela pourrait faciliter la tâche des chercheurs inexpérimentés. Pincez la ligne médiane de l’abdomen à l’aide d’une pince. À l’aide de ciseaux tranchants, ouvrez l’abdomen à travers la peau et le péritoine sur la ligne médiane allant des organes génitaux à la cage thoracique, en prenant soin de ne pas percer l’utérus.
    1. L’utérus de souris a deux cornes, chacune contenant généralement un à cinq embryons. Retirez l’utérus contenant les embryons de la mère et placez-le immédiatement sur de la glace.
  4. Coupez le sac vitellin sur le côté des placentas, en prenant soin de ne pas endommager les embryons, et retirez les embryons de leur sac vitellin.
  5. Décapitant immédiatement les embryons. Ajouter les têtes décapitées dans un plat avec la solution saline équilibrée de Hanks (HBSS) sans calcium (Ca 2+) et magnésium (Mg2+) (HBSS-/-) sur glace.
    NOTE: Si le génotypage est nécessaire, on peut enlever la queue à ce stade pour une analyse génétique. Lorsque plusieurs génotypes sont attendus, les têtes de chaque embryon doivent être conservées séparément pour la culture.
  6. À l’aide de pinces inclinées, placez la tête sur le côté vers la gauche.
  7. Percez l’œil avec un bord de la pince, en tenant fermement le menton avec l’autre.
  8. En commençant par la nuque, déchirez doucement la peau du cuir chevelu le long de la ligne médiane vers le bout du museau.
  9. En entrant par la moelle épinière, visible comme un ovale blanc, utilisez les pinces inclinées pour ouvrir le crâne le long de la ligne médiane, exposant ainsi le cerveau.
  10. Décollez doucement le crâne sur le côté tourné vers le haut, exposant le cerveau.
  11. Soulevez le cerveau hors du crâne, en éliminant le crâne une fois que le cerveau a été complètement retiré.
  12. À l’aide de la pince, retirez les méninges, qui se distinguent par une fine membrane avec des vaisseaux sanguins denses.
  13. Placer la cervelle dans un bijou (voir le tableau des matières) contenant 2 mL de HBSS-/- sur glace.
  14. Répétez les étapes 2.6 à 2.13 avec les cerveaux restants, en ajoutant jusqu’à quatre cerveaux par bijou.
  15. Ajouter 250 μL de trypsine 10x au bijou et triturer la cervelle en secouant le bijou. Incuber pendant 15 min à 37 °C.
    REMARQUE: Toutes les étapes à partir de ce moment doivent être effectuées dans une houlette de culture tissulaire stérile.
  16. Décongeler 2 mL d’inhibiteur de la trypsine (SD) du soja (Leibovitz L-15, 0,52 mg/mL d’inhibiteur de la trypsine du soja, 40 μg/mL de DNase I, 3 mg/mL d’albumine sérique bovine [BSA] fraction V; voir le tableau des matières) à partir de -20 °C en le plaçant à 37 °C.
  17. Ajouter 2 mL d’inhibiteur du SD à chaque bijou contenant des cerveaux (par bijou contenant jusqu’à quatre cerveaux), en secouant à nouveau le bijou pour le disperser uniformément.
    REMARQUE: L’inhibiteur SD diminue l’activité de la trypsine pour éviter la digestion inutile des échantillons et préserver la viabilité cellulaire.
  18. Sans centrifugation, retirer 2 mL du surnageant de chaque bijou et transférer dans un tube à centrifuger de 15 mL, en prenant soin de ne pas transférer d’amas cellulaires.
  19. Triturer les cellules restantes dans le bijou avec une aiguille de 19 G fixée à une seringue de 5 ml en aspirant la suspension deux fois. Cela créera un mélange épais semblable à du mucus.
    1. Répétez deux fois de plus à l’aide d’une aiguille de 21 G. S’il reste des touffes, triturez une fois de plus avec l’aiguille de 21 G.
  20. Transférer les cellules du bijou dans le même tube à centrifuger de 15 ml (à partir de l’étape 2.18) à l’aide d’une aiguille de 23 g.
  21. Centrifuger à 200 x g à température ambiante (RT) pendant 5 min.
  22. Retirer tout le surnageant à l’aide d’une pipette sérologique de 5 mL et le transférer dans un autre tube à centrifuger de 15 mL, en prenant soin de ne pas déranger la pastille lâche au fond contenant les cellules requises.
  23. Centrifuger à nouveau le surnageant à 200 x g à TA pendant 5 min.
    NOTE: Cette étape n’est pas essentielle, mais si l’on a besoin de nombreuses cellules ou a peu d’embryons, on pourrait effectuer cette étape pour récupérer autant de cellules que possible du surnageant.
  24. À l’aide de 10 mL de média de placage (49 % de milieu aigle modifié de Dulbecco [DMEM], 1 % de pénicilline/streptomycine [Pen/Strep], 25 % de sérum de cheval, 25 % d’HBSS avec Ca 2+ et Mg2 + [HBSS+ /+]; voir le tableau des matières), combiner et remettre en suspension les deux pastilles ensemble pour créer une suspension cellulaire entière.
  25. Compter les cellules à l’aide de bleu de trypan et d’un hémocytomètre ou d’un compteur de cellules numériques, et diluer la suspension cellulaire avec des particules à une concentration de 1,8 x 106 cellules/mL.

3. Placage des cellules

  1. Ajouter le volume requis de la suspension cellulaire au format requis tel qu’indiqué dans le tableau 1 : 1 000 μL par puits en format 6 puits, 50 μL par puits en format 96 puits ou 100 μL par lamelle de couverture.
  2. Incuber pendant 2-4 h à 37 °C avec 5%-7% CO2. Vérifiez que les cellules ont adhéré à l’aide d’un microscope inversé.
  3. Retirez le média et complétez avec un nouveau milieu de différenciation (DM+ : DM- incluant 10 μg/mL d’insuline. DM- : DMEM, 1 % Pen/Strep, hydrocortisone 50 nM, 10 ng/mL de biotine, 2,5 mL de supplément de milieu 100x N1; voir le tableau des matières). Les volumes sont détaillés dans le tableau 1. Appuyez sur les lamelles de couverture flottantes à l’aide d’un embout de pipette stérile.

4. Maintenir les cultures

REMARQUE: Ces cultures nécessitent une alimentation trois fois par semaine pour soutenir une croissance et une différenciation optimales. Les cultures atteindront une santé et une maturité optimales pour les expériences sur DIV (jours in vitro) 21. Les cellules peuvent être conservées en culture jusqu’à 28 jours, après quoi les cultures dégénèrent rapidement.

  1. Trois fois par semaine jusqu’à DIV12, remplacer une partie du surnageant par du DM+ frais en retirant 500 μL par puits en format 6 puits, 50 μL par puits en format 96 puits, ou 500 μL par antenne contenant trois lamelles de couverture, et en ajoutant 600 μL par puits en format 6 puits, 60 μL par puits en format 96 puits, ou 600 μL par antenne parabolique (tableau 1).
  2. Trois fois par semaine à partir de DIV13, remplacer une partie du surnageant par du DM- frais en retirant 500 μL par puits dans un format à 6 puits, 50 μL par puits dans un format 96 puits, ou 500 μL par antenne contenant trois lamelles de couverture, et en ajoutant 600 μL par puits dans un format 6 puits, 60 μL par puits dans un format 96 puits, ou 600 μL par antenne parabolique (tableau 1).

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Résultats

Microscopie
Les cultures cultivées sur des lamelles de verre sont idéales pour être analysées par microscopie. Pour visualiser le développement des cultures, les lamelles de couverture ont été fixées dans du paraformaldéhyde (PFA) à 4% à plusieurs points temporels de DIV0 (une fois les cellules attachées) à DIV28. Les cultures ont été colorées pour l’imagerie par immunofluorescence comme décrit précédemment5 en utilisant trois combinaisons de coloration différentes: NG2 (oligod...

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Discussion

Le SNC est un réseau complexe qui s’étend du cerveau à la moelle épinière et se compose de nombreux types de cellules, principalement des neurones, des oligodendrocytes, des astrocytes et des microglies1. Comme chaque cellule a un rôle important dans le maintien de l’homéostasie et la génération de réponses appropriées aux défis du SNC 9,10,11, un système de culture qui contient tous ces types de cellules est un outil utile et ...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Nous tenons à remercier les membres des laboratoires Edgar et Linington, en particulier le professeur Chris Linington, le Dr Diana Arseni et le Dr Katja Muecklisch, pour leurs conseils, leurs commentaires utiles et leur aide pour nourrir les cultures pendant que nous mettons en place ces cultures. Nous remercions tout particulièrement le Dr Muecklisch d’avoir fourni les points de départ des pipelines Cell Profiler. Ce travail a été soutenu par la Société de la SP (subvention 122) et la Fondation Yuri et Lorna Chernajovsky à MP; Financement de l’Université de Glasgow à JC et MP; et Wellcome Trust (217093/Z/19/Z) et Medical Research Council (MRV0109721) à GJG.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
10x TrypsinSigmaT4549-100MLPour digérer les tissus
140 mm TC DishFisher11339283Mettre 8 plats de 35 mm par 1 plat de 140 mm
15 mL FalconSarstedt62554502Pour collecter les cellules en granulés pour les remettre en suspension dans un milieu de placage
Aiguille 18 GHenke Sass Wolf4710012040Pour la trituration de l’échantillon
21 G AiguilleBD304432Pour la trituration de l’échantillon
Aiguille 23 GHenke Sass Wolf4710006030Pour la trituration de l’échantillon
Antenne TC de 35 mmCorning430165Plaque de sortie 3 lamelles enrobées PLL par 1 boîte de 35 mm
Seringue de 5 mLFisher 15869152Pour la trituration de l’échantillon
Plaque à 6 puitsCorning3516Pour plaque de cellules pour RT-qPCR et écoulement cytométrie
7 mL BijouxFisherDIS080010RPour mettre les cerveaux intp
96 bien plaqueCorning3596Pour placage cellules pour tests à haut débit
ACSA-2 Anticorps, anti-souris, PEMiltenyi130-123-284Pour la coloration par cytométrie en flux des astrocytes
Pince coudéeDumont0108-5/45-POPour la dissection
BiotineSigmaB4501Pour l’acide DM+/-
BoriqueSigmaB6768-500GPour le tampon d’acide borique
Brilliant Violet 421 Anticorps anti-souris CD24, clone M1-69Biolegend101825Pour la coloration par cytométrie en flux des neurones et des astrocytes
Brilliant Violet 605 Anticorps CD45 anti-souris, clone 30-F11Biolegend103139Pour la coloration par cytométrie en flux de la microglie
Brilliant Violet 785 anti-souris/humain CD11b Anticorps, clone M1/70Biolegend101243Pour la coloration par cytométrie en flux de la microglie
BSA Fraction VSigmaA3059-10GPour inhibiteur de SD
CNPAbcamAB6319Oligodendrocytes matures
CoverslipVWR631-0149Pour placage de cellules pour la microscopie
Dissection CiseauxSigmaS3146-1EAPour la dissection
DMEM High glucose, sodium pyruvate, L-GlutamineGibco21969-035Pour DM+/-, et pour le placage
de milieux DNase IThermofisher18047019Pour inhibiteur de SD, peut utiliser cette ou l’autre Dnase de sigma
DNase ISigmaD4263Pour Inhibiteur de SD, peut utiliser cette ou l’autre Dnase de thermofisher
eBioscience Fixable Viability Dye eFluor 780Thermofisher65-0865-14Teinture vivante / morte
Pince fineDumont0102-SS135-POPour dissection
GFAPInvitrogen13-0300Astrocytes
HBSS w Ca MgSigmaH9269-500MLPour support de placage
HBSS w/o Ca MgSigmaH9394-500MLPour les cerveaux à ajouter au
sérumde chevalGibco26050-070Pour les milieux de placage
HydrocortisoneSigmaH0396Pour DM+/-
Iba1Alpha-Laboratories019-1971Microglia
InsulinSigmaI1882Pour DM+
Leibovitz L-15GIbco11415-049Pour Inhibiteur de SD
MBPBio-RadMCA409SMyéline
Souris CCL5/RANTES DuoSet Kit ELISABioTechneDY478-05Kit ELISA pour la quantification de la concentration de CCL5 dans les surnageants de 96 puits
plaque N1 média supplémentSigmaN6530-5MLPour DM+/-
NestinMerckMAB353Cellules souches/progénitrices neuronales
NeuNThermofisherPA578499Corps cellulaire neuronal
NG2SigmaAB5320Oligodendrocytes immatures
O4 Anticorps anti-humain/souris/rat, APCMiltenyi130-119-155Pour la coloration par cytométrie en flux des oligodendrocytes
Pen/Strep SigmaP0781-100MLPour DM+/-, et pour les milieux de placage
Poly-L-LysinehydrobromureSigmaP1274Pour l’acide borique / solution de poly-L-lysine pour enrober les lamelles
SMI31BioLegend801601Axons
Tétraborate de sodiumSigma221732-100GPour tampon d’acide borique
TrizolThermofisher15596026Pour lyser les cellules pour RT-qPCR
Inhibiteur de trypsine du sojaSigmaT9003-100MGPour inhibiteur de SD

Références

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Réimpressions et autorisations

Mots-clés

Cultures neurales mixtesCerveau embryonnaire de sourisCulture de cellules glialesCulture de cellules neuronalesMod les d infection du SNCCytom trie en fluxMarquage par immunofluorescenceAnalyse par qRT PCRDosage ELISA