כל ההליכים הכרוכים באיסוף דגימות בוצעו בהתאם להנחיות IRB של המכון.
כל הריאגנטים והציוד המשמשים בפרוטוקול זה מפורטים בטבלת החומרים ויש להשתמש בהם סטריליים. יש לחמם את המדיה לטמפרטורת החדר (RT) לפני השימוש, אלא אם צוין אחרת. לקבלת סקירה כללית של פרוטוקול התרבות המשותפת, ראה איור 1.
1. התמיינות של אבות נוירונים מוטוריים מתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs)
- עקוב אחר פרוטוקול התמיינות הנוירונים המוטוריים, שהותאם ממחקר קודם, עד שתגיע למצב האב העצבי (NPCs) ביום 10. על פי מסגרת הזמן של הפרוטוקול, ההבחנה מתחילה ביום שני (יום 0), מה שמביא ליום 10 NPCs ביום חמישי.
- Cryopreserve day 10 NPCs בתחליף סרום נוק-אאוט עם 10% dimethyl sulfoxide (DMSO) בצפיפות של 2 x 106- 4 x 106 תאים לכל בקבוקון.
זהירות: DMSO רעיל: ידית במכסה מנוע עם ציוד מגן אישי.
הערה: כ-50% מהיום 10 NPCs צפויים להיות חיוניים בעת ההפשרה. עצור את פרוטוקול התמיינות הנוירונים המוטוריים במצב זה של 'יום 10 NPC' ושמור בהקפאה את ה- NPCs כדי ליצור מספר רב של NPCs, שניתן לשמור בבנק ולהשתמש בהם מאוחר יותר, תוך הפחתת אורך ציר הזמן הכולל של פרוטוקול התרבות המשותפת מ- 28 ימים ל- 19 ימים בסך הכל.
2. גזירה ותחזוקה של מזואנגיובלסט אנושי (MABs)
הערה: MABs הם תאי גזע מזנכימליים הקשורים לכלי דם, שבמקרה זה נקצרו מביופסיות שהתקבלו מתורם בריא בן 58. מקורות מסחריים חלופיים זמינים. הפרוטוקול להשגת MABs מוסבר בקצרה. למידע נוסף, עיין בפרוטוקול המפורט. יש לחמם את כל חומרי ההדפסה MAB לטמפרטורה של 37°C לפני השימוש.
- טוחנים את רקמת הביופסיה ודוגרים על קולגן (מעור עגל) המצופה 6 ס"מ במצע גידול (טבלה 1) למשך שבועיים. שנה את המדיום כל 4 ימים.
- להכנת ציפוי קולגן, יש להמיס 100 מ"ג קולגן ב-20 מ"ל של 0.1 מ' חומצה אצטית. לקולגן לוקח זמן להתמוסס, אז הניחו את התערובת על משטח נדנדה למשך הלילה ב-RT. למחרת, מלא עם 80 מ"ל של ddH2O לנפח סופי של 100 מ"ל.
זהירות: חומצה אצטית היא רעילה; ידית במכסה אדים עם ציוד מגן אישי.
הערה: קולגן מציפוי עור עגל ניתן לשימוש חוזר עד פי 5. יש לאחסן בטמפרטורה של 4°C.
- מצפים את כל פני השטח של המנה או הבקבוק בקולגן, סוגרים ודגרים במשך 20 דקות ב-RT בתוך זרימה למינרית. לאחר 20 דקות, יש להחזיר את הקולגן במיכל טרי, לסגור את התבשיל/בקבוק הריק ולהשאיר למשך 10 דקות ב-RT בזרימה הלמינרית.
- מעבירים את המנה/בקבוק לאינקובטור לדגירת לילה (או לפחות 6 שעות) (37°C, 5% CO2). יש לשטוף 5x עם מי מלח חוצצי פוספט של Dulbecco ללא סידן או מגנזיום (DPBS) לפני ציפוי תאים.
- לאחר 14 יום, FACS (מיון תאים מופעל פלואורסצנטי) ממיין את MABs עבור phosphatase אלקליין אנושי ולאחר מכן הרחבה נוספת. שמרו את ה-MABs על צלוחיות T75 מצופות קולגן במדיום הגידול ושנו את מדיום הגידול כל יומיים (10 מ"ל לצלוחית).
- שימור קריוגני, מעבר או זרעים MABs במכשירים כאשר מגיעים למפגש של 70%.
הערה: MABs מאבדים את הפוטנציאל המיוגני שלהם עקב איחוי ספונטני במגע בין תאים. יש להקפיד לא לחרוג מ-70% מפגש בעת הרחבת MABs. בקבוק T75 אחד 70% מכיל כ-600,000-800,000 תאים, אותם ניתן לשמר בהקפאה ב-100,000 תאים לבקבוקון. כל בקבוקון ניתן להפשיר מאוחר יותר ולזרוע בבקבוק T75 להרחבה.
- כדי לעבור MABs, לשטוף אותם בעדינות פעם אחת עם 7 מ"ל של DPBS ולאחר מכן לדגור 7 מ"ל של תמיסת דיסוציאציה MAB במשך 3 דקות ב 37 ° C ב 5% CO2 כדי לנתק את התאים.
- נטרלו את תמיסת הדיסוציאציה MAB עם 7 מ"ל של מדיום הגידול, גרדו בעדינות את התאים והעבירו את תרחיף התא לצינור צנטריפוגה של 50 מ"ל. שטפו בעדינות את הבקבוק עם 5 מ"ל נוספים של מדיום הגידול כדי לאסוף MABs שעלולים להישאר.
- צנטריפוגו את תרחיף התא למשך 3 דקות ב-300 x גרם, ואז עברו ישירות לבקבוק T75 חדש מצופה קולגן להרחבה, שמרו בהקפאה בתחליף סרום נוק-אאוט עם 10% DMSO או ספרו לזרעים במכשיר מיקרופלואידי.
הערה: מעברים מבוצעים 1x-2x בשבוע עבור הרחבת תאים עד מספר מעבר מקסימלי של 13. לאחר הדיסוציאציה, MABs נראים כדוריים וגדולים בצורתם כאשר בוחנים אותם תחת המיקרוסקופ.
3. הכנת התקנים מיקרופלואידים שהורכבו מראש - יום 9
הערה: הפרוטוקול מותאם מפרוטוקול התקן הנוירונים של יצרן ההתקן המיקרופלואידי והותאם לשימוש הן בהתקנים שהורכבו מראש והן בהתקני סיליקון. כאן, התקנים שהורכבו מראש משמשים לאימונוציטוכימיה (ICC) ולהקלטות חולפות של סידן תאים חיים, בעוד שהתקני סיליקון משמשים לסריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM). ציר הזמן של הפרוטוקול עוקב אחר ציר הזמן של פרוטוקול התמיינות הנוירונים המוטוריים.
- הכינו את המכשירים המיקרופלואידים יום לפני זריעת התאים, שכן הציפוי צריך לדגור במשך הלילה. על פי פרוטוקול הנוירון המוטורי, זה יהיה יום רביעי. הוסיפו ~10 מ"ל אתנול 70%-100% לצלחת פטרי בקוטר 10 ס"מ. השתמש במלקחיים כדי להעביר את המכשיר ממיכל המשלוח לצלוחית פטרי לצורך עיקור.
- השקיעו את המכשיר באתנול למשך 10 שניות והעבירו את המכשיר עם מלקחיים לפיסת נייר לייבוש באוויר בזרימה הלמינרית למשך ~30 דקות. הפכו את המכשיר מספר פעמים כדי לאפשר לשני הצדדים להתייבש. כאשר המכשיר יבש, השתמש במלקחיים כדי להעביר כל מכשיר לצלחת פטרי אישית בקוטר 10 ס"מ לטיפול קל.
זהירות: אתנול הוא רעיל; ידית במכסה אדים עם ציוד מגן אישי
- מצפים את המכשיר בפולי-L-אורניתין (PLO) (100 מיקרוגרם/מ"ל) ב-DPBS ודגרים ב-37°C, 5% CO2 למשך 3 שעות.
- השתמש פיפטה P200 כדי להוסיף 100 μL של PLO ב DPBS בבאר עליונה קרוב ככל האפשר לפתח התעלה ולראות את הנוזל עובר מן הבאר העליונה דרך התעלה אל הבאר התחתונה. לאחר מכן, להוסיף 100 μL של אש"ף ב DPBS למטה היטב.
- חזור על הפעולה בצד השני של המיקרו-חריצים וסיים על-ידי הוספת 100 μL בצד אחד של ההתקן כדי ליצור שיפוע נפח בין שני הצדדים המשוקפים של המכשיר כדי לצפות את המיקרו-חריצים (לדוגמה, צד ימין 200 μL, צד שמאל 300 μL). לאחר 3 שעות, שטוף את המכשיר 3x במשך 5 דקות עם DPBS. השתמש במערכת יניקה במידת הצורך.
הערה: הקפידו להימנע מהיווצרות בועות אוויר בתעלות בכל נקודה במהלך הציפוי או הטיפוח של התאים. אפילו בועות קטנות יתרחבו תוך זמן קצר, ובכך יעכבו את הציפוי, זריעת התאים או זרימת המדיה על פני הערוץ. אם הנוזל נעצר בתעלה במהלך הציפוי, השהה מחדש את תמיסת אש"ף ישירות לתוך התעלה משני הצדדים. אם עדיין קיימות בועות, השתמש ב- 200 μL של DPBS כדי לשטוף את התעלה ולחזור על תהליך הציפוי כאמור לעיל בשלבים 3.3.1-3.3.2. אם מופיעות בועות לאחר זריעת תאים, אי אפשר לשחזר את המכשיר, שכן שטיפת התעלה תפגע בתאים.
- מצפים את המכשיר בלמינין (20 מיקרוגרם/מ"ל) בתווך נוירובזאלי ודגרים למשך הלילה ב-37°C, 5% CO2. בצע את אותן הוראות עבור ציפוי אש"ף משלבים 3.3.1-3.3.2.
- למחרת, השתמשו בפיפטת P200 ומקמו את הקצה בבאר מול פתח התעלה כדי להסיר את ציפוי הלמינין מהבארות. הוסף DPBS לכל הבארות והשאר את המכשירים עם DPBS בזרימה הלמינרית ב- RT לזריעת תאים.
הערה: מנקודה זו ואילך, חשוב לא להסיר נוזלים (ציפוי למינין, DPBS, מדיה, תמיסת קיבוע וכו ') ישירות מהתעלות, שכן הדבר עלול לגרום להיווצרות בועות אוויר. תמיד לבדוק את המכשירים מתחת למיקרוסקופ לפני זריעת תאים.
4. ציפוי NPCs בהתקנים מיקרופלואידים - יום 10
הערה: על פי פרוטוקול התמיינות נוירונים מוטוריים, ציפוי של יום 10 NPCs מתרחש ביום חמישי.
- השתמש ביום 10 NPCs מנותקים טריים, או הפשיר 1-2 בקבוקונים של NPCs בנקאיים לכל 10 מ"ל של יום 10 נוירון מוטורי בינוני (טבלה 2 וטבלה 3) עם מעכב ROCK (10 μL / mL) פתרון, וצנטריפוגה את תרחיף התא ב 100 x גרם במשך 4 דקות.
- השהה מחדש את גלולת התא בתווך של 500-1000 מיקרוליטר של יום 10 נוירון מוטורי עם תמיסת מעכב ROCK (10 μL/mL) וספור את התאים החיים בכל שיטת ספירה מועדפת.
הערה: כפי שצוין להלן, הקפד להשעות מחדש את NPCs לכמות הנכונה של מדיה כדי להתאים נפח זריעה אופטימלי.
- הסר DPBS משתי בארות בצד אחד של המיקרו-חריצים במכשיר עם פיפטה P200 וזרע 250,000 NPC לכל מכשיר ב-60-100 מיקרוליטר של מדיה של נוירונים מוטוריים ביום 10.
- בבאר הימנית העליונה, זרעו 30-50 מיקרוליטר של תרחיף התא (125,000 תאים) קרוב לפתח התעלה בזווית של 45° וגררו את יתרת הנוזל בעדינות לאורך רצפת הבאר לכיוון מרכז הבאר עם קצה הפיפטה.
- עצרו לכמה שניות כדי לאפשר לתרחיף התא לזרום דרך התעלה לפני שתחזרו על כך בבאר התחתונה (125,000 תאים ב-30-50 מיקרוליטר). השתמש בעט כדי לסמן את הצד הזרע "NPC" או שווה ערך להתמצאות קלה של המכשיר ללא מיקרוסקופ.
- לדגור על המכשיר ב 37 ° C, 5% CO2 במשך 5 דקות כדי לאפשר חיבור תאים לפני מילוי הבארות שני זרעים עם יום נוסף 10 נוירון מוטורי בינוני (סה"כ 200 μL / באר) ולדגור שוב ב 37 ° C, 5% CO2.
הערה: כל באר יכולה להכיל 200 μL. זריעה של תאים הן בבארות והן בתעלות מבטיחה מבנה איתן של התרבית, ומפחיתה את הסיכון לניתוק תאים במהלך שינויי מדיה. אפשר לזרוע פחות תאים רק בתעלה. עם זאת, זה יהפוך את התרבות לרגישה יותר לזרם הנפח דרך הערוצים במהלך כל שינוי מדיום.
- השתמש פיפטה P200 כדי להסיר DPBS משתי הבארות בצד השני של microgrooves מול NPCs זרעים טריים. להוסיף 200 μL / באר של יום 10 נוירון מוטורי מדיה ולחכות כמה שניות בין העליון למטה באר כדי לאפשר מדיה לזרום דרך הערוץ. לאחר מכן, הוסף 6 מ"ל של DPBS לכל צלחת 10 ס"מ סביב המכשיר כדי למנוע אידוי של המדיום במהלך הדגירה.
הערה: במידת הצורך, הוסף DPBS נוספים מסביב להתקן במהלך תקופת התרבית.
- בצע שינוי בינוני מלא של נוירון מוטורי בשני תאי המכשיר ביום 11 (שישי), יום 14 (שני) ויום 16 (רביעי) (טבלה 2 וטבלה 3). הוסף תוספי מדיה טריים ביום השינוי הבינוני.
הערה: מנקודה זו ואילך, בצע את כל השינויים הבינוניים עם פיפטה P200. מקמו תמיד את קצה הפיפטה הרחק מהתעלה בקצה הבאר ואל תוציאו נוזלים ישירות מהתעלה. היזהרו לא לנתק את מכשירי הסיליקון. הסרה והוספה של מדיום צריכה להיעשות לאט כדי למנוע ניתוק תאים.
- הסר בזהירות את כל המדיה בשתי הבארות עם NPCs על ידי מיקום קצה פיפטה P200 בקצה התחתון של קיר הבאר מול פתח התעלה. הוסף באיטיות 50-100 μL של נוירון מוטורי טרי בינוני לבאר העליונה על ידי מיקום קצה פיפטה P200 בקצה העליון של דופן הבאר מול פתח התעלה.
- עצור למשך מספר שניות כדי לאפשר לתווך לזרום דרך התעלה לפני הוספת 50-100 מיקרוליטר של תווך נוירון מוטורי לתחתית היטב. חזור על תהליך זה בזהירות עד ששתי הבארות מכילות 200 μL/באר. חזור על הפעולה בצד ללא תאים.
5. ציפוי MAB בהתקנים מיקרופלואידים - יום 17
- כ-7 ימים לפני זריעת MABs במכשירים המיקרופלואידים (יום 10 להתמיינות נוירונים מוטוריים), הפשירו MABs וזרעו אותם במדיום הגידול (טבלה 1) בבקבוק T75 המצופה בקולגן כדי לאפשר התרחבות תאים מספקת. ראה סעיף 2.
- ביום ה-17 של התמיינות הנוירון המוטורי (יום חמישי), נתקו MABs כפי שהוסבר בשלב 2.4, השהו מחדש את כדורית התא ב~500 מיקרוליטר של מדיום גדילה וספרו את התאים החיים בכל שיטת ספירה מועדפת.
הערה: כפי שצוין להלן, הקפד להשהות מחדש את ה- MABs לכמות המדיה הנכונה כדי להתאים לנפח זריעה אופטימלי.
- הסר את מדיום הנוירון המוטורי בצד הלא מזרע של המיקרו-חריצים במכשיר עם פיפטה P200, שטוף בעדינות עם DPBS, וזרע 200,000 MAB לכל מכשיר ב 60-100 מיקרוליטר של מדיום צמיחה.
- בבאר הימנית העליונה, זרעו 30-50 מיקרוליטר של תרחיף תאים (100,000 תאים) קרוב לפתח התעלה בזווית של 45° וגררו את יתרת הנוזל בעדינות לאורך רצפת הבאר לכיוון מרכז הבאר עם קצה הפיפטה. עצור למספר שניות כדי לאפשר את זרימת התאים דרך התעלה לפני חזרה בבאר התחתונה (100,000 תאים ב 30-50 μL).
- יש לדגור על המכשיר בטמפרטורה של 37°C, 5% CO2 למשך 5 דקות כדי לאפשר חיבור לתאים לפני מילוי שתי הבארות הטריות מזרעי MAB במצע גידול נוסף (סה"כ 200 מיקרוליטר/באר). לדגור שוב ב 37 ° C, 5% CO2.
הערה: אין צורך בשינוי בינוני ביום ה-17 בצד הנוירון המוטורי של המכשיר. יום 17 שינוי בינוני על פי שיטת התמיינות הנוירונים המוטוריים שפורסמה בעבר מתבצע במקום זאת ביום 18 (יום שישי).
6. יישום שיפוע נפחי וכימוטקטי לקידום הצמיחה של נוירונים מוטוריים לכיוון תא MAB
- ביום ה-18, בצע שינוי בינוני מלא בצד הנוירון המוטורי עם יום 18 בתווך הנוירון המוטורי (200 מיקרוליטר/באר). בצע את ההוראות עבור שינויים בינוניים המוזכרים בשלבים 4.5.1-4.5.2. התחל את בידול MAB בתא MAB של ההתקן (טבלה 2 וטבלה 4).
- שטפו בזהירות את תאי ה-MAB פעם אחת עם DPBS לפני הוספת מדיום בידול MAB שחומם מראש (טבלה 4) בתוספת 0.01 מיקרוגרם/מ"ל של אגרין אנושי (200 מיקרוליטר/באר).
הערה: MABs יתמזגו וייצרו צינורות מיו-צינור מרובי גרעינים במהלך שבוע אחד.
- ביום ה-21, על פי פרוטוקול התמיינות הנוירונים המוטוריים (יום שני), התחילו את השיפוע הכימוטקטי והנפחי (טבלה 2 וטבלה 3).
- הוסף 200 μL/well של מדיום בסיסי של נוירון מוטורי עם 30 ng/mL של גורם נוירוטרופי מוחי (BDNF), גורם נוירוטרופי הנגזר מקו תאי גליה (GDNF) וגורם נוירוטרופי ריסני (CNTF), אגרין אנושי (0.01 מיקרוגרם / מ"ל) ולמינין (20 מיקרוגרם / מ"ל) לתא myotube (שהוגדר בעבר כתא MAB). הוסף תווך בסיסי של נוירון מוטורי (100 μL/well) ללא גורמי גדילה לתא הנוירון המוטורי.
טבלה 1: מדיום צמיחה MAB.בינוני יכול להימשך שבועיים ב 4 °C. bFGF מתווסף טרי ביום השימוש.
| מגיב | ריכוז מלאי | ריכוז סופי |
| IMDM | 1x | 80% |
| סרום בקר עוברי | | 15% |
| פניצילין/סטרפטומיצין | 5000 U/מ"ל | 0.5% |
| ל-גלוטמין | פי 50 | 1% |
| נתרן פירובט | 100 מ"מ | 1% |
| חומצות אמינו לא חיוניות | פי 100 | 1% |
| אינסולין טרנספרין סלניום | פי 100 | 1% |
| bFGF (נוסף טרי) | 50 מיקרוגרם/מ"ל | 5 נ"ג/מ"ל |
טבלה 2: תווך בסיסי של נוירון מוטורי.בינוני יכול להימשך 4 שבועות ב 4 °C (75 °F).
| מגיב | ריכוז מלאי | ריכוז סופי |
| DMEM/F12 | | 50% |
| מדיום נוירובזאלי | | 50% |
| פניצילין/סטרפטומיצין | 5000 U/מ"ל | 1% |
| ל-גלוטמין | פי 50 | 0.5 % |
| תוספת N-2 | פי 100 | 1% |
| B-27 ללא ויטמין A | פי 50 | 2% |
| β-מרקפטואתנול | 50 מ"מ | 0.1% |
| חומצה אסקורבית | 200 מיקרומטר | 0.5 מיקרומטר |
טבלה 3: תוספים בינוניים של נוירונים מוטוריים.תוספים מתווספים טריים ביום השימוש למדיום הבסיסי של הנוירון המוטורי.
| יום | מגיב | ריכוז מלאי | ריכוז סופי | תא |
| יום 10/11 | אגוניסט מוחלק | 10 מ"מ | 500 נאנומטר | הן |
| חומצה רטינואית | 1 מ"מ | 0.1 מיקרומטר | |
| דאפט | 100 מ"מ | 10 מיקרומטר |
| BDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל |
| GDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל |
| יום 14 | דאפט | 100 מ"מ | 20 מיקרומטר | הן |
| BDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל | |
| GDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל |
| יום 16 | דאפט | 100 מ"מ | 20 מיקרומטר | הן |
| BDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל | |
| GDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל |
| CNTF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל |
| יום 18 | BDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל | נוירון מוטורי |
| GDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל | |
| CNTF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 10 נ"ג/מ"ל |
| יום 21+ | BDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 30 נ"ג/מ"ל | מיוטיוב |
| GDNF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 30 נ"ג/מ"ל | |
| CNTF | 0.1 מ"ג/מ"ל | 30 נ"ג/מ"ל |
| אגרין | 50 מיקרוגרם/מ"ל | 0.01 מיקרוגרם/מ"ל |
| למינין | 1 מ"ג/מ"ל | 20 מיקרוגרם/מ"ל |
| יום 21+ | ללא תוספות | | | נוירון מוטורי |
טבלה 4: מדיום בידול MAB.בינוני יכול להימשך 2 שבועות ב 4 °C (75 °F). Agrin מתווסף טרי ביום השימוש.
| יום | מגיב | ריכוז מלאי | ריכוז סופי | תא |
| יום 18 | DMEM/F12 | | 97% | MAB |
| נתרן פירובט | 100 מ"מ | 1% |
| נסיוב סוסים | | 2% |
| אגרין | 50 מיקרוגרם/מ"ל | 0.01 מיקרוגרם/מ"ל |