מאמר זה מתאר מערכת תרבית עצבית שניתן להשתמש בה כדי להשיג כמויות גדולות של דגימות אקסונליות טהורות לאנליזות ביוכימיות ואימונוציטוכימיות. טכניקה זו תאפשר הבנה משופרת של פיזיולוגיה אקסונלית נורמלית ומסלולי איתות המובילים לניוון עצבי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מאמר זה מתאר מערכת תרבית עצבית שניתן להשתמש בה כדי להשיג כמויות גדולות של דגימות אקסונליות טהורות לאנליזות ביוכימיות ואימונוציטוכימיות. טכניקה זו תאפשר הבנה משופרת של פיזיולוגיה אקסונלית נורמלית ומסלולי איתות המובילים לניוון עצבי.
אקסונים עצביים משתמשים במנגנונים ספציפיים כדי לתווך התפשטות, לשמור על שלמות ולגרום לניוון. נדרש איזון מתאים של אירועים אלה כדי לעצב מעגלים עצביים פונקציונליים. הפרוטוקול המתואר כאן מסביר כיצד להשתמש בתוספות תרבית תאים הנושאות קרום נקבובי (מסנן) כדי להשיג כמויות גדולות של תכשירים אקסונליים טהורים המתאימים לבדיקה בטכניקות ביוכימיות או אימונוציטוכימיות קונבנציונליות. הפונקציונליות של תוספות מסנן אלה תודגם עם מודלים של גיזום התפתחותי וניוון וולריאני, תוך שימוש בצמחים של גנגליון שורש גב עוברי. שלמות ותפקוד אקסונלי נפגעים במגוון רחב של פתולוגיות ניווניות. ואכן, כעת ברור כי תפקוד לקוי של אקסונל מופיע הרבה יותר מוקדם במהלך המחלה מאשר אובדן סומה עצבית במספר מחלות נוירודגנרטיביות, מה שמצביע על כך שתהליכים ספציפיים לאקסונל מכוונים בעיקר בהפרעות אלה. על ידי השגת דגימות אקסונליות טהורות לניתוח בטכניקות מולקולריות וביוכימיות, לטכניקה זו יש פוטנציאל לשפוך אור חדש על מנגנונים המווסתים את הפיזיולוגיה והפתופיזיולוגיה של אקסונים. זה בתורו ישפיע על הבנתנו את התהליכים המניעים מחלות ניווניות של מערכת העצבים.
תא אקסון של נוירונים מראה מידה רבה של עצמאות תפקודית מתא somato-הדנדריטים. בנוירונים הקרנה, אקסונים מכילים את רוב 1,2 החלבון העצבי. חקר הפיסיולוגיה והפתופיזיולוגיה של אקסונים צבר תאוצה בקהילת מדעי המוח, כי מחקרים שנעשה לאחרונה הראו כי תפקוד לקוי של אקסון המוקדם נראה כי תכונה משותפת של מחלות ניווניות והפרעות נוירופסיכיאטריות 3. סביר להניח כי הבנה טובה יותר של מנגנוני אקסון בלעדי בתנאים נורמלים ופתולוגית שתשפוך אור על האירועים המוקדמים המניע את חוסר תפקוד.
הפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד להשתמש בתרבות מוסיף נושאות קרום נקבובי (מסנן) כדי להשיג כמויות גדולות של חומר אקסון טהור כי הוא מתאים ביוכימי וimmunocytochemical מנתח. השימוש במסנן מוסיף ללמוד הביולוגיה אקסון יושמה לראשונה על ידי דייל ועמיתים 4 ופותחו עוד יותר על ידי Twiss ועמיתים 5 לתצורתו הנוכחית. הטכניקה היא כעת בשימוש שוטף על ידי קבוצות לימוד היבטים שונים של אקסון והביולוגיה דנדריט, עם שינויים קלים בכל מקרה כדי להתאים לאוכלוסייה של נוירונים למדו, הטיפולים שבוצעו ואת הסוג של ניתוחים ביוכימיים המשמשים 6-9. הפרוטוקול הנוכחי אינו מתכוון להכיל את כל החלופות למגוון כה רחב של יישומים, אלא מספק גישה פשוטה, שמתאימה למרבית היישומים. בפרט, הפרוטוקול המתואר כאן משתמש בציפוי משולש למיקסום תשואת אקסון עבור ניתוחים ביוכימיים והוא מתאים ביותר ללמוד אקסון ציפויי ניוון-אחר המתוארים בספרות המיוצר פחות אקסונים שיחזרו ולהידרדר מהר יותר כאשר נשללו מגורמים תזונתיים 9.
בהליך זה, גופי תא עצביים נותרו מבודדים על גבי עלי לעשות סינוןאקסונים ile לעבור הדרך הנקבוביות ולגדול לאורך המשטח התחתון שלה. אקסונים טהורים (ללא גליה ומזהמים גוף תא עצביים) הגדלים על המשטח התחתון של המסנן יכולים להיות שנאספו עבור ניתוחים ביוכימיים או יכולים להיות קבוע באתר ונבחנו על ידי טכניקות immunocytochemical 9. ההליך מסתמך על השימוש בתאי עצב תחושתי עובריים מהגרעינים הגבי שורש (DRG). DRGs עוברי נמצא בשימוש נרחב ללמוד ביולוגיה אקסון בגלל neurites מהתאים אלה עוברות צמיחה מהירה וחזקה במבחנה, כאשר נשמר בגורם גדילה עצבי (NGF), וכי הם במהירות לעבור ניוון כאשר נשללו של גורם זה. כמו כן, הנוירונים DRG חסרי דנדריטים, כך שכל neurites שנאסף על ידי בשיטה זו הן אך ורק אקסונים.
מוסיף מסנן מייצג יתרון גדול בהשוואה לגישות אחרות המשמשות ללמוד אקסונים. מחקרים להסתמך על השימוש במיקרוסקופ לבדל תהליכים המתרחשים בתא סומה מאלוxons לספק מידע ביוכימי מוגבל. כדוגמא נוספת, מערכות ממודרות תרבות (למשל, תאי Campenot 10 או מכשירי microfluidic 11) שימושיות לגישות הדמיה ולטיפול בהפרש של תאי תאים אלא לספק רק כמויות קטנות של חומר באקסון המונעות את השימוש בטכניקות אלה לניתוחים ביוכימיים אשר דורשים כמויות גדולות היחסי של מדגם. יתר על כן, השימוש בם דורש הכשרה משמעותית, כמו גם התקנים מיוחדים, והם גוזלים זמן. גישה אחרת המשמשת לעתים קרובות לבודד את האקסונים מ explants היא להסיר באופן ידני מרכז explant (המכיל גופי תא עצביים) לפני איסוף דגימת אקסון. למרות שזה יכול לייצר כמויות גדולות של תכשירים מועשר האקסון, ניתן עטפו אקסונים בתכשיר זה בגליה ומהירות הסרת הגופים של 20 explant ברציפות מ -6 בארות (כדוגמא לניסוי מינימאלי) היא זמן רב ועל גבול כדאיות.
לעומת זאת, בשיטה המוצגת כאן מייצרת הכנות אקסון שופעים וטהורות, כי אז יכול להיות מנותחת על ידי כמעט כל טכניקה ביוכימיים המשמש בדרך כלל כדי לנתח lysates כל התא, כמו כתם מערבי, immunoprecipitation 6, כתם צפוני 5 ספקטרומטריית מסה 6, טיהור RNA 7,12,13, בין יתר. יתר על כן, הפרוטוקול יכול להיות מיושם על Immunofluorescence טכניקות (IF), כפי שאפשר לתקן אקסונים גדל בצד התחתון של המסנן כדי לבחון אותם עוד יותר על ידי אם. גישה זו מאוד מקלה על הניתוח של תהליכי אקסון ספציפי מכיוון שאין גופי תא בהכנה הסופית. זהו יתרון משמעותי שכן אות גבוהה immunofluorescent מגופי תא לעתים קרובות פוגעת בבחינה וניתוח של אותות חלשים שמקורם במבנים דקים כגון אקסונים.
שני יישומים של שיטת התרבות ללמוד ar ניוון אקסוןדואר תאר; מודל של גיזום התפתחותיים ומודל של ניוון הנגרם פגיעה (המכונות ניוון Wallerian כ). המודלים של גיזום התפתחותי מבוסס על העובדה שתאי עצב תחושתי in vivo להתחרות על הגבלת סכומי NGF-derived יעד ואלו שלא הצליחו לקבל מספיק מנוון תמיכת נוירוטרופי 14. תופעה זו יכולה להיות חיקה בתרבויות DRG העובריים על ידי נסיגת NGF מהתקשורת והתרבות, אשר, כפי שקורה בvivo, יוזם ניוון אקסון אחריו הרס גוף תא. למודל ניוון Wallerian, הצד העליון של המסנן עם גופי התא שרוט משם. אקסונים שצמחו על הצד התחתון של המסנן להיות מופרד פיזי מהגופים התא ולאחר מכן לעבור את התהליך המהיר וסטריאוטיפי ניווניות המכונה ניוון Wallerian 15, על שמו של א 'וולר שדיווח על התופעה ראשונה בשנת 1850 16.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הערה: ההליכים הבאים בהתאם להנחיות שאושרו על ידי המועצה הקנדית לטיפול בבעלי חיים. כל המאמצים נעשים כדי למזער את הכאב ומצוקה של בעלי חיים במהלך הליכים.
1. ציפוי של מסננים
הערה: כאשר מוסיף מסנן התרבות ממוקמים בבארות של צלחות רב גם, שני תאים מוגדרים: התא העליון הוא האזור מעל להוסיף והתא התחתון הוא אחת מתחת להוספת איור 1A.ab. Explants הם זורעים בתא העליון שבו הם מייחסים לצד העליון של המסנן; אקסונים רבים לגדול דרך המסנן ולהאריך בצד התחתון של המסנן, בתוך התא התחתון איור 1A.c. כרכי העבודה סטנדרטיים (כלומר, ליישום פתרון ציפוי, מתרחץ, תקשורת ותרבות, וכו ') הם 2 מיליליטר לתא התחתון ו1 מיליליטר לתא העליון והולכים להיות מכונים בפרוטוקול כ"; כרכים סטנדרטיים ". הוספת פתרונות החל מהתא התחתון על ידי הצבת קצה פיפטה בפער בין ההוספה והצד השני של הבאר. כמו כן, הטה את הכנס לצד אחד ואילו מחלק הפתרון כדי למנוע בועות מלהיות לכוד בחלק התחתון של המסנן.
2. הביתור עוברי הגבי רוט גנגליון Explants (DRG)
3. זריעה ותחזוקה של הגב רוט גנגליון Explants על מסננים
4. תזונתי פקטור נסיגת טיפול
נסיגת NGF גורמת ניוון אקסון עם פיצול אקסון (נקבע על ידי ניגוד שלב וβ-III-טובולין IF) שמופיע סביב 12 שעות ראשונה שלאחר נסיגה. פיצול שלם מושגת על ידי 36 שעה. כמה זמן הניוון נשאר להמשיך לצריכה להיות נבחר על ידי משתמש הקצה, בהתאם לעיצוב ניסיוני.
5. אקסון חיתוך רוחב כדי לגרום Wallerian ניוון
הליך זה משאיר את האקסונים בצד התחתון של המסנן המנותק מהגוף התא שלהם, אבל חוץ מזה ללא פגע. לאחר מכן, אקסונים אלה במהירות ליזום ניוון Wallerian. פיצול אקסון (שמעיד בניגוד שלב או β-III-טובולין IF) ראשון מופיע ב -3 שעות לאחר חיתוך רוחב; ב -9 שעות, אקסונים הם מקוטעים לחלוטין ומנותקים מהמסנן. כמה זמן הניוון נשאר להמשיך לצריכה להיות נבחר על ידי משתמש הקצה, בהתאם לעיצוב ניסיוני.
6. הפקת חלבון של דוגמאות axonal
7. בחינת Immunofluorescence של האקסונים על מסננים
השלבים הבאים מתארים את המניפולציות הכלליות לבצע אם מכתים על מוסיף מסנן, שהודגם על ידי זיהוי של β-III-טובולין. מקבע, פעמים דגירה, ריכוזים ופרטים אחרים צריכים להיות מותאמים לזוגות אנטיגן נוגדן אחרים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
explants גנגליון שורש הגבי מעכברי E13.5 לגדול בהרחבה על מסננים ברצף מצופה פולי-D-ליזין, laminin וקולגן (איור 1 ב, משמאל), והגיע עד 2 מ"מ בתוך 2 ימים בתרבות. שילוב מצע זה מניב צמיחה במיוחד שופעת; שילובים אחרים יניבו אקסונים שהם הרבה יותר קצרים (איור 1 ב, מימין). יתר על כן, DRGs שמר על מסננים להאריך יותר וארוכים יותר מאשר האקסונים DRGs גדל על 1C איור פלסטיק.
מסננים...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרמטרים חשובים לקחת בחשבון בעת התאמת טכניקה זו כוללים את האוכלוסייה העצבית שתילמד, מצע, גודל נקבובית של המסנן ועל פני שטח. כל הפרמטרים הללו ישפיעו על הספציפיות, איכות וכמות של הכנת neurite שהושגה, ויש לשקול בזהירות על ידי משתמש הקצה. בדוגמאות שהוצגו בפרוטוקול זה, השימוש בנוירונים DRG יש את היתרון של הארכת אקסונים בלבד, ובכך נותנת הכנה (ספציפית) טהורה אקסון.
צמיחת אקסון של DRGs העוברי לעומת מהר מאוד לנוירונים ממ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
פרויקט זה נתמך על ידי MOP62827 מענקים מהמכונים הקנדיים לחקר הבריאות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| עכבר CD-1, הריון מתוזמן E13 | צ'ארלס ריבר | בבית הריונות מתוזמנים יכולים להיעשות על ידי הזדווגות עכברים ובדיקת פקקים בנרתיק (יום E0) | |
| תרבית תאי פלקון מוסיפה | קורנינג | 353102 | 1 ומיקרו; גודל נקבוביות m, מתאים לצלחות |
| נלוות לתרבית תאי פלקון | קורנינג | 353502 | צלחות קבלה לתוספות |
| פולי-D-ליזין | סיגמא-אולדריץ' | P6407 | בשימוש ב-1 מ"ג/מ"ל במים. ניתן לעשות שימוש חוזר פעם אחת. |
| למינין | סיגמא-אולדריץ' | L2020 | בשימוש בגיל 10 ומיקרו; גרם/מ"ל במים. קח מלאי פי 100 מ-80 ו-deg; C ולהפשיר O/N ב-4 מעלות; C |
| תמיסת קולגן בקר PureCol | Advanced Biomatrix | 5005-B | |
| L-15 Medium | Invitrogen | 11415-064 | ניתן להחלפה ב-DMEM |
| Neurobasal medium | Invitrogen | 21103-049 | |
| B-27 תוסף ללא סרום | Invitrogen | 17504-044 | |
| 5-Fluoro-2′-deoxyuridine (FDU) | Sigma-Aldrich | F0503 | |
| NGF (2.5S, תת-יחידת בטא) | Cedarlane | CLMCNET-001 | |
| נוגדן נגד NGF | מוכן בבית | כמתואר ב: Acheson, A. et al. זיהוי פעילות נוירוטרופית דמוית גורם מוחי בפיברובלסטים ובתאי שוואן: עיכוב על ידי נוגדנים ל-NGF. נוירון. <חזק>7, 265-75, (1991). | |
| Alomone Labs | AN-240 | אופציה | |
| נוגדן נגד טובולין | Millipore | MAB5564 | |
| Alexa Fluor 488 נוגדן נגד עכבר עזים | Invitrogen | A-11029 | |
| <חזק>מדיום תרבית DRG < | |||
| <חזק>1x מאגר דגימת Laemmli | |||
| 2% SDS 50 מ"מ DTT 60 מ"מ טריס (pH 6.8) 5% גליצרול 0.01% (w/v) ברומופנול כחול |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.