RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Shahin Shabanipour1,2, Azadeh Dalvand1,2, Xiaodan Jiao1,2, Maryam Rahimi Balaei1,2, Seung H. Chung3, Jiming Kong1, Marc. R. Del Bigio2,4, Hassan Marzban1,2
1Department of Human Anatomy and Cell Science, Max Rady College of Medicine, Rady Faculty of Health Sciences,University of Manitoba, 2The Children's Hospital Research Institute of Manitoba (CHRIM), Max Rady College of Medicine, Rady Faculty of Health Sciences,University of Manitoba, 3Department of Oral Biology,University of Illinois at Chicago, 4Department of Pathology, Max Rady College of Medicine, Rady Faculty of Health Sciences,University of Manitoba
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
ניהול ניסויים בלתי מתורבת כדי לשקף את התנאים הvivo ככל האפשר, אינו משימה קלה. השימוש בתרביות תאים ראשונית הוא צעד חשוב להבנת הביולוגיה התאית באורגניזם שלם. הפרוטוקול שסופקו מתאר כיצד לצמוח בהצלחה תרבות עובריים העכבר מתחלקים נוירונים.
השימוש בתרביות תאים ראשונית הפך לאחד הכלים העיקריים לחקר מערכת העצבים בתחומי החוץ. המטרה האולטימטיבית של שימוש במערכת מודל פשוטה זו היא לספק סביבת מיקרו מבוקרת ולשמור על שיעור ההישרדות הגבוה ואת התכונות הטבעיות של תאים עצביים הופלו ושאינם עצביים ככל האפשר תחת בתנאי מבחנה. במאמר זה, אנו מדגימים שיטה של בידוד הנוירונים העיקריים מתוך המוח הראשי מתפתח העכבר, הצבת אותם בסביבה מבחנה, הקמת הצמיחה שלהם, ניטור הכדאיות שלהם בידול במשך מספר שבועות. שיטה זו ישימה הנוירונים עובריים המנתק המוח בין הימים העובריים 12 – 18.
במשך כמה עשורים, קווי התא שימשו באופן נרחב ככלי תפוקה גבוהה במחקרים פרה-קליניים ומחקר ביולוגי. עלות-תועלת, צמיחה מהירה, והפחתה של השימוש בעלי חיים חיים הם כמה יתרונות של שימוש בתאים אלה. עם זאת, שינויים גנטיים ופנוטיטינוים מצטברים לאחר מספר פסקאות בתוך מבחנה1. מקריות של קווי תאים וdissimilarity גנטיים מתאים ראשוניים יכולים להוביל לניסויים בחוסר הזדהות ולמסקנות כוזבות2,3,4,5. לכן, למרות קווי דמיון מסוימים כדי הבדיל תאים כגון נוירונים (למשל, נוירוטרנסמיטורים, ערוצי יון, קולטנים, וחלבונים אחרים בתאי העצב), קווי התאים עצביים לא יכול לשכפל את הפנוטיפ מלא של נוירונים. שימוש בנוירונים מבוגרים הוא אופציה אחרת; עם זאת, תאים אלה אינם מחלקים postmitotic תאים שקשה להפיץ בתרבות. יתר על כן, כניסה מחדש לתוך מחזור התא עשוי לזרז אפופטוזיס6.
תרבות תא תלת מימדי (3D), תרביות פרוסה אורגנותמית, ותרבויות אורגנואיד פותחו כדי לספק סביבה שבה תאים יכולים לסדר לתוך טופס 3D המחקה את vivo הגדרה. כך, תקשורת תא אל התא, הגירה, פלישה של תאים סרטניים לתוך הרקמות הסובבות, ו אנגיוגנזה ניתן ללמוד7. עם זאת, עלויות נוספות של שימוש מטריצה סלולרית נוספת (ECM) חלבונים או הידרוג'לים סינתטיים כמצע, קושי הדמיה, ותאימות עם מכשירי סינון תפוקה גבוהה הם חסרונות ניכרים של תא 3D culturing. חיסרון משמעותי בתרבות הפרוסה של רקמת הרקמה הוא השימוש במספר רב של בעלי חיים ובהשפעות השליליות של הפיום, המוביל לנגישות של מטרות וגורמי גדילה לאקסונים, וכתוצאה מכך מוות עצבי8.
לכן, גישה חלופית, אשר מונעת את הבעיות עם קווי התאים, הקושי של הגידול תאים בוגרים, ומורכבות של רקמות, הוא התבגרות מתורבת של תאים ראשוניים לא בוגרים. התאים הראשוניים נגזרים ישירות מרקמת אדם או בעל חיים ומונתק בשיטות אנזימטיות ו/או מכניות9. העקרונות המרכזיים של בידוד, זריעה ותחזוקה במדיום התרבותי דומים ללא קשר למקור הרקמה. עם זאת, הגורמים ההזנה הדרושים כדי לקדם התפשטות והתבגרות הם מאוד מסוימים התא6.
לדעת את ' הלידה ' של כל סוג תא המוח הוא תנאי מוקדם לעיצוב ניסוי התרבות העיקרית. באופן כללי, התאים Purkinje (מחשבים אישיים) ואת הנוירונים של גרעיני המוח (CN), נולדים לפני התאים הקטנים, כולל interneurons (למשל, סל, תאים stellate) ותאי הגרניט. בעכברים, מחשבים מופיעים בין היום העובריים (E) 10 – E13, ואילו נוירונים CN ב כ E9 – E1210.
. מאוחר יותר נולדים המון נוירונים לדוגמה, בעכברים, אוכלוסיית המשנה של Golgi של האינטרנוירונים נוצרות מ-VZ ב (~ E14-E18) ושאר התאים הביננוירונים (תא סל ותאי stellate) הממוקמים בשכבה המולקולרית מגיחים מחלוקת תאים מחולל בחומר הלבן בין תחילת פוסט לנטאל (P) 0 – P711. תאי הגרניט מופקים מאזור נבטי חיצוני (EGZ), אזור נבטי משני שנגזר מהשפתיים הrostral מעובית ועובר דרך החטיבה הסופנית לאחר הלידה. אך לפני שהסמנים שלהם נובעים השפה מעובית מ E13 – E16, התאים כבר הועברו rostrally לאורך משטח הפיה כדי ליצור שכבה דקה של תאים על המשטח החלק הפנימי של אנאג המוח. תאי מקרוגליאל ללא עצבי כגון אסטרוציטים ו oligodendrocytes הפוך, אשר מקורם של נוירואפיתל המוח, נולדים ב e 13.5-P0 וP0-P7 בהתאמה11,12,13,14 ,בן 15 Microglia נגזרות של חלמון-שק מיאלואיד פרימיטיבי התאים בין E8 – E10 ולאחר הפלישה למערכת העצבים המרכזית ניתן לזהות במוח העכבר על ידי E916.
השיטה המוצגת במאמר זה מבוססת על האחד שפותח במקור על ידי furuya et al. ו tabata et al.17,18, אשר היה ממוטב עבור culturing העיקרי של תאים purkinje נגזר של חולדה עכברוש וויסטאר. יש לנו עכשיו להתאים את השיטה הזאת ושינה בקפידה אותו ללמוד את הצמיחה של העכבר מוח הנוירונים19. בניגוד לפרוטוקול החדש שלנו, מדיום לחיתוך קר הוא מאגר הכביסה העיקרי המשמש במהלך הניתוח ושלבי הדיסוציאציה לפני הוספת מדיום זריעה בפרוטוקול של פאראיה17. מאגר זה חסר את התזונה, גורמי גדילה, והורמונים (כל בינוני משתנה הנשר מדולקו: תערובת מזינים F-12 [Dמאמ/F12]) כי יש צורך לתמוך צמיחת תאים והישרדות במהלך השלבים הנ ל. בנוסף, בהתבסס על הניסיון הנרחב שלנו עם תרבויות המוח הראשי murine, השתמשנו 500 μl של התרבות הבינונית בכל טוב (במקום 1 mL) והגדילה את הריכוז tri-iothyronine כדי 0.5 ng/mL, אשר משפר את הצמיחה של תאים עצביים, ב במיוחד אלה עם תא מיוחד Purkinje, ומקדם את הצמיחה של ענפים דנדריטים בתרבות. השיטה העיקרית מובלט במאמר זה ניתן להחיל באופן כללי על מכרסמים קטנים אחרים (למשל, סנאים ואוגרים) במהלך פיתוח עובריים ניתן להשתמש כדי ללמוד נוירוגנזה המוח ובידול בשלבים העובריים השונים, אשר שונים בין המינים.
כל הליכי בעלי החיים בוצעו בהתאם לתקנות מוסדיים והמדריך לטיפול ושימוש בבעלי חיים ניסיוניים מהמועצה הקנדית לטיפול בבעלי חיים ואושרה על ידי הרשויות המקומיות (הטיפול בבעלי חיים בקמפוס בנטלי וועדה "). כל המאמצים נעשו כדי למזער את המספר והסבל של בעלי חיים ששימשו. עומק מתאים של הרדמה אושרה על ידי התבוננות כי לא היה שינוי בקצב הנשימה הקשורים מניפולציה וקמצוץ הבוהן או רפלקס המצמוץ.
1. הכנה
הערה: לתזמן את האספקה של עכברים בהריון מתוזמן, בהתבסס על תוכנית המחקר, לאחר ההתעברות E12 – E18. בחירת העיתוי תלויה במאפייני התאים הרצויים (ראו להלן). הכינו את תעודות הכיסוי והלוחות לפחות יומיים לפני הניסוי. פולי-אל-אורבך משמש כחומר ציפוי כדי לשפר את החיבור המצורף לתא לפתקי הכיסוי.
2. אוסף המוח השני
3. מבתר את המוח ההוא
4. דיסוציאציה המוח
5. אוסף תאים
6. טיפול בתאים המשוחזרים
7. מאגר וקיבוע תאים
הערה: בהתאם לתכנון הניסיוני, ניתן לאסוף את התאים בכל יום, בכל נקודת זמן.
בהתבסס על תאריכי ההולדת השונים של סוגי המשנה העצביים בחלק המוח, תרבויות מ E12-E18 העוברים העכבר הניבו סוגים שונים של תאים. הקרנה גדולה נוירונים, כגון נוירונים CN (E9-E12) ומחשבים אישיים (E10-E13), התפתחה מוקדם במהלך התפתחות המוח. בעכברים, התאים הגרתיים ובתאי גולג'י התעוררו בין ~ E13 – E18 ועברו חלוקת מסופים לשבוע הפוסט-לידה 4.
החלפת המדיום הישן אני עם תרבות טרייה בינונית II בימים של מבחנה (DIV) 7 בסופו של דבר למנוע התפשטות התאים גליה. האינטרנוירונים של השכבה המולקולרית, כגון תאים סל ו stellate, להבדיל לאחר הלידה. לכן, רוב התאים במדיום התרבות ב E18 היו צפויים להיות שילוב של מחשבים אישיים, תאים מגרניט, CN, וכמה תאים Golgi. Calbindin 1 (CALB1), סמן מסוים של מחשבים אישיים, שימש למעקב אחר שינויים מורפולוגיים במהלך 21 יום קורס. ב-DIV 0, נמצאו גופי התא של המחשבים (לדוגמה, 10 עד 11 מתוך דגירה), אך הגדילה של neurite עדיין לא החלה (איור 2A). על ידי DIV 3, הארכה סיבי הראה התקדמות, בעוד תהליכים דנדריטים רק התחיל. מצב זה נותר כמעט ללא שינוי עד לשבוע השני במבחנה (WIV) (איור 2B-D). ב-DIV 10, כמה ענפים דלילים ודנדריטים הראשי עם הקוצים החלו לצמוח (איור 2E). בליבלוב הדנדטים הראשוניים החדשים התרחשו ברציפות לאחר DIV 14. לפיכך, לאחר DIV 14, מספר הדנדריטים המשניים והשלישוני גדל והתפתח סניפים רחבים ב-DIV 21 (איור 2F,G).
חשוב לדעת שהתזמון של שינויים מורפולוגיים במבחנה לא יכול לעקוב אחר אותה תבנית כמו בvivo. בעקבות התוצאות הללו, בניסוי אחר, המוח הE12 ביותר מבין השאר, מE13, E14, וE15 היו מתורבתים במשך 3 שבועות. המחשבים המתורערים מ-E12 ו-E13 לא פיתחו את כל הצמיחה הדנדריטית ב-DIV 18 למעט הרחבות סיבי (איור 3a,B). עם זאת, לאחר אותה תקופה של זמן, המוח המנתק הפרידיזציה בתרבויות מ E14 ו E15 הראה הצמיחה הדנדריטי ו arborization (איור 3C,D). זו וריאציה קצב הצמיחה בין תאים עצביים בתוך מבחנה שופך אור על שינוי גדול שקרה בסביבה הטבעית שלהם בין השלב המוקדם והמאוחר של התפתחות המוח, אשר צריך להיות מיושם בתוך מבחנה עבור אופטימיזציה בינונית.
יחד עם מחשבים אישיים, ישנם סוגים אחרים של תאים עצביים במוח הראשי המתפתחים במהלך בתרבויות המוח העיקרי מנתק כי ניתן להבחין באמצעות סמנים נוירוonal ספציפיים. לCALB1 החיסונית כפולה של מחייב סידן חלבון אלבומין, parvalbumin (PVALB), הראה כי CALB1 ביטוי היה מוגבל באופן בלעדי למחשבים בתרבויות המוח הראשי, בעוד PVALB ביטא CALB1+ נוירונים ( i.e., מחשבים) ו PVALB+/Calb1– נוירונים, שהם שכבה מולקולרית interneurons (סל/Stellate תאים) (איור 4a–C). יחידת המשנה האלפא (Nav1.6) של ערוץ הנתרן הסגור במתח (scn) הוא סמן עבור תאים מבוססי ומחשבים אישיים בחלק המוח20. תיוג כפול עם anti-SCN ו-anti-CALB1 מראה את הלוקליזציה של גופים תא הגרריר ומחשבים בינונית תרבותית ב-DIV 21 (איור 4D–F). עבור סוגים אחרים של תאים המוח מתרבויות המוח העיקרי הנתק, אנא ראה Marzban ו הוקס19.

איור 1: ההיבט הגבי של מוח העכבר מתאר את המוח הE18. הקרום מסומן בריבועים צהובים. מיקומו של המוח ההוא מחולק על ידי הקו הצהוב, אשר מוגבל rostrally על ידי המוח האמצע והוא מלווה על ידי לשד מוונגאטה (המוקף בקווים מקווקווים חומים). הורסטיות המוח הזעיר וחצי הכדור מוצגים על-ידי קווים מקווקווים חומים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: פיתוח תאים Purkinje (מחשבים אישיים) נגזר מהמוח הE18 של העכבר בתרבות הראשית במשך ימים בתחום החוץ (DIV) 0 – 21. (א) מחשבsomata (ראשי חץ) סומנו על ידי immunofluorescence באמצעות אנטי-calbindin 1 (CALB1) ב-DIV 0 (אחרי 10 שעות). (ב) הסיומת הסיבי הראשונה (החץ) והגדילה הדנדריטית המוקדמת (ראש חץ) מופיעות ב-DIV 3. מוצלח והתפתחות דנדריטי של המחשבים ממשיכים ב-DIV 5 (C) ו-div 7 (D). הענפים הדנדריטים האישיים של המחשבים ברורים באופן ברור ב-DIV 10 (E) ו-DIV 14 (F) (חץ ראשי) ועצי דנדריטי מורכבים מסומנים ב-DIV 21 (ראש חץ) (ז). סרגל שורות: A = 100 יקרומטר (חל על פאנלים B, C, D, E ו-F); G = 50 μm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: פיתוח תאים Purkinje (מחשבים אישיים) נגזר מתוך המוח הראשי של מE12, E13, E14, ו E15 לאחר 18 ימים בתרבות הראשית (DIV 18). האקסונים הם ההרחבות היחידות (חץ) מ somata PC בתרבות הראשית של E12 ו E13 הפריבלה הראשוניים לאחר 18 ימים מחוץ למוח (DIV 18) (A,B). המחשב ' דנדריטים מגדילה והרחבה להתפתח על ידי DIV 18 (ראש חץ) רק מ E14 (ג) ו E15 (ד) התרבויות הראשיות המוח. סרגל קנה מידה= 20 יקרומטר (חל על לוחות A-D). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: מimmunofluorescence תיוג של מחשבים אישיים, האינטרנוירונים בתאי (סל ו stellate תאים), ואת התאים הגרסטי מE18 עכבר המוח העיקרי בתרבות DIV 21. (א-ג) תיוג כפול עם anti-CALB1 (ירוק) ו anti-PVALB (אדום) מראה מחשבים אישיים ו interneurons כמה (חץ) במגע עם arbors המחשב הדנדריטי. (ד-נ) ערוצי נתרן מגודרת מתח (SCNs) בגופים PC עם דנדריטים הפירט וגופים קטנים של תא הגרניט (ראש חץ) מסומנים עם anti-SCNS (אדום) ו כפול התווית עם anti-CALB1 (ירוק). קיצורים: התאים של Purkinje = מחשבים אישיים; CALB1 = קלבינדין 1; PVALB = parvalbumin; SCN = מגודרת מתח ערוץ נתרן. סרגל קנה מידה= 100 יקרומטר (חל על A-F). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
| שם | בינונית-בסיסית | ריקבון מצוי | סודיום סלניט | ל-גלוטמין | Gentamicin | T3 | N3 | BSA | Ara-C | מיכל הפבס |
| בינונית תרבותית | Dמאמ/F12 | 100 μM | 30 ננומטר | 3.9 ממ ' | 3.5 μg/mL | 0.5 ng/mL | פרוגסטרון 4 μM, אינסולין 20 μg/mL, Transferrin 20 מ"ג/mL | - | - | - |
| זורעי מדיום | Dמאמ/F12 | 100 μM | 30 ננומטר | 3.9 ממ ' | 3.5 μg/mL | - | - | - | - | 10% עם התרבות הבינונית |
| תרבות בינונית 2 | בינונית תרבותית | 100 μg/mL | 4 μM | - |
טבלה 1: קומפוזיציות מדיה.
. למחברים אין מה לגלות
ניהול ניסויים בלתי מתורבת כדי לשקף את התנאים הvivo ככל האפשר, אינו משימה קלה. השימוש בתרביות תאים ראשונית הוא צעד חשוב להבנת הביולוגיה התאית באורגניזם שלם. הפרוטוקול שסופקו מתאר כיצד לצמוח בהצלחה תרבות עובריים העכבר מתחלקים נוירונים.
מחקרים אלה היו נתמכים על ידי מענקים מדעי הטבע ומועצת המחקר ההנדסה (HM: מענק דיסקברי NSERC RGPIN-2018-06040), וילדים החולים מחקר המכון של מניטובה (HM: גרנט 320035), ו-ALS קנדה-המוח קנדה ארתור J. צוות הדסון טרנסלtional גרנט (JK, HM).
| Adobe Photoshop CS5 גרסה 12 | Adobe Inc | ||
| ערוץ אנטי-נתרן (SCN)PN4 (Nav1.6) | Sigma | S0438 | 3 μ g/mL |
| סרום בקר אלבומין | Millipore סיגמא | A3608 | |
| CALB1 | נוגדנים שוויצריים סוואנט (פוליקלונל) | CB38 | 1/5000 דילול |
| CALB1 | סוואנט נוגדנים שוויצריים (חד-שבטיים) | 300 | 1/1000 דילול |
| ציטוזין ובטא;-D-arabinofuranoside או ציטוזין ארבינוזיד (Ara-C) | Millipore Sigma | C1768 | |
| DNase I מבקר לבלב | Roche | 11284932001 | |
| חבישת מלקחיים | Delasco | DF-45 | |
| Dulbecco s Modified Eagle' s Medium (DMEM-F12) | Lonza | 12-719F | |
| Fisherbrand Cover Slips: Circles | Fisher Scientific | 12-545-81 | |
| Gentamicin | Gibco | 15710-064 | |
| Hanks' תמיסת מלח מאוזנת (HBSS) | Gibco | 14185-052 | |
| אינסולין מלבלב בקר | Millipore sigma | I5500, I6634, I1882 ו- I4011 | |
| מספריים גדולים | 52134-38 | ||
| L-גלוטמין | Gibco | 25030-081 | |
| המציטומטר מתכתי | Hausser Bright-Line | 3100 | |
| מיקרודיסקציה מלקחיים | מרלן | 624734 | |
| דפוס 5 פינצטה | דיקסון | 291-9454 | |
| פוספט חוצץ מלח (PBS) | פישר ביו-ריאגנטים | BP399-26 | |
| פולי-L-אורניתין | מיליפור סיגמא | P4638 | |
| פרוגסטרון (P4) | Millipore sigma | P8783 | |
| PVALB | Swant נוגדנים שוויצריים | 235 | 1/1500 דילול |
| Samll מספריים | WPI מספריים שוויצריים, 9 ס"מ | 504519 | |
| נתרן סלניט | Millipore Sigma | S9133 | |
| Transferrin | Millipore Sigma | T8158 | |
| Tri-iodothyronine (T3) | Millipore Sigma | T2877 | |
| Trypsin | Gibco | 15090-046 | |
| מיקרוסקופ פלואורסצנטי Zeiss | צייס | Z2 אימג'ר |