Il presente protocollo descrive come isolare e purificare la microglia ippocampale primaria da topi adulti, seguito da istruzioni per condurre registrazioni di patch-clamp su cellule intere su queste cellule isolate acutamente.
Articolo metodologico
Il presente protocollo descrive come isolare e purificare la microglia ippocampale primaria da topi adulti, seguito da istruzioni per condurre registrazioni di patch-clamp su cellule intere su queste cellule isolate acutamente.
Le microglia sono cellule immunitarie residenti nel cervello che interagiscono con i neuroni per mantenere l'omeostasi del sistema nervoso centrale (SNC). Gli studi dimostrano che la superficie microgliale esprime canali del potassio che regolano l'attivazione della microglia, mentre le anomalie in questi canali del potassio possono portare a malattie neurali. Attualmente, le registrazioni patch-clamp di cellule intere della microglia vengono eseguite principalmente su microglia primarie in coltura da topi fetali o neonati a causa delle difficoltà nel condurre valutazioni elettrofisiologiche su microglia isolate acutamente. Questo studio introduce un protocollo facile da seguire per isolare la microglia ippocampale da topi adulti ed eseguire registrazioni di patch-clamp su cellule intere sulle cellule isolate. In breve, il cervello è stato rimosso da un topo dopo la decapitazione, l'ippocampo è stato sezionato bilateralmente e le microglia sono state isolate utilizzando un kit di dissociazione cerebrale di topo adulto. Le microglia sono state quindi purificate utilizzando un metodo di smistamento cellulare attivato magneticamente (MACS) e seminate su vetrini. Il successo dell'isolamento microgliale è stato confermato dalla colorazione immunofluorescente con anticorpi anti-CD11 e anti-Iba1. Un vetrino coprioggetto è stato posto in una camera di registrazione e le correnti di potassio dell'intera cellula della microglia acutamente isolata sono state registrate in condizioni di voltage-clamp.
Le microglia, che derivano dai progenitori mieloidi nel sacco vitellino primitivo, sono residenti nel SNC e comprendono circa il 10-15% delle cellule nervose totali 1,2. Funzionalmente, oltre a sorvegliare l'ambiente locale, svolgere funzioni di difesa immunitaria e fornire nutrimento e supporto ai neuroni 3,4, la microglia può anche contattare direttamente i neuroni per regolare i recettori della superficie neuronale e il corrispondente legame del ligando e interagire indirettamente con i neuroni attraverso la secrezione di citochine5. Studi in vitro e in vivo hanno dimostrato che le microglia esprimono vari tipi di canali del potassio, che contribuiscono al mantenimento del potenziale di membrana negativo6 e regolano l'attivazione microgliale. Dato che i canali del potassio microgliali anomali sono stati osservati in varie malattie cerebrali7, è fondamentale per i ricercatori identificare potenziali farmaci che prendono di mira questi canali del potassio e sviluppare strategie per regolare la funzione microgliale.
I metodi tradizionali di digestione e purificazione delle microglia spesso utilizzano l'intero cervello, il che trascura l'eterogeneità delle microglia in diverse aree cerebrali8. La dissociazione in vitro e la coltura a lungo termine in terreni contenenti siero pongono le microglia in uno stato attivo9, che potrebbe non riflettere accuratamente le loro caratteristiche fisiologiche e il loro stato reale.
Inoltre, mentre le correnti di potassio raddrizzatore verso l'esterno sono state registrate nella microglia neonatale primaria in coltura e nelle linee cellulari10, i dati provenienti da colture a lungo termine di tessuto cerebrale fetale o neonato di topo possono differire da quelli della microglia matura. Il presente protocollo mira a isolare in modo acuto le microglia e ad eseguire immediatamente registrazioni di intere cellule di correnti di potassio microgliale utilizzando tessuto cerebrale di topo adulto.
Le proprietà biochimiche e dei canali del potassio sono state esaminate utilizzando un metodo adatto per l'isolamento e la purificazione di microglia da piccoli tessuti 11,12,13,14,15. Pertanto, questo protocollo fornisce una guida ai ricercatori per chiarire le proprietà biochimiche e funzionali della microglia in condizioni fisiologiche e patologiche. Sebbene questo protocollo utilizzi l'ippocampo e i canali del potassio come esempi, può essere applicato anche allo studio di altre aree cerebrali e delle proprietà elettrofisiologiche dei canali/cellule.
Tutti gli esperimenti sono stati approvati dal Life Science Animal Care and Use Committee della South China Normal University e sono stati mantenuti standard appropriati di benessere degli animali (approvazione etica: SCNU-SLS-2023-048). Per questo studio sono stati utilizzati topi C57BL/6J maschi o femmine di 3-5 mesi. I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate sono elencati nella Tabella dei Materiali.
1. Preparazione delle soluzioni
2. Preparazione di sospensioni unicellulari da tessuto cerebrale
3. Separazione acuta delle microglia
4. Immunofluorescenza
5. Registrazione patch-clamp su cellule intere delle correnti di potassio nelle microglia
In breve, il processo prevede l'isolamento della microglia ippocampale dal cervello del topo adulto, seguita dalla registrazione di queste cellule con patch-clamp a cellula intera (Figura 1). La procedura inizia con la dissezione dell'ippocampo di topi adulti C57BL/6J di età compresa tra 3 e 5 mesi. In particolare, l'intero cervello viene rimosso dopo la perfusione e posto in una piastra di coltura contenente PBS ghiacciato (Figura 2A). Per garantire l'isolamento acuto delle cellule dall'ippocampo, la corteccia cerebrale viene rimossa e il tessuto ippocampale a forma di mezzaluna viene isolato intatto (Figura 2B).
Per una qualità ottimale delle cellule e per le successive registrazioni di alta qualità di patch-clamp su cellule intere, è fondamentale controllare il tempo di digestione durante la preparazione della sospensione a cellula singola. Lo studio ha costantemente agitato manualmente il tessuto ippocampale nella miscela enzimatica e ha limitato rigorosamente il periodo di digestione a non più di 15 minuti (Figura 3). Le cellule sono state quindi isolate utilizzando il metodo MACS, raggiungendo una purezza dell'86,20% ± dello 0,68%19,20. Per confermare che queste cellule selezionate erano microglia, i marcatori di superficie microgliale sono stati testati mediante immunofluorescenza utilizzando anticorpi anti-Iba1 e anti-CD11b, che sono ampiamente utilizzati per rilevare la microglia18. I risultati hanno indicato che le cellule isolate erano CD11b e Iba1 positive, confermando il successo dell'isolamento della microglia (Figura 4).
Infine, per valutare se le microglia isolate in modo acuto sono di alta qualità per gli esperimenti di follow-up, descriviamo come eseguire registrazioni di patch-clamp su cellule intere per valutare le correnti di potassio microgliali. La microglia registrata aveva una capacità media di membrana di 10,42 ± 2,05 (Figura 5). I risultati hanno dimostrato che le correnti di potassio microgliale potrebbero essere registrate, indicando che le microglia isolate in modo acuto sono adatte per studi neurobiologici.

Figura 1: Panoramica della procedura sperimentale. Ci sono quattro passaggi principali: i tessuti cerebrali vengono estratti con cura e l'ippocampo viene sezionato bilateralmente; i tessuti dell'ippocampo vengono digeriti per preparare una sospensione unicellulare utilizzando una miscela enzimatica come descritto nella sezione del protocollo; le cellule bersaglio sono isolate mediante un metodo di smistamento cellulare attivato magneticamente; e le correnti di potassio nelle cellule isolate in modo acuto vengono analizzate mediante registrazione patch-clamp su cellula intera. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Dissezione dell'ippocampo. (A) L'intero cervello di un topo di 3-5 mesi. (B) Ippocampo bilaterale isolato. Barra della scala: 0,5 cm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Diagramma schematico che mostra la digestione dei tessuti ippocampali. Illustrazione delle fasi sperimentali critiche, che assicurano che il tessuto ippocampale venga digerito in una sospensione unicellulare aggiungendo miscele enzimatiche a 37 °C con agitazione continua per un massimo di 15 minuti. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Identificazione di microglia ippocampali acutamente isolate. Immagini confocali rappresentative che mostrano cellule CD11b (verde) e Iba1 (rosso) positive purificate dall'ippocampo, confermando che le cellule isolate sono microglia. Barra della scala: 10 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Registrazione delle correnti di potassio microgliale a cellula intera. (A) Un elettrodo di registrazione è posizionato sulla superficie della microglia ippocampale isolata. Barra della scala: 20 μm. (B) Correnti di potassio rappresentative della microglia ippocampale acutamente isolata in condizioni di voltage clamp. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Le microglia coltivate da topi fetali o neonati sono chiaramente inadatte per lo studio delle microglia adulte. Inoltre, data l'eterogeneità delle microglia in diverse aree cerebrali21, le microglia isolate dall'intero cervello potrebbero non rappresentare accuratamente le caratteristiche delle microglia in una specifica struttura cerebrale. Questo protocollo fornisce un metodo per isolare la microglia ippocampale in modo specifico per valutare le proprietà elettriche di queste cellule. Include metodi per registrare le correnti governate dai canali del potassio microgliali.
È noto che la digestione dei tessuti deve essere rigorosamente controllata durante la preparazione di sospensioni di singole cellule per evitare di compromettere le proprietà di queste cellule durante la coltura cellulare primaria e i successivi esperimenti. Tipicamente, una sospensione unicellulare si ottiene dall'intero cervello attraverso la digestione degli enzimi pancreatici e l'omogeneizzazione fisica. Tuttavia, quando si isolano le microglia da una specifica area del cervello, come l'ippocampo, l'omogeneizzazione fisica da sola non produce una quantità sufficiente di cellule per esperimenti significativi. Inoltre, gli enzimi pancreatici hanno un'attività digestiva vigorosa, che può influenzare la vitalità cellulare.
Per affrontare questi problemi, lo studio ha adottato una procedura di dissociazione relativamente lieve e ha controllato manualmente il tempo di digestione a non più di 15 minuti utilizzando il kit di dissociazione cerebrale del topo adulto. Questo approccio mantiene la microglia in uno stato attivo, che è fondamentale per le successive registrazioni di patch-clamp su cellule intere. La procedura di dissociazione delicata offre anche vantaggi in termini di velocità ed economicità.
I metodi per la purificazione della microglia primaria includono il metodo di agitazione stratificata (SSM)22, il metodo di centrifugazione in gradiente di densità (DGCM)23 e il metodo di selezione cellulare attivata dalla fluorescenza (FACS)11,24. Tra questi, l'SSM è ampiamente utilizzato per la purificazione di neuroni o cellule gliali. Tuttavia, uno dei principali limiti dell'MVU è la sua incapacità di raggiungere elevati livelli di purezza25. Allo stesso modo, la DGCM determina anche bassi livelli di purezza. Il metodo FACS richiede la colorazione delle celle per 15 minuti a 1 ora, seguita da una selezione con un selezionatore di cellule ad alta velocità, che può compromettere la vitalità cellulare. Al contrario, questo protocollo utilizza il metodo MACS, che offre un tempo di isolamento ridotto ed evita l'uso ripetitivo e dispendioso in termini di tempo di strumenti e procedure di colorazione. Di conseguenza, si ottengono microglia di elevata purezza, anche se in quantità potenzialmente inferiori rispetto ad alcuni metodi alternativi.
Ci sono dei limiti a questa tecnica. Ad esempio, il metodo di smistamento cellulare attivato da magneti (MACS) produce relativamente poche microglia e le microglia isolate in modo acuto non possono essere coltivate per periodi prolungati. Tuttavia, questo approccio è prezioso perché consente di studiare le proprietà elettrofisiologiche delle microglia che sono state preparate di recente dall'ippocampo del topo adulto, piuttosto che fare affidamento su cellule che sono state coltivate per molto tempo.
La tecnica del patch-clamp a cellula intera è uno strumento cruciale e ampiamente utilizzato per lo studio delle proprietà elettrofisiologiche cellulari, in particolare neuronali, in campi come le neuroscienze, la farmacologia e la citobiologia26. La registrazione del patch-clamp su cellule intere è stata impiegata in numerosi studi per studiare le proprietà di fette di cervello sezionate acutamente, colture primarie e linee cellulari. Tuttavia, fino alle nostre indagini, mancavano registrazioni di patch-clamp su cellule intere di microglia isolate acutamente dal cervello di topo adulto.
Questo studio non solo fornisce un protocollo per isolare le microglia ippocampali adulte, ma dimostra anche il successo della registrazione delle correnti di potassio in queste microglia isolate. In particolare, è probabile che questo protocollo si applichi allo studio delle microglia in strutture cerebrali diverse dall'ippocampo.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni della National Natural Science Foundation of China (32170950, 32371065), della Natural Science Foundation of Guangdong Province, n. 2023A1515010899 e 2021A1515010804.
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Piastra di Petri da 100 mm | Corning | 353003 | |
| Provette Falcon da 15 mL | BD | 352096 | |
| Piastre a 24 pozzetti | Piastra di | 353047 | |
| 35 mm | Corning | ||
| 353001-50 mL Provette Falcon | BD | 352070 | |
| 70 μ screening delle cellule m | Miltenyi | 130-095-823 | Per rimuovere i grumi cellulari prima della selezione cellulare |
| Kit di dissociazione cerebrale del topo adulto | Miltenyi | 130-107-677 | |
| Anticorpo anti-CD11b | Bio-Rad | MCA74 | Capra Anti-topo IgG disponibile. Per bloccare le immunoglobuline endogene. |
| Anti-Iba 1 Anticorpo | SYSY | 234308 | Capra Anti-cavia IgG) disponibile. Per bloccare le immunoglobuline endogene. |
| Axon Digidata 1440A | USA | ||
| Axon MultiClamp 700B Amplificatore | USA | ||
| BSA Frazione di albumina V | BioFrox | 4240GR500 | Siero |
| C57BL/6 topi | Guangdong Medical Laboratory Animal Center | ||
| CD11 b/c MicroBeads | Miltenyi | 130-105-634 | |
| Cloralio idrato | Absin | abs47051394 | Ampiamente usato come anestesia nei topi |
| Clampfit 10.6 | USA | ||
| Microscopio confocale | Zeiss | LSM 800 | |
| Terreno di coltura | Fisher Scientific | C11995500BT-DAPI | |
| colorante | Beyotime | C1002 | |
| Estrattore di elettrodi | Narishige | PC-10 | |
| HBSS | Servicebio | G4203 | |
| Agitatore orizzontale | SCILOGEX | SLK-O3000-S | |
| Software di analisi delle immagini | Fiji | ||
| Colonne MACS | Miltenyi | 130-042-201 | |
| Separatori MACS | Miltenyi | 130-042-102 | |
| Paraformaldeide | Fisher Scientific | T353-500 | Utilizzare una soluzione fresca al 4% in 1X PBS, pH 7,2-7,4. |
| Poli-L-lisina | Beyotime | C0313 | Rivestimento vetrino coprioggetti |
| Triton X-100 | Sigma | X100 |
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