後根神経節とシュワン細胞の共培養系では、末梢神経系の髄鞘形成を研究することができます。このモデルは、末梢髄鞘形成を観察および定量化し、ミエリン鞘に対する目的の化合物の影響を研究するための実験的機会を提供します。
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後根神経節とシュワン細胞の共培養系では、末梢神経系の髄鞘形成を研究することができます。このモデルは、末梢髄鞘形成を観察および定量化し、ミエリン鞘に対する目的の化合物の影響を研究するための実験的機会を提供します。
髄鞘形成のプロセスは、神経系における迅速かつ十分なシグナル伝達を可能にするために不可欠です。末梢神経系では、ニューロンとシュワン細胞が複雑な相互作用を起こして軸索の髄鞘形成を制御します。この相互作用の乱れとミエリン鞘の破壊は炎症性神経障害の特徴であり、神経変性疾患で二次的に発生します。.ここでは、末梢神経系における髄鞘形成のプロセスを調査し、軸索-シュワン細胞相互作用を研究し、各細胞タイプに対する治療薬の潜在的な効果を評価するために、末梢軸索の堅牢な髄鞘形成を開発する後根神経節外植片とシュワン細胞の共培養モデルを紹介します。方法論的には、胚性ラット(E13.5)の背根神経節を採取し、それらの周囲組織から解離させ、3日間全外植片として培養した。3週齢の成体ラットからシュワン細胞を単離し、坐骨神経を酵素消化した。得られたシュワン細胞を磁気活性化セルソーティングにより精製し、ニューレグリンおよびフォルスコリン富化条件下で培養した。後根神経節外植片培養の3日後、アスコルビン酸を含む培地中で1つの後根神経節外植片に30,000シュワン細胞を添加した。髄鞘形成の最初の徴候は、共培養の10日目に、免疫細胞化学染色におけるミエリン塩基性タンパク質の散在シグナルを介して検出された。14日目以降、ミエリン鞘が形成され、軸索に沿って伝播した。髄鞘形成は、髄鞘形成面積と軸索面積の比としてミエリン塩基性タンパク質染色によって定量化することができ、軸索密度の違いを説明する。このモデルは、末梢神経系の炎症性および神経変性疾患における脱髄および神経変性の病理および可能な治療機会を理解するために不可欠な、 in vitroでの末梢髄鞘形成のさまざまな側面を研究する実験的機会を提供します。
末梢神経系(PNS)では、急速な情報伝達はミエリンに包まれた軸索によって媒介されます。神経線維の伝導速度は軸索径とミエリンの厚さに相関するため、軸索の髄鞘形成は電気インパルスの高速伝播を可能にするために不可欠です1。末梢から中枢神経系(CNS)への感覚シグナル伝達は、後根神経節(DRG)と呼ばれる後根の拡大に存在する一次感覚ニューロンの活性化に依存しています。ミエリンの形成と維持のためには、軸索とPNSの有髄グリア細胞であるシュワン細胞との間の継続的なコミュニケーションが必須です2。
PNSの多くの疾患は、原発性軸索または脱髄損傷のいずれかによる情報の伝達を妨げ、知覚異常または感覚異常をもたらす。一次感覚ニューロンは、ニューロン損傷後、ニューロンと周囲のシュワン細胞との複雑な相互作用によってある程度再生する能力を有する3。この場合、シュワン細胞は細胞のリプログラミングを受けて軸索およびミエリンの破片を取り除き、軸索再生を促進し、髄鞘再形成をもたらすことができる4。PNSの脱髄障害の可能な治療選択肢を見つけるために、健康と病気における髄鞘形成のメカニズムを理解することは重要です。ミエリンは急性神経外傷によっても損傷を受ける可能性があり、末梢神経損傷後の機能回復を促進するために髄鞘形成を促進するアプローチが研究中です5。
末梢髄鞘形成に関する私たちの知識は、シュワン細胞と感覚ニューロンの有髄共培養から主に恩恵を受けています。最初のアプローチが適用されて以来6、7、8、髄鞘形成は、異なる共存系の使用により鋭意研究されてきた9、10、11。ここでは、後根神経節軸索の堅牢なin vitro髄鞘形成のための迅速かつ容易なプロトコルを提供します。シュワン細胞調製のためのプロトコルは、以前にPitarokoiliら13で発表されたAndersenらによるプロトコル12に基づいている。共培養には、幼若ラット由来のシュワン細胞と胚性DRG外植片培養物を使用し、14日目頃に髄鞘形成が起こります。この方法の目的は、直接軸索-シュワン細胞相互作用の結果としてのミエリンの形成を調査し、PNS髄鞘形成のモジュレーターを研究するシステムを提供することです。解離した神経細胞培養と比較して、DRG外植片はより解剖学的に保存され、長い軸索突起を形成します。有髄軸索領域の定量化は、共培養における髄鞘形成のための十分な読み出しを提供する。この方法は、PNS髄鞘形成に対する潜在的な効果について治療用化合物をスクリーニングするための貴重なツールであり、動物モデルでのin vivo研究に加えて利用することもできます14。
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すべての手順は、実験動物の世話と使用に関する欧州共同体理事会指令に従って実施されました。
1. シュワン細胞培養
2. DRG外植片培養
3.コカルチャー
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共培養における髄鞘形成は、10、12、14、16、18、および20日目に評価されました。DRG外植片およびシュワン細胞をMBP、βIII-チューブリン、およびDAPIについて染色した。共存における軸索網は密集しており、観察の経時的には目に見えて変化しなかった。小さな断片の形のミエリンの最初の兆候は、10日目に検出され、12日目に増加しました(図2)。MBP陽性領域は、培養20日目まで時間とともに増加しました。髄鞘形成は、MBPおよびβIIIチューブリン陽性領域の比率として定量した。髄鞘形成は、10日目と比較して18日目と20日目に有意に増加しました(図3;**p ≤ 0.01; ****p ≤ 0.001)。
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ここでは、2つの別々の細胞型培養物、シュワン細胞と後根神経節外植片をマージすることにより、 in vitro 髄鞘形成を生成するための迅速で簡単なプロトコルを提示します。
プロトコルの重要なステップは、特に培養の最初の数日間のDRG外植片の栽培です。DRGは、強力な軸索ネットワークが構築される前は非常に脆弱であり、インキュベーターから取り出したときや培地の交換中など、非常に慎重に取り扱わなければなりません。井戸の底から分離し、培地で泳いでいるのが見つかったDRGは、栽培に失敗したことを示しています。シュワン細胞の場合、異なる培養条件およびサプリメント(例えば、培地中の血清)による増殖速度の変化は、共培養にとって課題となり得る。培養物が過剰な数のシュワン細胞によって生い茂ると、それはウェルの底から剥離し、使用できなくなります。したがって、培養中のシュワン細胞数の滴定が推奨されます。シュワン細胞プロトコルの確立中に、SOX10またはS100免疫染色を使用して純度試験を実施する必要があります。一般に、培地の交換、洗浄および固定ステップを含む培養物の取り扱いは、成功を確実...
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著者は、利益相反がないことを宣言します。
ラルフ・ゴールド教授とジサ・エルリッヒマン博士のアドバイスとサポートに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 抗MBP、ウサギ | Novus Biologicals、Centannial、米国 | ABIN446360 | |
| 抗-szlig;III-チューブリン、マウス | Biolegend、サンディエゴ、米国 | 657402 | |
| アスコルビン酸 | Sigma Aldrich GmbH、シュタインハイム、ドイツ | A4403-100MG | |
| B27-supplement | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 17504-044 | |
| バイオスフィアフィルターチップ、100µL | Sarstedt, Nümbrecht, ドイツ | ||
| バイオスフィアフィルターチップ、1250 µL | Sarstedt, Nümbrecht, ドイツ | ||
| バイオスフィアフィルターチップ、20µL | Sarstedt, Nümbrecht, ドイツ | ||
| バイオスフィアフィルターチップ、300µL | Sarstedt, Nümbrecht, ドイツ | ||
| ウシ血清アルブミン | カール・ロート、カールスルーエ、ドイツ | 8076.4 | |
| セルストレーナー、100&マイクロ;M | BD Bioscience, Heidelberg, Germany | 352360 | |
| Centrifuge 5810-R | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 5811000015 | |
| CO2 Incubator Heracell | Heraeus Instruments, ハーナウ, ドイツ | ||
| カバースリップ 12 mm | カール・ロート、カールスルーエ、ドイツ | P231.1 | |
| 湾曲した細い鉗子 | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 11370-42 | |
| DAPI fluoromount-G(R) | Biozol, Eching, Germany | SBA-0100-20 | |
| Dispase II | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | ||
| 蒸留水(浄水装置) | ミリポア、モルスハイム、フランス | ZLXS5010Y | |
| DMEM/F-12、GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific、シュヴェルテ、ドイツ | ||
| DPBS (Ca2+ および Mg2+なし) | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | D8537-6X500ML | |
| エタノール | VWR、ラドナー、米国 | ||
| FCS | Sigma Aldrich GmbH、シュタインハイム、ドイツ | F7524 | FCSは、シュワン細胞培養 |
| 用の試験が必要です ファイン鉗子 (デュモン #5) | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 11252-20 | |
| Forceps Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 11370-40 | ||
| Forskolin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | F6886-10MG | |
| Gelatin | Sigma Aldrich GmbH, シュタインハイム, ドイツ | G1393-20ML | |
| Gentamycin | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 5710064 | |
| ヤギ抗マウスIgG Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | A11036 | |
| ヤギ抗ウサギ IgG Alexa Fluor 568 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | A11001 | |
| HBSS (Ca2+ および Mg2+なし) | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | ||
| HERAcellインキュベーター | ヘレウス・インスツルメンツ(ドイツ・ハーナウ) | ||
| Heraguard ECO 1.2 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | ||
| Horse serum | Pan-Biotech, Aidenbach, Germany | P30-0712 | |
| Image J Software | HIH, Bethesda, USA | ||
| Laminin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | L2020-1MG | |
| リーボビッツ&急性;s L-15 Medium | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | ||
| L-グルタミン 200 mM | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | ||
| MACSマルチスタンド | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130042303 | |
| Microscissors | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 15000-08 | |
| 顕微鏡 | Motic, Wetzlar, Germany | Motic BA 400 | |
| Microscope Axio observer 7 | Zeiss, Oberkochen, Germany | 491917-0001-000 | |
| スライド | VWR、ラドナー、米国 | 630-1985 | |
| MiniMACS セパレーター | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130091632 | |
| MS columns | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130-042-201 | |
| ノイバウアー計数室 | アシスタント、エアランゲン、ドイツ | 40441 | |
| Neuregulin | Peprotech、ロッキーヒル、米国 | 100-03 | |
| 神経基礎中 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | ||
| NGF | Sigma Aldrich GmbH、シュタインハイム、ドイツ | N1408 | |
| 正常なヤギの血清 | Biozol、エヒング、ドイツ | S-1000 | |
| Nunclon Δ多皿、4ウェル | Sigma Aldrich GmbH、シュタインハイム、ドイツ | D6789 | |
| パラホルムアルデヒド | Acros Organics, New Jersey, USA | ||
| ペニシリン/ストレプトマイシン | サーモフィッシャーサイエンティフィック、シュヴェルテ、ドイツ | 15140-122 | |
| Pipetboy | Eppendorf AG, ハンブルク, ドイツ | 4430000018 | |
| Pipettes | Eppendorf AG, ハンブルク, ドイツ | 2231300004 | |
| Poly-D-Lysin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | P6407-5MG | |
| Poly-L-Lysin | Sigma Aldrich GmbH, シュタインハイム, ドイツ | P4707-50ML | |
| 反応チューブ 15本 mL | Sarstedt、Nümbrecht, ドイツ | ||
| 反応チューブ、50 mL | Sarstedt、Nümbrecht, ドイツ | ||
| 反応容器、1.5 mL | Sarstedt、Nümbrecht, ドイツ | ||
| 安全キャビネット S2020 1.8 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | ||
| Scissors | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 14083-08 | |
| 血清ピペット, 10 mL | Sarstedt, Nümbrecht, ドイツ | ||
| 血清学的ピペット、25 mL | Sarstedt、Nümbrecht, ドイツ | ||
| 血清学ピペット、5 mL | Sarstedt、Nümbrecht, ドイツ | ||
| Spatula | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 10094-13 | |
| Stereomicroscope Discovery.V8 | Zeiss, Oberkochen, Germany | 495015-0012-000 | |
| 外科用ハサミ | Fine Science Tools GmbH、ハイデルベルク、ドイツ | 14007-14 | |
| TCディッシュ100、セル+ | Sarstedt、Nümbrecht, ドイツ | ||
| TCディッシュ35、セル+ | Sarstedt、Nümbrecht, ドイツ | ||
| TCディッシュ60、セル+ | Sarstedt、Nümbrecht, ドイツ | ||
| Thy-1 Microbeads (MACS Kit) | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130-094-523 | |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich GmbH、シュタインハイム、ドイツ | X100-500ML | |
| トリパンブルー溶液 0.4% | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | ||
| トリプシン(2.5%)、フェノールレッドなし | Thermo Fisher Scientific、シュヴェルテ、ドイツ | 15090-046 | |
| トリプシン-EDTA(0.05%)、フェノールレッド | Thermo Fisher Scientific、シュヴェルテ、ドイツ | 25300-054 | |
| Type I Collagenase | Sigma Aldrich GmbH, シュタインハイム, ドイツ | C1639 | |
| 1008 | GFL、ブルクヴェーデル、ドイツ | 4285 |
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