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방법 논문

소형 흥분성 시냅스후 전류(mEPSC)에 대한 독소 노출의 억제 효과를 평가하는 기술

911 조회수

2025년 7월 8일

이 논문에서

초록

출처: Hubbard, K. et. al., 줄기세포 유래 중추신경계 뉴런의 네트워크 배양에서 생물학적 신경독의 기능적 평가.J. Vis. 특급 (2015)

이 비디오는 신경독에 노출된 후 배아 줄기 세포 유래 뉴런의 전기생리학적 분석을 보여줍니다. 이러한 뉴런을 보툴리눔 신경독소로 처리하면 자발적인 소형 흥분성 시냅스 후 전류의 빈도가 감소하여 시냅스 전달의 억제를 확인할 수 있습니다.

프로토콜

1. 배아 줄기 세포(ESC)를 공급용 무 현탁액 배양에 적응

  1. 얼음 조각이 남을 때까지 37°C에서 ESC를 해동합니다.
  2. P1000 피펫을 사용하여 1 - 2.5 x 106 해리된 ESC를 10ml의 예열된 ESC 배지가 들어 있는 비조직 배양 처리 접시에 부드럽게 옮깁니다. 가습 조직 배양 인큐베이터에서 37°C와 5% 이산화탄소(CO2)에서 20시간 동안 배양합니다.
  3. 20시간 후, 10ml 혈청학적 피펫을 사용하여 현탁액 배양액을 15ml 원뿔형 튜브로 부드럽게 옮겨 세포를 세척합니다. 200 x g에서 3분 동안 ESC를 펠릿합니다. 탈수하는 동안 접착력이 낮은 접시에 신선한 ESC 10ml를 추가합니다.
  4. 세포 펠릿이 빠지지 않도록 주의하면서 상등액을 흡인하고 세포 펠릿에 1ml의 신선한 ESC 배지를 추가합니다. P1000 피펫을 사용하여 세포를 박테리아 접시로 옮기고 인큐베이터로 다시 이동합니다.
  5. 응집체가 육안으로 보일 때까지 매일 세포를 관찰합니다(일반적으로 4 - 8일(d), 응집체는 0.2 - 0.5mm). 4일 후에 응집체가 뚜렷하지 않으면 1.3단계를 반복합니다. 응집체가 표시되면 섹션 2에 설명된 대로 ESC를 분리하고 유지 관리합니다.

2. ESC 패시징 및 유지 관리

  1. 멸균 10ml 피펫을 사용하여 ESC 응집체를 15ml 원뿔형 튜브로 옮기고 응집체가 소형 펠릿으로 침전되도록 합니다(일반적으로 3 - 5분). 세포 펠릿이 파괴되지 않도록 주의하면서 상층액을 흡인하고 5ml 인산염 완충 식염수(PBS)로 응집체를 세척합니다. 중력 안정화가 권장되지만, 시간을 절약하기 위해 100 x g에서 2.5분 동안 펠릿 셀을 사용하는 것이 좋습니다.
  2. PBS를 흡입하고 500μl 트립신을 첨가합니다. 37°C의 수조에서 3분 동안 트립신의 응집체를 배양합니다. 500μl ESC 배지를 추가하여 트립신을 희석하고 P1000 피펫으로 10회 부드럽게 분쇄하여 응집체를 분해합니다. 혈구계를 사용하여 세포를 계산합니다.
  3. 200 x g에서 3분 동안 세포를 펠렛으로 해리하고 ESC 배지에서 1.0 x 107 cells/ml의 최종 농도로 세포를 재현탁합니다. 150 μl(1.5 x 106 cells)를 10 cm bacterial dish에 담긴 10 ml의 신선한 ESC 배지에 옮기고 48시간 동안 조직 배양 incubator에 다시 넣습니다. 과량의 배아줄기세포는 10% 디메틸설폭사이드(DMSO)가 보충된 90% ESC 배지에서 1 - 5 x 106 cells/ml로 분화하거나 동결 보존하거나 폐기할 수 있습니다.
  4. 통과 골재는 48시간마다 발생합니다. 통과할 준비가 된 골재는 직경이 0.5mm를 초과하여 명확하게 볼 수 있습니다.
    메모: 동결 보존된 현탁액 적응 세포의 해동 및 배양은 1.2 - 1.4 단계에 따라 수행됩니다. 골재는 48-72시간 이내에 통과할 준비가 됩니다.

3. 신경 분화

참고: 3.1 - 3.5 단계는 정오 이전에, 3.7 단계는 정오 이후에 수행하십시오. 차별화 절차에 대한 개요는 그림 1A에 나와 있습니다.

  1. 2.1 - 2.5단계와 같이 ESC를 분리합니다. 해리된 배아줄기세포 350μl(3.5 x 106)를 25ml 분화 배지가 함유된 10cm 저부착 접시로 옮깁니다. 조직 배양 인큐베이터 내부에서 37 ° C에서 5 % CO2로 30-45 rpm으로 설정된 오비탈 쉐이커에 놓습니다. 이날은 시험관 내 일(DIV) -8.
    이라고 하는 분화의 첫 번째 날입니다. 메모: 초저 부착 접시를 사용하면 방법 비용이 증가하지만 응집체가 때때로 페트리 접시에 달라붙을 수 있기 때문에 박테리아 페트리 접시보다 약간 더 많은 수확량을 생성합니다. 중간 부피와 세포 수는 다른 접시 크기가 선호되는 경우 그에 따라 확장될 수 있습니다.
  2. 48시간(DIV -6) 후 25ml 피펫을 사용하여 분화 세포 응집체를 50ml 원뿔형 튜브로 옮깁니다. 즉시 페트리 접시에 신선한 25ml의 분화 배지를 추가합니다.
  3. 응집체가 2 - 5 분에 걸쳐 침전되도록 하여 1 - 2 mm 깊이의 눈에 보이는 펠릿을 생성합니다. 현탁액에 남아 있는 단일 세포 또는 작은 응집체는 무시합니다. 배지를 조심스럽게 흡인하고 P1000을 사용하여 세포 펠릿을 페트리 접시로 다시 옮깁니다. 조직 배양 인큐베이터의 로터리 셰이커에 놓습니다.
  4. DIV -4에서 3.2단계를 반복합니다. 펠릿의 깊이는 2 - 4mm입니다. 6μM all-trans retinoic acid(RA)가 보충된 30ml 분화 배지를 페트리 접시에 교체합니다. 조직 배양 인큐베이터의 회전식 셰이커로 다시 48시간 동안 기다립니다.
  5. DIV -2에서 3.3단계를 반복합니다. 이 시점에서 펠릿의 깊이는 4 - 8 mm가 됩니다.
  6. DIV -1에서 섹션 4와 같이 도금 표면을 준비합니다.
  7. DIV 0에서 5ml의 사전 분취 및 동결 신경전구세포(NPC) 트립신화 배지를 37°C에서 5 - 10분 동안 해동하고 조직 배양 후드에 넣습니다. 25ml 피펫을 사용하여 분화 응집체를 50ml 원뿔형 튜브로 옮깁니다. 응집체가 가라앉을 때까지 하고 매체를 조심스럽게 흡인합니다. 펠릿을 10ml PBS로 두 번 세척하여 세척 사이에 골재가 가라앉도록 합니다.
  8. 두 번째 PBS 세척 후 펠릿에 NPC 트립신화 배지 5ml를 추가하고 37°C에서 5분 동안 배양합니다. 2.5분 후에 튜브를 부드럽게 튕깁니다.
  9. 0.1% 대두 트립신 억제제(STI) 5ml를 첨가하여 트립신을 비활성화하고 반전하여 혼합합니다. 비교적 균질한 세포 현탁액이 생성될 때까지 10ml 혈청학적 피펫으로 10 - 15회 부드럽게 분쇄합니다.
  10. 세포 현탁액을 50ml 원뿔형 튜브 상단에 놓인 40μm 또는 70μm 세포 여과기로 천천히 옮깁니다. 모든 현탁액이 여과되면 1ml의 N2 배지를 첨가하여 필터를 통해 나머지 세포를 세척하고 해리된 세포 현탁액을 200 x g에서 6분 동안 펠렛
  11. 화합니다.
  12. 펠릿을 방해하지 않고 매체를 흡입하십시오. 10ml N2 배지로 셀을 두 번 세척하고, 200 x g에서 5분 동안 펠릿 셀을 세척하고, P1000으로 세척 중간에 분쇄합니다. 두 번째 세척 전에 혈구계를 사용하여 세포를 계수합니다.
  13. N2 배지에서 1 x 10 ml당7 세포 및 150,000 - 200,000 cells/cm2의 세포 밀도로 플레이트 배아 줄기 세포 유래 뉴런(ESN)의 세포를 재현탁합니다.
  14. 새로 도금된 ESN을 37°C 및 5% CO2에서 가습된 조직 배양 인큐베이터로 옮기고 섹션 5와 같이 유지합니다.

4. DIV 0에서 신경 전구체를 도금하기 위한 배양 표면 준비

  1. 조직 배양 처리된 접시는 플레이팅 최소 1일 전에 준비합니다. 조직 배양 처리된 플라스틱 접시를 덮고 37°C에서 O/N을 배양하기 위해 충분한 폴리에틸렌이민(PEI, 멸균 H2O에서 25 μg/ml) 또는 폴리-D-라이신(PDL, 멸균 H2O에서 100 μg/ml)을 추가합니다.
  2. 도금 당일 아침, 이중 증류 H2O로 두 번, PBS로 한 번 설거지합니다. 최종 세척 후 접시를 덮을 수 있도록 충분한 N2 배지를 추가합니다(예: 12웰 접시의 웰당 1ml 또는 6cm 접시당 4ml).
  3. 뉴런 도금 최소 하루 전에 18mm 유리 커버슬립을 준비하십시오. 플라즈마 세척으로 커버슬립을 4분 동안 청소합니다.
  4. 세척된 커버슬립을 대형 멸균 접시 바닥에 있는 에탄올 세척 파라필름으로 즉시 옮기고 4.1단계와 같이 준비된 400μl의 PEI 또는 PDL 용액을 추가합니다. 조직 배양 인큐베이터에서 37°C에서 하룻밤(O/N) 배양합니다.
  5. 아침에는 커버슬립을 물로 3회 세척하고 PBS에 5μg/ml의 라미닌을 첨가하여 37°C에서 1-3시간 동안 복용합니다. 뉴런을 해리하기 전에 라미닌을 흡인하고 즉시 커버슬립을 1ml의 NPC 배지가 들어 있는 12웰 접시의 웰로 옮기고 처리된 면이 위를 향하도록 합니다.
  6. NPC가 접시에 담을 준비가 될 때까지 접시와 커버슬립을 37°C에서 보관하십시오.

5. 뉴런 유지

  1. DIV 1에서 배지를 흡인하고 N2 배양 배지로 교체합니다.
  2. DIV 2 및 4에서 배지를 흡인하고 B27 배양 배지로 교체합니다.
  3. DIV 8에서 배지를 흡인하고 유사분열 억제제를 함유한 B27 배양 배지로 교체하여 비신경 세포를 오염시키는 것을 제거합니다.
  4. DIV 12에서 B27 배양 배지로 교체합니다.
  5. 준비될 때까지 5% CO2에서 DIV 12+ ESN을 제거하지 마십시오.

6. 미니어처 흥분성 시냅스 후 전류를 정량화하기 위한 MIST(Measured Inhibition of Synaptic Transmission) 분석

주의: 클로스트리듐 신경독은 알려진 가장 독성이 강한 물질로, 추정되는 인간 LD50 값은 0.1 - 1 ng/kg 정도로 낮습니다. 이러한 독소를 사용하기 전에 필요한 승인을 받고 적절한 예방 조치를 취하십시오.

  1. BoNT/A를 ESN 배양 배지에서 원하는 최종 농도인 100x로 조심스럽게 희석하고 37ºC로 예열합니다. DIV 21+ ESN 배양액에 적절한 양의 독소를 추가하고 배양 접시를 휘젓고 인큐베이터로 돌아갑니다.
  2. 중독 후 4시간 이상 경과한 후 세포를 분석하는 경우 접시에 독소를 추가하고 인큐베이터에서 직접 또는 일정한 CO2 챔버와 같이 5% CO2를 제거하지 않고 소용
  3. 돌이칩니다.
  4. 적절한 시점에 ESN 배양 배지를 흡인하고 세포외 기록 완충액(ERB)으로 2회 세척합니다. 5.0μM 테트로도톡신과 10μM 바이큐큘린이 보충된 ERB 4ml를 추가하여 각각 활동전위를 차단하고 GABAA 수용체 활성을 길항합니다.
  5. 접시를 전기 생리학 장비로 옮깁니다. MIST 분석에는 관류나 온도 제어가 필요하지 않습니다.
  6. 마이크로피펫 풀러를 사용하여 붕규산 유리를 당겨 5-10mΩ의 저항을 가진 기록 피펫을 생성하고 세포 내 기록 버퍼로 채웁니다. 기록하기 전에 채워진 기록 피펫을 실리콘화 시약에 부드럽게 담그십시오.
  7. 공기가 채워진 주사기를 사용하여 기록 피펫이 ERB로 내려갈 때 양압을 제공합니다. 기록할 뉴런의 소마에 기록 피펫을 부드럽게 착륙시킨 후 양압을 제거하고 기가씰을 형성합니다. 유지 전압을 -70mV로 줄입니다. 조심스럽게 음압을 가하여 전체 세포 구성으로 전환합니다.
  8. 전류 cl로 전환amp 휴지 멤브레인 전위를 모니터링하고 기록합니다. 액체 접합 전위를 조정하지 않으면 휴지 멤브레인 전위는 -67 및 -82 mV 사이가 됩니다.
  9. 4 - 5분 동안 연속 -70mV 전압 클램프 기록을 수행하여 소형 여기 시냅스 후 전류(mEPSC)를 감지합니다.
  10. 다음 설정으로 스파이크 감지 소프트웨어를 사용하여 mEPSC 감지를 위해 기록된 4분 분량의 데이터를 분석합니다: 임계값, 5; 로컬 최대값을 검색하는 기간, 10,000μsec; 기준선의 피크 전 시간, 5,000μsec; 감쇠 시간을 검색하는 기간, 20,000 μsec; 감쇠 시간을 찾기 위한 피크의 비율, 0.37; 기준선의 평균 주기, 1,000μsec; 면적 임계값, 20; 평균 피크에 대한 포인트 수, 1; 피크 방향, 음수.
  11. 감지된 이벤트에 대한 정보를 수집하고 저장합니다. 4분 동안 감지된 이벤트 수를 240으로 나누어 mEPSC 주파수(Hz)를 결정합니다.
  12. 각 노출 조건에 대해 8 - 12 제어 및 8 - 12 BoNT 처리 샘플에 대한 mEPSC 주파수를 수집합니다. 연령 및 로트 일치 대조군에 대한 빈도를 분석합니다. 일원 ANOVA와 Dunnett의 사후 검정을 사용하여 시냅스 활동 억제 %의 통계적 유의성을 확인합니다.

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결과

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그림 1. 현탁액에 적응된 ESN은 유사분열적으로 안정된 상태를 유지하고 다능성의 마커를 발현합니다.(A) ESC 유지 및 차별화의 개략도. 레티노산(RA) 또는 백혈병 억제 인자(LIF)의 유무는 + 또는 –로 표시됩니다. 일차 뉴런 배양에 대한 시험관 일수(DIV)와 고전적 발달 단계(DS)를 비교합니다. (B) R1, D3 및 C57BL/6J ES 세포주에 대한 증식률은 현탁 배양으로 전환한 후 5개 계대만큼 안정화됩니다. (C) 유세포 분석 데이터는 현탁 배양에서 25개 계대에 걸쳐 측정된 R1, D3 및 C57BL/6J ES 세포주에서 Oct3/4 발현에 실질적인 변화가 없음을 보여줍니다(각각 n = 6)...

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공개 사항

선언된 이해 상충이 없습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
표 1. ESC 및 ESN
녹아웃 DMEM생명 기술제10829-018매체: ESC 배양 배지
      제형 및 노트: 500 mL
MEM NEAA 100개생명 기술제11140-050미디어: 4°C에서 최대 1개월 동안 보관
      제형 및 노트: 6mL
200mM L-알라닐-L-글루타민증권 시세30-21156 밀리리터
ES 인증 FBS응용 줄기세포ASM-500790 밀리리터
항생제 100개시그마-알드리치A59553 밀리리터
55mM 2-메르캅토에탄올생명 기술21985-0231.1 밀리리터
107 단위/mL LIF밀리포어ESG110760 μL
녹아웃 DMEM생명 기술제10829-018매체: ESC 분화 배지
      제형 및 노트: 436.6 mL
MEM NEAA 100개생명 기술제11140-050미디어: 4°C에서 최대 1개월 동안 보관
      제형 및 노트: 5mL
200mM L-알라닐-L-글루타민증권 시세30-21155 밀리리터
ESC 인증 세럼응용 줄기세포ASM-500750 밀리리터
항생제 100개시그마-알드리치A59552.5 밀리리터
55mM 2-메르캅토에탄올생명 기술21985-0230.9 밀리리터
둘베코의 PBS시그마-알드리치D8537매체: NPC 트립신화 배지
      제형 및 노트: 100 mL
0.5M EDTA (18.3%)시그마-알드리치3690매체: 5mL 분주량에서 동결
       제형 및 노트: 0.266 mL
트립신시그마-알드리치T880250의 mg의
폴리에틸렌이민(PEI)시그마-알드리치P3143매체: 표면 코팅 용액
      제형 및 참고 : H20에서 2.5 μg / mL
폴리-D-라이신(PDL)시그마-알드리치P7280미디어: 1주 이내 사용
      제형 및 참고 : H20에서 100 μg / mL
라미닌시그마-알드리치엘2020H20에서 5μg/mL
DMEM/F12 + 글루타맥스생명 기술제10565-018매체: NPC 배양 배지
      제형 및 노트: 492.5 mL
N2 비타민 100배생명 기술제17502-048미디어: 4°C에서 최대 1개월 동안 보관
      제형 및 노트: 5mL
항생제 100개시그마-알드리치A59552.5 밀리리터
신경기저 A생명 기술제10888-022미디어: ESN 배양 배지
      제형 및 노트: 482.5 mL
비타민 B27 50배생명 기술제17504-044미디어: 4°C에서 최대 1개월 동안 보관
      제형 및 노트: 10mL
200mM L-알라닐-L-글루타민증권 시세30-21155 밀리리터
항생제 100개시그마-알드리치A59552.5 밀리리터
5-플루오로-2'-데옥시우리딘(5FDU)시그마-알드리치F0503매체: 2000x 유사분열 억제제는 -20°C에서 분취 및 보관
      제형 및 참고 사항 : dd 150 mg 5FDU 및 350 mg uridine을 10 mL Neurobasal A. 멸균 필터, 부분 표본 및 동결. ESN 배양 배지에서 2000x를 사용합니다.
우리딘시그마-알드리치U3003
TrypLE 익스프레스 트립신생명 기술제12605-010미디어: 여러 가지 잡다한
      제형 및 메모 : RT에 저장
디엠소시그마-알드리치D8418RT에 저장
대두 트립신 억제제(STI)시그마-알드리치T6414-20 °C에서 보관하십시오
에탄올시그마-알드리치E7023RT에 저장
아스코르브산시그마-알드리치A44035.7mL의 50:50 DMSO/에탄올 혼합물에 100mg의 아스코르브산을 용해하여 100mM 스톡을 준비합니다.
레티노산(RA)시그마-알드리치R262515mg RA를 9mL 50:50 DMSO/에탄올에 재현탁합니다. 100mM 아스코르브산 스톡 1mL를 보충합니다. 부분 표본 및 -80 °C에서 보관. 6 개월 동안 안정적입니다.
표 2. 안개
염화나트륨시그마-알드리치71386미디어: 세포외 기록 버퍼
      최종 농도 (mM) : 58.44
      MW: 140
케이클시그마-알드리치60135매체: (ERB; pH = 7.3, 315 mO)
      최종 농도 (mM) : 74.56
      MW: 3.5
나H2PO4시그마-알드리치S3139 (영어매체: 4°C에서 최소 6개월 동안 안정적입니다.
      최종 농도 (mM) : 119.98
      MW: 1.25
염화나트륨2시그마-알드리치21115최종 농도 (mM) : 110.98
      MW: 2
마그네슘Cl2시그마-알드리치63069최종 농도 (mM) : 95.21
      MW: 1
D-포도당시그마-알드리치G8644최종 농도 (mM) : 180.16
      MW: 10
헤페스시그마-알드리치H0887최종 농도 (mM) : 238.3
      MW: 10
K-글루코네이트시그마-알드리치P1847매체: 세포내 기록 버퍼
      최종 농도 (mM) : 234.5
      MW: 140
염화나트륨시그마-알드리치71386매체: (IRB, pH = 7.3, 320 mO)
      최종 농도 (mM) : 58.44
      MW: 5
마그네슘-ATP시그마-알드리치A9187매체: 4°C에서 최소 6개월 동안 안정적입니다.
      최종 농도 (mM) : 507.18
      MW: 2
재질 보기 Li-GTP시그마-알드리치G5884최종 농도 (mM) : 523.18
      MW: 0.5
염화나트륨2시그마-알드리치21115매체: 4°C에서 최소 6개월 동안 안정적입니다.
      최종 농도 (mM) : 110.98
      MW: 0.1
마그네슘Cl2시그마-알드리치63069매체: 4°C에서 최소 6개월 동안 안정적입니다.
      최종 농도 (mM) : 95.21
      MW: 1
에그타시그마-알드리치E3889380.35
매체: 4°C에서 최소 6개월 동안 안정적입니다.
최종 농도 (mM) : 380.35
MW: 1
헤페스시그마-알드리치H0887매체: 4°C에서 최소 6개월 동안 안정적입니다.
      최종 농도 (mM) : 238.3
      MW: 10
바이큘린토크리스131미디어: 여러 가지 잡다한
      최종 농도 (mM) : 0.01
      MW: 417.85
씨엔큐엑스시그마-알드리치C239최종 농도 (mM) : 0.01
      MW: 276.12
테트로도톡신시그마-알드리치A8001최종 농도 (mM) : 0.005
      MW: 645.74
본트/A-/G메타생물학제해당 사항 없음미디어:
      최종 농도 (mM) : 미정
      MW: 150,000
파상풍 독소시그마-알드리치T3194최종 농도 (mM) : 미정
      MW: 150,000
시그마코트시그마-알드리치SL-2최종 농도 (mM) : N / A
       MW: 해당 없음
표 3. 장비 및 소프트웨어
MiniAnalysis(버전 6.0.7)시냅토소프트, Inc.해당 사항 없음이벤트 감지 소프트웨어
이고르 프로(버전 6.22A)웨이브 메트릭스해당 사항 없음녹음의 시각화를 위한 소프트웨어
패치마스터헤카해당 사항 없음데이터 수집 소프트웨어
Olympus IX51 도립 현미경올림푸스해당 사항 없음
마이크로 매니퓰레이터셔터 계기MPC-365
패치 클램프 증폭기헤카ECB10USB
마이크로피펫 풀러셔터 계기P-1000
붕규산 모세관셔터 계기나150-86-10코닝 7740
18mm 유리 커버슬립어부Tel.: 12-545-84
플라즈마 클리너해릭 플라즈마PDC-32G
셀 스트레이너(40μm)어부08-771-1
스토발 벨리 댄서 셰이커어부제15-453-211
저접착 접시어부TEL.05-539-101코닝 3262
세균 접시폭스바겐제25384-302100 x 15 밀리미터
호 호 표시기 년 시리즈 년 호 호 표시기 년 시리즈 년 년 (영문) (영문) 호 호 호 호 표시기 년 시리즈 호 . 의 대답 ) 년 (영문) 년 의 (영문) 시리즈 호 호

태그

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