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
ko_KR
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
여기에서 우리는 체외에서 propriospinal 연결 기능 재생을 연구하기 위해 다중 전극 배열에 배양 척수 조각을 기반으로하는 프로토콜을 제시한다.
다 자란 척추동물은 척수 손상에서 회복할 가능성이 제한적입니다. 최근에는 고유 척추 연결이 기능 재생을 개선하기 위한 개입의 유망한 대상이라는 증거가 등장했습니다. 지금까지 고유 척수 섬유의 기능적 회복을 조사할 수 있는 가능성을 부여하는 시험관 모델은 존재하지 않습니다. 따라서 배아 쥐의 두 개의 유기형 척수 절편을 기반으로 MEA(Multi-electrode Arrays)에서 나란히 배양된 대표적인 모델이 개발되었습니다. 이 조각은 자라며 시험관에서 며칠 내에 서로 마주보는 면을 따라 융합됩니다. 사용된 MEA의 설계는 MEA에 손상을 입히지 않고 이 융합 부위를 통해 메스 날로 병변을 수행할 수 있도록 합니다. 슬라이스는 일반적으로 네트워크 활동 버스트로 구성된 자발적인 활동을 보여주며, 버스트 기원의 위치, 전파 속도 및 방향, 버스트 간 지연 시간과 같은 공간 및 시간 활동 매개변수를 특성화할 수 있습니다. 이러한 기능을 사용하면 두 측면 간의 동기화된 버스트의 양을 계산하여 슬라이스의 기능적 연결을 평가할 수도 있습니다. 또한, 기록 후 면역조직화학적 염색을 수행하여 슬라이스를 형태학적으로 분석할 수 있습니다.
사용된 기술의 몇 가지 장점이 이 모델에는 결합되어 있습니다: 절편은 손상되지 않은 국소 시냅스 회로를 가진 원래의 조직 구조를 크게 보존하고, 조직은 쉽고 반복적으로 접근할 수 있으며, 뉴런 활동은 높은 시간 해상도에서 많은 수의 지점에서 동시에 비침습적으로 감지될 수 있습니다. 이러한 기능을 통해 정교하고 효율적인 방식으로 체외에서 고립된 척추 내 연결의 기능적 재생을 조사할 수 있습니다.
중추 신경계 (CNS)의 Organotypic 슬라이스 배양 신경 발달의 신경 퇴행에 도달하는 다양한 생리 학적 및 병리학 적 현상을 연구하기 위해 광범위하게 사용되어왔다. 해리 된 세포 배양에 비해의 Organotypic 슬라이스 그대로 cytoarchitecture와 로컬 시냅스 회로가 더 많은 복잡성 이점을 제공한다. 동시에, 조직이 생체 내 환경에서의 전체적인 복잡함 연루 않고도 격리 방법으로 분석 될 수있다. 또한, 선택의 세포에 쉽게 반복 액세스, 보증 세포 외 환경을 정밀하게 제어 할 수 있고, 보통, 체외 모델은 생체에 비해 저렴하다. 최근 몇 년 동안, 다양한 연구는 대응하는 살아있는 동물, 2 대 장기 문화의 발달 프로파일 사이에 놀라운 유사성을 발표했다. 다양한 중추 신경계 레지오의 신경 회로를 보여왔다NS는 개발 과정에서 자발적인 네트워크 활동을 표현하고의 Organotypic 조각은 부분적으로 이러한 현상 3 -7을 유지하는 것이다. 격리 척수 제제가 특히 리듬 생성 회로 (6)과의 연결 (1)의 형성을 조사하는데 사용되어왔다.
슬라이스의 Organotypic 자발적인 활동을 기록 할 수있는 방법은 멀티 - 전극 어레이 (다자간)의 상단에이를 배양하는 것이다. 이 장치는 다수의 동시 세포 (멀티 유닛 녹음)에서 활동 전위에 의해 생성 된 세포 외 잠재력을 모니터링 할 수있는 여러 전극이 포함되어 있습니다. MEA 레코딩 높은 시간 해상도는 주어진 신경 회로에서 정확한 활성 역학을 재구성하는데 사용될 수있다. 또한, 달리 패치 클램프 기술은 뉴런의 행동에 영향을받지 않도록 사실상 장기 및 측정 결과를 허용하는 비 침습적이다.
F또는 본 연구의 목적은 척수의 Organotypic 공동 배양 및 다중 기록의 결합은 척수 내의 재생 기능을 조사하기 위해 사용 하였다. 성인 높은 척추 동물은 척수의 손상으로부터 회복 할 가능성이 제한되어 있기 때문에, 다양한 전략이 척수 손상 후 재생을 촉진하기 위해 연구되어왔다. 지금까지, 피질 관은 일반적으로 연구를 위해 선택한 모델 시스템이었다. 이러한 실험은 일반적으로 시간이 많이 소요, 비용이 많이 드는 인해 하나의 그룹 내 높은 변동성에 큰 동물 동료를 필요로한다. 또한, 증거 propriospinal 연결 (전적으로 척수 내에 갇혀 뉴런) 척수 병변 8 다음 복구 과정에서 중요한 역할을 수행 할 수 있음을 시사한다. 이 섬유는 상승과 섬유 책자를 내림차순의 간섭을받지 않고 생체 내에서 공부하기가 어렵습니다. BONNICI 및 Kapfhammer 9 종 척수를 사용다른 방법으로 출생 후 마우스의 슬라이스 문화. 기계적인 병변을 수행 한 후 그들은 반 정량적으로 척수 세그먼트 사이 축삭의 재생 형태를 분석 하였다. 그들은 성숙한 나이에 컷 문화 병변 사이트를 건너 적은 있지만 없음 축색 돌기를 관찰했다. 7 일 피해 후 - 반면, 젊은 단계에서 병변 된 문화는 5 축삭 재생의 높은 금액을 표시. 그러나 기능적인 연결을위한 증거는 제시되지 않았다.
따라서, 기능 중생의 조사를 허용 propriospinal 섬유의 체외 모델의 대표의 개발은 척수의 재생 프로세스에 대한 우리의 지식을 확장 할 수있는 유용한 도구가 될 수 있습니다.
동물 보호는 스위스 지방 자치 단체 AMT (대 Landwirtschaft 싶게 투르 데 Kantons 베른, Veterinärdienst, Sekretariat Tierversuche, 승인 NRS. 11분의 52과 14분의 35)에 의해 승인 지침에 따라이었다. 이 지침은 유럽 공동체 지침 63분의 2,010 / 유럽 연합 (EU)과 일치한다.
참고 : 멸균 장비 및 솔루션을 층류 후드에서 작업을 모든 단계 1 - 하위 단계를 포함하여 5.
다자간 1. 준비
주 : MEA의 유리 기판, 마이크로 제조 된 금속 전극과 SU-8 폴리머 절연 층으로 구성된다 (. 또한 Tscherter 외 3 참조). 이 연구의 목적을 위하여 상업적으로 이용 가능한 다자간는 맞춤형 전극 어레이 레이아웃 (도 1 A & B)과 정렬되었다. 68 전극은 전극의 무료 300 μm의 넓은 홈, ELECTR에 의해 두 개의 영역으로 분할 사각형 격자 배열되어iCal의 리드 및 절연. 각 전극의 크기는 40 × 40 μm의 그리고 그들은 센터에 센터에서 200 μm의에 의해 이격되어있다. 4 개의 큰 접지 전극은 기록 사이트 주위에 위치된다. 그들은 그들의 크기 (21mm X 21mm)의 다른 상업적으로 이용 가능한 표준 다자간 다를 그들은 고정 된 기록 챔버가 없습니다.
의 Organotypic 문화의 준비 및 성장에 필요한 2. 재료
3. 척수 조직의 해부
약 25 배아, 척수 슬라이스의 수에 따라, 프로 시저 수율 - 35 공동 배양 무균 조건 하에서 층류 후드 안쪽 제조 : 참고.
4. 다자간에 척수 조직의 조각을 설치
5. 기계 병변
자발적인 활동 6. 전기 생리 녹음
7. 데이터 분석
주 : 세포 외로 기록 활동 전위의 검출을 위해 각각의 전극과 표준 편차에 기초하여 후속 판별 검출기의 사용. 이 절차는 Tscherter 외. (3)에서 자세히 설명한다.
문화와 면역 8. 고정
E14 쥐 배아 척수 유래의 공동 배양의 기능 회복에 대한 가능성을 조사하기 위해, 병변은 28 DIV 8의 타임 윈도우에서 수행 하였다. 2~3주 후, 자발적인 신경 활동은 신체의 체중 측정 (그림 1 C & D)를 기록했다. 세포 외로 기록 된 활동 전위는 각각의 전극 (그림 1E) 오프라인 확인되었다. 네트워크 활동 플롯 다음 래스터 플롯이 생성 된 이러한 데이터 (그림 1 층)에서면 (그림 1G)마다 별도로 총 활동을 시각화합니다. 각 조각에서 자발적인 활동은 일반적으로 버스트로 구성되어있다. 슬라이스가 기능적으로 연결되어있는 경우, 이러한 버스트는 한 조각에서 다른 전파 할 수 있습니다. 따라서, 두 개의 조각 사이의 동기 버스트의 양을 정량적으로 재생 기능을 측정하기 위해 계산되었다. 어떻게 변환 INT의 상세한 설명은다른 플롯 O를 수행하고 동기화 된 활성의 백분율을 계산하기위한 공식이 유도 된 상황, 하이 데르 외. 10 참조주세요된다.
모든 실험에서, 활성은 제 표준 조건 하에서 기록되었다. 제 2 단계에서, 억제는 시냅스 세포 욕 용액 스트 리키 닌 (1 μM)와 gabazine (10 μM)을 첨가함으로써 차단 하였다. 이 탈 억제는 버스트의 정의함으로써 슬라이스 버스트 간의 동기화의 결정을 용이하게 연장 된 버스트 및 버스트 간격보다 규칙적인 활동 패턴, 통상 리드.
젊은 나이에 병변 문화 - 문화 나중에 단계 (> 19 DIV) (그림 2를 재생하는 기능에 뚜렷한 감소를 보였다에서 병변 반면 (7 9 DIV)는 2-3주 병변 후 동기화 활동의 높은 금액을 표시 - F). 이러한 결과는 나타내는 재생 능력은 그척수 슬라이스 배양 기능적 연결 배양 세 주 안에 생체 내에서 추가로 개발 된 상태를 나타내는 로우 레벨로, 생체 내에서 배아의 상태를 나타내는 하이 레벨로 감소한다.
연결의 어떤 종류는 실제로 두 조각 사이의 버스트 동기화에 관여? propriospinal 연결 외에, 섬유도의 motoneurons 또는 지느러미 루트 신경절 신경 세포에서 발생할 수 있습니다. 이것은 척수 10 슬라이스 화 사이 배측 루트 신경절 뉴런 기능적 연결성과 관련이없는 것으로 이미 밝혀졌다. 그러나,의 motoneurons의 참여 가능성이 남아 있었다. 운동 신경원은 니코틴 성 수용체 (13)을 통해 척수 뉴런 콜린성 연결을 형성하는 것으로 알려져 있기 때문에, 척수 공동 배양 물의 활성은 8 DIV, 문화는 고도로 활성 10 동기화 보여 시간, 니코틴 성 안타고니스트 Mecam 기록하였습니다아민 (MEC, 100 μM)은 세포 외 욕 용액에 첨가 하였다. 두 조각 사이의 연결에서의 motoneurons의 참여 동기 활동의 감소 비율을 초래할 것입니다. 그러나, 이러한 경우가 있었다 (MEC : 91.0 ± 4.5 %, N = 7; 제어 : 93.6 ± 4.6 %, N = 7, p> 0.05, 윌 콕슨 일치 쌍 시험). 이러한 결과는 콜린성 시냅스 슬라이스 간의 기능적 연결에 기여하지 않는다는 것을 시사한다. 운동 신경원이 또한 CNS (11), (15) 내의 글루타메이트 시냅스를 방출하는 것으로 나타났다 때문에, 이들 실험은 완전히 그들의 참여를 배제하지 않는다.
SMI-32를 실시했다과 운동 신경원에게 비 인산화 된 신경 미세 섬유의 면역 조직 화학적 염색과 H에 대해 동정을 행 하였다. 그들은 조각 (그림 3A)에 분산의 motoneurons에 대한 일반적인 몇 가지 레이블 큰 세포 기관을 밝혔다. SMI-32 항체 motoneuro의 세포체 라벨을보고되었다NS (12)이 발견은 또한 사용 된 배양 물 (13)도 마찬가지. 또한, B-III-tubulin의 또는 NeuN뿐만 아니라 아교 세포 기관, 예. 대한 일반적인 예에서 신경 세포 기관의 염색과는 GFAP 항체와 성상 세포는 다른 보고서와 일치하며 (이러한 종류의 세포 형태 학적 설명과 일치 그림 3 B - D). 그럼에도 불구하고, SMI-32 항체와 축삭의 라벨 (그림 3E)에 직결된다. 기대에 대해,이 항체를 사용하는 경우 섬유의 거대한 네트워크가 나타납니다 그리고 인산화 신경 미세 섬유의 H (그림 3 층) 레이블 SMI-31 염색 비슷합니다. 이 결과 중 하나는 해석은 신경 미세 섬유 인산화 / 탈 인산화의 개발 규제가 생체 내 상황에 비해 사용 문화 꽉 아니라고 할 수있다. 동일한 엑손의 인산화 및 비 인산화 neurofilaments의 혼합 된 발생 수는 폭발물이 발견을 아 인. 또 다른 가능성은 SMI-32는 표지 된 축색 돌기 뉴런에서 발생한다는 것이다. TSANG 및 동료 (16)는 그 예를 보여 주었다, 클라크의 열 및 intermediolateral 세포 열 뉴런의 motoneurons 외에 SMI-32에 의해 염색된다. 이러한 신경 세포의 발음 신경 돌기의 증식은 SMI-32 개의 긍정적 인 섬유의 풍요 로움을 설명 할 수 있었다.

그림 1. 디스플레이 및 자발적인 활동의 분석. (A) MEA의 다이어그램. 백금 피복 전극은 검은 색, 빨간색 투명 전선과 노란색의 MEA의 중앙에있는 홈에 그려져있다. (B) MEA의 중심에있는 전극 배열의 근접. 다이어그램은 친절 박사 M. Heuschkel에 의해 제공됩니다. (C) 8 DIV 이전이 배양의 밝은 필드 이미지전자. 슬라이스는 성장과 서로 마주 보는 변을 따라 접합했다. 노란색 막대는 MEA의 electrode- 및 절연없는 홈을 나타냅니다. 실험의 스케일 바 = 400 μm의 (D) 타임 라인. E14 쥐 배아의 두 척수 조각은 다자간에 서로 옆에 배치됩니다. 며칠, 슬라이스 성장 퓨즈 대향 측면을 따라. 8 시간 프레임에서 - 28 DIV 완료 병변 융합 사이트를 통해 수행된다. 2-3 주 후에 자발적인 활동이 기록되고, 문화 면역 조직 화학 염색에 고정되어 있습니다. (E) 23 DIV 옛 문화의 각 전극의 자발적인 활동을 추적합니다. 명확하게 시각화를 들어, 매 두 번째 추적이 도시되어있다. 오렌지 트레이스는 왼쪽에서 오른쪽 조각으로부터 기록 된 활동, 푸른 흔적을 도시한다. 버스트의 대부분은 둘 사이에 동기화된다. 왼쪽 슬라이스 만 페이지에서 발생하는 버스트에 화살표가artially 오른쪽 슬라이스로 전파. 오른쪽 슬라이스 내의 활성 그러나 따른 측의 평균 최대 피크 활성의 적어도 25 %의 선택 임계치에 도달하지 않았으며, 따라서 버스트로서 검출되지 않는다. 오른쪽 배율은 마지막 동기화 버스트 쌍을 도시한다. (E)에 도시 된 활성 (F) 래스터 플롯. (E)에 도시 활동의 정의 버스트 (기준선 아래 바)와 (G) 네트워크 활동 플롯. 하이 데르 등. 10에서 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2.하지 동기화 작업 대 동기화. (A, B) 문화의 래스터 플롯 lesione젊은 나이에 D (7시 - 9 DIV), 표준 조건 (A) 및 탈 억제 아래 (B)에서 동기화 작업을 게재합니다. (C, D) 표준 조건 (C) 및 탈 억제 아래 (D)가 아니며, 동기화 활동을 보여주는 (> 19 DIV에서) 나이에 병변 문화, 래스터 플롯. 동기화 활동 (E, F)의 평균 비율은 표준 조건 (E) 및 탈 억제에서 (F)에서 기록 된 각각의 병변 하루 꾸몄다. 3 주 병변의 날 이후 - 녹음은 2 촬영했다. 하이 데르 등. 10에서 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 3. 면역 조직 화학적 특성. SMI-32 motoneuronal 세포 기관의 (A) 염색. (B) 성숙한 신경 세포 기관과 그 과정의 β-III의 튜 불린 라벨. GFAP와 성상 세포의 (C) 확인. NeuN 성숙한 신경 세포 본체의 (D) 레이블. SMI-31에 의해 식별 비 인산화 된 신경 미세 섬유 H. (F)의 인산화 된 신경 미세 섬유 H (E) SMI-32 염색. 하이 데르 등. 10에서 적응. 모두 그 주, SMI-31, SMI-32, 섬유의 대규모 네트워크는 문화에서 볼 수 있습니다. 바 AD = 20 μm의 H & F = 100 ㎛. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 공개할 것이 없습니다.
여기에서 우리는 체외에서 propriospinal 연결 기능 재생을 연구하기 위해 다중 전극 배열에 배양 척수 조각을 기반으로하는 프로토콜을 제시한다.
이 연구는 스위스 국립재단(n° 3100AO-120327 및 31003A_140754/1)의 지원을 받았습니다.
| 우리 실험실의 설계에 따라 맞춤 제작된 | 플라너 다전극 배열 | Qwane Biosciences | |
| 영양 매체 | 100 ml | ||
| Dulbeccos 변형 Eagle's 매체 | Gibco | 31966-021 | 80 ml |
| 말 세럼 | Gibco | 26050-070 | 10 ml |
| 증류수, 멸균수 | 10 ml | ||
| 신경 성장 인자 -7S [5 ng/ml] | Sigma-Aldrich | N0513 | 200 µ l |
| 1% BSA 코팅 용액으로 세척 용액 | |||
| 세포외 매트릭스 젤 | BD Biosciences | 356230 | 항상 차갑게 유지해야 합니다; 산전 및 배아 뉴런에 최적화된 매체로 1:50으로 희석하십시오 |
| 뉴런에 최적화된 매체 | Gibco | 21103-049 | |
| 세척 용액 | [mg/L] | ||
| MgCl2-6H2O | 100 | ||
| MgSO4-7H2O | 100 | ||
| KCl | 400 | ||
| KH2PO4 | 60 | ||
| NaCl | 8,000 | ||
| Na2HPO4 무수 | 48 | ||
| D-포도당(포도당) | 1,000 | ||
| http://www.lifetechnologies.com/ch/en/home/technical-resources/media-formulation.152.html 세포 | |||
| 외 용액(pH 7.4) | [mM] | ||
| NaCl | 145 | ||
| 에 대한 프로토콜에 따름KCl | 4 | ||
| MgCl2 | 1 | ||
| CaCl2 | 2 | ||
| Hepes | 5 | ||
| Na-pyruvate | 2 | ||
| Glucose | 5 | ||
| 차단 용액 | |||
| 세제: Triton X-100 | 0.3%, 삼키면 유해 | ||
| 소 혈청 알부민 | Sigma-Aldrich | A9418 | 1% |
| 염소 혈청 | Gibco | 16210-064 | 5% |
| 닭 혈장 | Sigma-Aldrich | P2366 | 동결건조, 세척 용액으로 재구성 |
| Gabazine | Sigma-Aldrich | SR-95531 | |
| 메카밀아민 염산염 | Tocris | 2843 | 삼키면 독성 |
| 마이크로피펫 | World Precision Instruments, Inc. | MF28G-5 | |
| 파라포름알데히드 | 유해, 4% | ||
| SMI-31 | Covance | SMI-31P | |
| SMI-32 | Covance | SMI-32R-500 | |
| Strychnine | Sigma-Aldrich | S0532 | 독성 |
| 트롬빈 | Merck Millipore | 1123740001 | 자극성, 감작성, 세척 용액 |
| 으로 재구성조직 배양 플랫 튜브 10 (= 롤러 튜브) | 테크노 플라스틱 제품 AG | 91243 | |