1. Przygotowanie odczynników do trawienia nerki
- Do ekstrakcji komórek strefy nefrogenniej (NZCs) z 8 nerek E17.5 będzie potrzebne 1,5 ml roztworu 0,25 % Kolagenazy A (m/v) i 1 % Pankreatyny (m/v). Ponieważ Pankreatyna rozpuszcza się w temperaturze pokojowej w ciągu około 2 godzin, przed eksperymentem należy przygotować wystarczającą ilość roztworu trawiennego dla największej przewidywanej liczby nerek embrionalnych. Roztwór trawienny przygotowuje się, dodając najpierw 25 mg Kolagenazy A do 10 ml buforu fosforanowego Dulbecco (DPBS) w przezroczystej, sterylnej probówce wirówkowej o pojemności 15 ml. Krytyczne jest, aby DPBS NIE zawierał wapnia ani magnezu, ponieważ zakłóci to trawienie enzymatyczne. Roztwór należy mieszać na nutatorze przez 10 minut do rozpuszczenia Kolagenazy A. Do roztworu rozpuszczonej Kolagenazy A należy dodać 100 mg Pankreatyny i mieszać na nutatorze przez co najmniej 2 godziny. Alternatywnie, roztwór trawienny Kolagenazy A/Pankreatyny można mieszać na nutatorze przez noc w temperaturze 4° C. Zaleca się noszenie maseczki, ponieważ Kolagenaza A i Pankreatyna łatwo rozprzestrzeniają się w powietrzu podczas ważenia i mogą podrażniać drogi nosowe.
- Przygotować 5 % roztwór płodowej surowicy bydlęcej (FBS) (v/v) w zbuforowanym roztworze soli Hanksa (HBSS). Wymieszać przez odwracanie. Konieczny będzie 1 ml roztworu dla każdej probówki zawierającej 8 nerek.
- Przygotować pożywkę hodowlaną, uzupełniając bezzurowicową pożywkę dla keratynocytów o 1 % glutaminy (v/v) oraz 1 % Penicyliny-Streptomycyny (PenStrep) (v/v).
- Sterylne polistyrenowe płytki hodowlane z płaskim dnem (96, 48, 24 lub 6-dołkowe) pokryć roztworem ludzkiej fibronektyny w stężeniu 5 mg na cm2 powierzchni wzrostu. 5 mg proszku fibronektyny resuspenderuje się w 5 ml sterylnej H2O. Roztwór ten rozcieńcza się 1:25 w sterylnym DPBS bez wapnia i magnezu, a następnie dodaje się 250 ml do każdego dołka płytki 24-dołkowej. Płytki inkubuje się z roztworem fibronektyny w temperaturze pokojowej przez 1 godzinę, a następnie przez 1 godzinę w temperaturze 4° C. Alternatywnie płytki można inkubować przez noc w temperaturze 4° C. Przed dodaniem pożywki/komórek roztwór należy odessać w komorze z laminarnym przepływem powietrza.
2. Disekcja nerek i usuwanie torebek (wykonana w temperaturze pokojowej)
- W dniu E17.5 uśmierć matkę zgodnie z procedurą zatwierdzoną przez lokalną Komisję Etyki ds. Doświadczeń na Zwierzętach (IACUC), wyjmij macicę i umieść ją w szalce Petriego zawierającej DPBS z wapniem i magnezem. Pod mikroskopem sekcyjnym, używając pęset zegarmistrzowskich, wyjmij każdy embrion z macicy i dokonaj dekapitacji każdego z nich. Po wyjęciu całego miotu z macicy, przenieś embriony do czystej szalki Petriego zawierającej ilość DPBS z wapniem i magnezem wystarczającą do całkowitego przykrycia embrionów, pozostawiając w poprzednim naczyniu jak najwięcej krwi i resztek tkanek.
- Za pomocą pęsety wykonaj nacięcie okalające w ścianie brzusznej embrionu na poziomie pępka. Następnie połóż embrion na plecach, unieruchom go w okolicach barków jedną pęsetą i za pomocą drugiej pęsety usuń narządy wewnętrzne, od płuc aż do pęcherza. Z doświadczeniem można to wykonać jednym ruchem. Nerki powinny pozostać przyczepione do tylnej części masy narządów. Jeśli nerki nie pozostaną przyczepione do usuniętych narządów, można je ostrożnie wypreparować ze grzbietowej ściany ciała. Nerki uszkodzone podczas tego procesu sekcji należy odrzucić, ponieważ zanieczyszczą one końcową kulturę niewłaściwymi typami komórek.
- Delikatnie oddziel nerki od reszty narządów, dbając o to, aby nerki pozostały ze sobą połączone. Przytrzymaj tkankę między nerkami jedną pęsetą i chwyć nadnercze przyczepione do jednej z nerek drugą pęsetą. Nadnercze powinno być przytwierdzone do torebki nerki. Delikatnie odwarstw nadnercze i torebkę z zewnętrznej strony nerki, podobnie jak przy obieraniu banana. Zachowaj ostrożność, aby nie rozciąć nerki na pół podczas obierania i upewnij się, że nie uszkodziłeś tkanki nerki pod torebką. Ostrożnie usuń pozostałą część torebki oraz moczowód, jeśli nadal jest przyczepiony. Powtórz czynność z drugą nerką.
- Użyj uciętej pipety transferowej, aby umieścić nerki w 5 ml polistyrenowej probówce z HBSS. Powtórz kroki 2.2-2.4 dla każdego embrionu. Nerki można łączyć po 8 sztuk na probówkę. Z doświadczeniem sekcja i usuwanie torebki zajmą 2-3 minuty na jeden embrion.
3. Trawienie enzymatyczne nerek (wszystkie etapy w temperaturze pokojowej, chyba że zaznaczono inaczej)
- Usunąć roztwór HBSS z probówek 5 ml zawierających nerki za pomocą pipetora, uważając, aby nie dotknąć nerek. Natychmiast dodać 1,5 ml roztworu trawiącego Collagenase A/Pancreatin do probówki 5 ml z nerkami przed przejściem do kolejnej próbki. Powtórzyć czynność dla każdej probówki z nerkami.
- Umieścić probówki z trawionymi nerkami w enzymie na nutatorze w podgrzanym do 37° C inkubatorze na 15 minut. Na 2 minuty przed zakończeniem trawienia dodać 3 μl DNase (1 U/ml) do nowej probówki polistyrenowej 5 ml dla każdego prowadzonego trawienia.
- Szybko wyjąć próbki z inkubatora, dodać 75 μl FBS i odwrócić probówki 3 razy w celu wymieszania. Pozostawić na blacie na 2 minuty.
- Przenieść 1,4 ml zawiesiny komórkowej do probówki polistyrenowej 5 ml zawierającej DNase (1 U/ml), pozostawiając pozostałe 0,2 ml zawiesiny komórkowej i nerki. Pozostawione 0,2 ml roztworu będzie zawierać zanieczyszczenia, takie jak macierz zewnątrzkomórkowa.
- Mieszać zawiesinę komórkową z DNase na nutatorze w podgrzanym do 37° C inkubatorze przez 10 minut.
- Szybko wyjąć zawiesiny komórkowe z inkubatora i przenieść każdą z nich do probówki Eppendorf 1,5 ml. Wirować zawiesiny komórkowe w mikrowirówce przy 325 g przez 5 minut.
- Usunąć nadosad z osadu komórkowego i resuspendować osad w 1 ml 5% FBS/HBSS, pipetując w górę i w dół 5-6 razy. Zamknąć każdą probkę przed przejściem do kolejnej próbki.
- Wirować zawiesiny komórkowe w mikrowirówce przy 325 g przez 5 minut.
- Usunąć nadosad i dodać 0,5 ml pożywki Keratinocyte serum free medium (KSFM) z dodatkami do każdej probówki, a następnie zamknąć probówkę przed przejściem do kolejnej próbki. Po dodaniu pożywki do wszystkich probówek, delikatnie resuspendować każdy osad komórkowy, pipetując w górę i w dół 5-6 razy mikropipetą 1 ml. Połączyć wszystkie zawiesiny komórkowe w nowej probówce polistyrenowej 5 ml.
- Przemyć dwie nakrętki z sitkiem komórkowym 40 mikronów, umieszczone na probówce polistyrenowej 5 ml z okrągłym dnem, za pomocą KSFM dla każdej próbki. Przepuścić zawiesiny komórkowe przez pierwszą nakrętkę z sitkiem, przenosząc je mikropipetą 1 ml. Unikać dotykania filtra końcówką pipety. Zebrać przefiltrowany płyn i powtórzyć filtrację przez drugą nakrętkę z sitkiem. Zdjąć nakrętkę z sitkiem i zastąpić ją nową nakrętką z typowej probówki polistyrenowej 5 ml.
- Policzyć komórki za pomocą hemocytometru lub innego urządzenia do liczenia komórek i przenieść je do dołków płytki hodowlanej pokrytej fibronektyną z gęstością 100 000-200 000 komórek na cm2, rozcieńczając w razie potrzeby pożywką KSFM z dodatkami. Zazwyczaj uzyskuje się około 4,5x106 komórek z miotu 10 embrionów.
- Inkubować komórki w inkubatorze z wilgotnym powietrzem w temperaturze 37° C i 5% CO2.
- Pozostawić komórki do regeneracji i przytwierdzenia w pożywce na 2-4 godziny przed stymulacją dodatkowymi odczynnikami. Stymulować komórki badanym związkiem przez okres od 1 do 48 godzin. Oczyścić RNA do analizy PCR za pomocą zestawu Qiagen RNeasy Micro Kit zgodnie z instrukcją producenta lub postępować zgodnie z poniższymi instrukcjami w celu fluorescencyjnego immunobarwienia komórek.
4. Przygotowanie odczynników do fiksacji komórek i immunobarwienia
- Przygotuj 4% PFA: Rozpuść 4% paraformaldehyd w PBS (v/v) w temperaturze 55° C przy regularnym mieszaniu. Przed użyciem schłodź do temperatury pokojowej. Roztwór ten jest toksyczny i należy go utylizować w wyznaczonych pojemnikach na odpady.
- Przygotuj roztwór do permeabilizacji, dodając Triton X-100 do PBS w celu uzyskania stężenia 0,3% (v/v).
- Przygotuj 5% roztwór blokujący w PBS z surowicą pochodzącą od gatunku, u którego wytworzono przeciwciało wtórne. Na przykład, jeśli wykrywasz przeciwciało królicze przeciwko docelowemu antygenowi za pomocą osiołkowego przeciwciała anty-króliczego Alexa Fluor 568, przygotuj roztwór blokujący zawierający 5% surowicy osła. Przechowuj w temperaturze 4° C.
- Przygotuj roztwór przeciwciała pierwszorzędowego, dodając odpowiednie stężenie przeciwciała do 5% roztworu blokującego.
- Przygotuj roztwór przeciwciała wtórnego bezpośrednio przed użyciem. Dodaj przeciwciało sprzężone z fluorophorem w stężeniu zalecanym przez producenta wraz z barwnikiem jądrowym DAPI oraz innymi markerami organelli, takimi jak faloidyna, do 5% roztworu blokującego. W przypadku konieczności przechowywania, trzymaj roztwór w ciemności w temperaturze 4° C do momentu użycia.
- Przygotuj 50% roztwór glicerolu/PBS (v/v) do przechowywania komórek poddanych immunobarwieniu. Alternatywnie można zastosować Vectashield.
5. Fiksacja komórek i immunobarwienie
- Poniższy protokół został opracowany do fiksacji i barwienia NZC w płytce 24-dołkowej. Podane objętości dotyczą pojedynczego dołka. Odczynniki należy delikatnie pipetować na wszystkich etapach, aby uniknąć odklejenia komórek; nie zaleca się wstrząsania płytki podczas etapów inkubacji.
- Delikatnie usunąć medium za pomocą mikropipety 1 ml i dodać 0,5 ml 4% PFA do przytwierdzonych hodowli komórkowych. Inkubować przez 15 minut w temperaturze pokojowej, nie poruszając płytką.
- Usunąć 4% PFA i dodać 0,5 ml roztworu do permeabilizacji na dołek. Inkubować przez 10 minut w temperaturze pokojowej.
- Usunąć roztwór do permeabilizacji i delikatnie przepłukać dwukrotnie, używając 0,5 ml PBS na każde płukanie.
- Dodać 0,5 ml roztworu blokującego i inkubować w temperaturze pokojowej przez 60 minut.
- Usunąć roztwór blokujący i dodać 0,225 ml roztworu przeciwciał pierwszorzędowych.
- Inkubować w temperaturze pokojowej przez 2 godziny lub przez noc w temperaturze 4° C.
- Usunąć roztwór przeciwciał pierwszorzędowych i delikatnie przepłukać dwukrotnie, używając 0,5 ml PBS na każde płukanie.
- Dodać 0,225 ml roztworu przeciwciał wtórnych. Inkubować płytkę w ciemności w temperaturze pokojowej przez 60 minut.
- Usunąć roztwór przeciwciał wtórnych i delikatnie przepłukać dwukrotnie, używając 0,5 ml PBS na każde płukanie.
- Dodać 0,3 ml roztworu 50% glicerolu/PBS (v/v) lub wystarczającą ilość Vectashield, aby pokryć dno dołka.
- Wykonać obrazowanie komórek przy użyciu mikroskopu epifluorescencyjnego lub przechowywać w temperaturze 4° C, owinięte w folię.
6. Reprezentatywne wyniki

Rycina 1. NZCs zostały oczyszczone z embrionów E17.5, wysiane w gęstości 200,000 komórek na cm2 i inkubowane w 37° C przez łącznie 24 godziny. Przed barwieniem immunofluorescencyjnym komórki obrazowano w kontraście fazowym przy użyciu odwróconego mikroskopu Leica DM IRB. (A) Widok w kontraście fazowym (powiększenie 20X) NZCs po 24 godzinach hodowli. (B) Komórki utrwalono i zabarwiono za pomocą królika przeciwciała anty-PAX2 specyficznego dla komórek progenitorowych nefronów (czerwony) oraz wtórnego przeciwciała osioł przeciw-królik koniugowanego z Alexa Fluor 568. Niebieskie jądra komórkowe zostały zabarwione DAPI. (C) Widok w kontraście fazowym (powiększenie 40X) skupiska progenitorów nefronów (w centrum) po 24 godzinach hodowli. (D) Obraz (powiększenie 40X) NZCs wyizolowanych z embrionów LacZ+ szczepu Foxd1LacZ, który wykazuje ekspresję β-galaktozydazy pod kontrolą promotora Foxd1. Foxd1 jest eksprymowany w populacji komórek zrębu w strefie nefrogenezy rozwijającej się nerki. Komórki zabarwiono markerem F-aktyny faloidyną (pierwotny koniugat Oregon green), barwnikiem jądrowym DAPI (niebieski) oraz królika przeciwciałem anty-β-galaktozydaza (wtórne – osioł przeciw-królik Alexa Fluor 568) w celu detekcji komórek zrębu Foxd1+ (czerwony).