$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Dzień 1: Izolacja cewekt neuralnych tułowia do hodowli nocnej na szkiełkach nakrywkowych
- Inkubować jaja kurze przez 56 h w temperaturze 38°C° C. Wyjąć jaja z inkubatora, delikatnie spryskać je 70% etanolem, a następnie pozostawić do wyschnięcia. Rozbić jaja do szklanej tacy wysterylizowanej promieniami UV.
- Wyjmij każdy embrion z żółtka i umieść w roztworze Ringera dla kurcząt. W tym celu najpierw wytnij obszar wokół wysp krwi za pomocą zakrzywionych nożyczek, a następnie, używając pęsety tępiej, chwyć embrion za błonę pozazarodkową i przenieś go do sterylnej plastikowej płytki Petri zawierającej roztwór Ringera dla kurcząt.′roztwór.
- Wyizoluj tułów każdego zarodka, odcinając nadmiar błon pozazarodkowych oraz poziomy osiowe czaszkowe, błędne i krzyżowe za pomocą igły wolframowej (Rys. 1). Najpierw wybierz około 9 zarodków znajdujących się w stadiach HH15-17. 11W stadiach od HH15 wzwyż osie przedmózgowia i rąb mózgu tworzą kąt ostry, przez co głowa wydaje się być pochylona ku dołowi. W stadium HH17 obecny jest pączek ogonowy, który jest nachylony brzusznie, lecz nie zawiera jeszcze somytów. Za pomocą igły wolframowej przytnij błony pozazarodkowe do odległości około 2 mm od zarodka i odetnij wszelkie tkanki zarodkowe znajdujące się przed 10. somytem. Usuń również wszystkie tylne tkanki zarodkowe, zaczynając od okolic piątego z najnowszych somytów.
- Umieścić wyizolowane tułowie embrionów w dyspazie (0,24 U/ml DMEM) i inkubować przez 1 h 15 min w temperaturze 37°C.° C i 5% CO22Gdy pnie zostaną poddane inkubacji, należy rozpocząć przygotowywanie 6 szkiełek podstawkowych (CS) do hodowli eksplantów NT (kroki 1.5-1.8).
- Opłucz 6 szkiełek podstawowych (CS) w 70% etanolu (rozcieńczonego w sterylnej, ultraczystej wodzie), a następnie pozostaw je do wyschnięcia. Za pomocą markera laboratoryjnego narysuj na środku każdego szkiełka okrąg o średnicy około 1 cm (okrąg ten pomoże później zidentyfikować miejsce nałożenia powłoki z fibronektyny). Na tej samej stronie każdego szkiełka, poza narysowanym okręgiem, napisz słowo „be” (lub inny asymetryczny wyraz bądź kształt), co pozwoli określić, czy zaznaczona strona szkiełka jest skierowana do góry, czy do dołu.
- Każdy plasterek CS należy umieścić w oddzielnej sterylnej szalce o wymiarach 40 x 10 mm, stroną z oznaczeniem skierowaną do dołu, a następnie pozostawić otwartą szalkę pod lampą UV o działaniu bakteriobójczym na 10 min.
- Nanieść 60 μfibronektyna (FN; 10 μ(g/ml DMEM) na nieoznakowaną powierzchnię CS, upewniając się, że cały obszar w obrębie koła o średnicy 1 cm został pokryty. Płytki należy inkubować w temperaturze 37° inkubować przez 30 min, a następnie ostrożnie odessać fibronektynę z każdej studni CS.
- Dodaj 250 μpożywkę hodowlaną [DMEM z L-glutaminą (2 mM), penicyliną (100 U/ml), streptomycyną (100 mcg/ml) i 8% płatkową surowicą bydlęcą (FBS)] na obszar CS pokryty fibronektyną (FN). Płytki zawierające poszczególne CS należy umieścić w temperaturze 37° C i 5% CO₂2 ponownie, aż do momentu wyizolowania NT.
- Przenieś wszystkie inkubowane tułowie embrionów do jednej szklanej szalki Petriego o średnicy 5 cm zawierającej podłoże L15 i przystąp do wycinania każdej rurki nerwowej (NT), używając precyzyjnej pęsety oraz igły wolframowej (Rys. 1). Ostrożnie nacinaj wzdłuż granicy rurki nerwowej i somytów ostrą igłą wolframową, uważając, aby nie uszkodzić rurki nerwowej. Często łatwiej jest rozpocząć izolowanie każdej rurki nerwowej od najbardziej guzicznego końca tułowia.
- Wybierz 6 najprostszych i najdłuższych rurek neuralnych (NT) do hodowli nocnej (zaleca się wybór NT o długości około 8 do 15 somitów). Używając końcówki mikropipety przygotowanej za pomocą hodowla pożywką, przenieś każdy z 6 NT do osobnego, wcześniej przygotowanego CS (zgodnie z krokami od 1.5 do 1.8). Upewnij się, że NT nie unosi się na powierzchni. Jeśli NT pływa, za pomocą mikropipety zakraplaj na niego pożywkę, aż zatonie.
- Umieścić każdą płytkę w temperaturze 37°C° C i 5% CO₂2 przez noc. Należy upewnić się, że każdy NT znajduje się w obszarze pokrytym FN na odpowiednim CS bezpośrednio przed umieszczeniem szalki w inkubatorze (korzystając z okręgu narysowanego w kroku 1.5 jako punktu odniesienia). W razie potrzeby można użyć mikropipety, aby dokładniej skorygować położenie każdego NT.
- Należy nalać co najmniej 2 ml hodowla pożywkę (bez surowicy) do sterylnej probówki wirnikowej o pojemności 15 ml i inkubować przez noc w temperaturze 37° C i 5% CO22Pozostaw korek lekko odkręcony, aby pH medium mogło ustabilizować się przez noc. Preinkubacja medium jest istotna, ponieważ pomaga zapobiec powstawaniu pęcherzyków powietrza w komorze, co mogłoby zaburzyć ustanowienie gradientu molekularnego. Takie „preinkubowane” medium należy stosować we wszystkich kolejnych etapach. W czasie, gdy medium nie jest używane, powinno być inkubowane w temperaturze 37°C.° C.
2. Dzień 2: Wypełnianie zmodyfikowanej komory Zigmonda i analiza migracji komórek w trybie time-lapse
- Z 6 hodowli NT wybierz 3 kultury najlepiej nadające się do analizy. Zazwyczaj należy wybierać kultury NCC, które mają przynajmniej jedną długą, prostą krawędź (Rys. 2A). Te 3 najlepsze kultury zostaną wykorzystane do załadowania i filmowania 3 zmodyfikowanych komór Zigmonda w ciągu dnia, z których każda zostanie poddana innej obróbce. Z 3 kultur wybierz jedną do załadowania do pierwszej komory, a pozostałe zwróć do inkubatora do późniejszego użycia.
- Za pomocą patyczka bawełnianego nałóż cienką, równomierną warstwę wazeliny wokół zbiorników i mostka jednej zmodyfikowanej komory Zigmonda.
- Za pomocą igły wolframowej delikatnie usuń NT z CS, pozostawiając otaczające NCC przytwierdzone do powierzchni CS. Oznacz płytkę pisakiem, aby zapamiętać orientację najprostszej krawędzi kultury NCC.
- Nanieś kilka kropel preinkubowanego medium na mostek. Podnieś CS za pomocą precyzyjnych pęsety, osusz krawędź CS o ręcznik Kimwipe, aby usunąć większość starego medium hodowlanego, a następnie natychmiast umieść CS na zmodyfikowanej komorze Zigmonda tak, aby prosta krawędź kultury przeznaczonej do filmowania była wyśrodkowana nad długością mostka i znajdowała się mniej więcej prostopadle do granicy mostka i zbiornika (Rys. 2A,B).
- Używając mikroskopu odwróconego, przesuń prostą granicę NCC tak, aby znajdowała się po stronie mostka najbliższej zbiornika, który będzie zawierał domniemany chemotaktykant (Rys. 2B; w przypadku kontroli będzie to zbiornik ładowany jako drugi). Następnie precyzyjniej ustaw prostą krawędź kultury prostopadle do granicy mostka i zbiornika.
- Ostrożnie, ale pewnie dociśnij CS do wazeliny znajdującej się na komorze Zigmonda, upewniając się, że jest ona całkowicie uszczelniona na komorze, a następnie nanieś dodatkową wazelinę wzdłuż krawędzi CS, aby zapewnić całkowitą szczelność. Ponownie precyzyjnie skoryguj kąt granicy NCC, aby zniwelować wszelkie przesunięcia podczas procesu uszczelniania.
- Najpierw napełnij zbiornik, który nie będzie zawierał domniemanego chemotaktykanta (Rys. 2B). W tym celu napełnij strzykawkę 1 ml (z dołączoną igłą 25 G x 1,5 cala) około 300 μl preinkubowanego medium i wstrzyknij medium do zbiornika aż do pełna (uważając, aby nie wytworzyć pęcherzyków powietrza w zbiorniku). Przed napełnieniem następnego zbiornika szczelnie zamknij oba boki zbiornika odpowiednią ilością wazeliny.
- Powtórz krok 2.7, ale tym razem użyj preinkubowanego medium zawierającego kandydujący chemotaktykant. Przy tworzeniu gradientu molekularnego w poprzek kultury kluczowe jest, aby zbiornik zawierający testowaną cząsteczkę zawsze napełniać po napełnieniu zbiornika pozbawionego testowanej cząsteczki.
- Umieść napełnioną komorę Zigmonda w temperaturze 37° C w celu inkubacji przez 1 h przed filmowaniem. Wykonuj obrazy najprostszej granicy kultury NCC przez 3 h w odstępach 90 s podczas inkubacji w temperaturze około 37° C (Rys. 2A,B). Przed stworzeniem filmu upewnij się, że kamera jest ustawiona tak, aby krawędzie obrazów były wyrównane i stykały się z krawędzią mostka graniczącą z ostatnio napełnionym zbiornikiem (Rys. 2B, górny panel; przerywana ramka przedstawia idealną pozycję do obrazowania). Ułatwi to późniejszą analizę programową poprzez standaryzację kierunkowości zastosowanego gradientu molekularnego oraz odległości od filmowanego zbiornika w każdym wyprodukowanym filmie.
- W przypadku kontroli powtórz kroki 2.2-2.9 dla każda z dwóch pozostałych wybranych kultur NCC (w kroku 2.1), ale napełnij każdy zbiornik odpowiednim medium. Dla jednego rodzaju kontroli napełnij oba zbiorniki preinkubowanym medium niewsierającym testowanej cząsteczki. Dla drugiej kontroli przygotuj mostek, nanieksiąc kilka kropel preinkubowanego medium zawierającego domniemany chemotaktykant przed zamontowaniem CS. Następnie napełnij oba zbiorniki tym samym medium zawierającym domniemany chemotaktykant.
- Użyj wtyczek ImageJ (NIH) Manual Tracking (rsb.info.nih.gov/ij/plugins/track/track.html) oraz Chemotaxis and Migration Tool v1.01 (www.ibidi.de/applications/ap_chemo.html), aby śledzić migrację obwodowych NCC wzdłuż prostej granicy właśnie obrazowanej kultury i analizować różne parametry uzyskanych trajektorii migracyjnych (Rys. 2B-C).
3. Reprezentatywne wyniki:
Przedstawiono przykład trajektorii komórek z filmu, w którym wiele komórek NCC pnia reagowało na kandydujący chemoatraktant z zastosowaniem powyższej techniki (Rys. 2D). Większość komórek w tym przykładzie dodatniej odpowiedzi wykazała wypadkowy ruch w górę gradientu chemoatraktanta (zaznaczony na czerwono). Dane z trajektorii mogą być również wykorzystane do analizy innych właściwości migracji komórek.
W celu wizualnej oceny przyłożonego gradientu w zmodyfikowanej komorze Zigmonda, do drugiego zbiornika komory wprowadzono koniugat Alexa Fluor 488 IgM (MW ~ 900 kDa) (stężenie około 40 μg/ml H2O). Gradient został ustanowiony w ciągu 1 h i był nadal częściowo obecny po 26 h, jednak znacznie zmalał po 50 h (Ryc. 3). Jeśli testowana cząsteczka jest mniejsza, przyłożony gradient będzie ulegał szybszej degradacji niż pokazano na przykładzie.

Rycina 1. Eksplantacja rurek neuralnych (NT) na poziomie tułowia w celu nocnej hodowli na szkiełkach podstawkowych pokrytych fibronektyną. Ponieważ komórki grzebienia neuronalnego (NCC) tułowia oddzielają się od grzbietowej części NT zlokalizowanej sąsiadująco z somytami 8-28, ten segment NT jest izolowany poprzez mikrodysekcję i hodowany przez noc na pokrytym fibronektyną szkiełku podstawkowym (CS), aby umożliwić emigrację NCC z eksplantu NT. Izolowane NT o długości od 8 do 15 somytów i stosunkowo prostym przebiegu są najlepiej odpowiednie do nocnej hodowli, ponieważ mają tendencję do generowania kultur NCC o dłuższych, prostych krawędziach. Obszary rurki neuralnej, z których pochodzą inne poziomy osiowe grzebienia neuronalnego, przedstawiono mniejszą czcionką. s, somyt.

Rysunek 2. Metoda oceny migracji wyeksplantowanych NCC pnia przy użyciu zmodyfikowanej komory Zigmonda. (A) Wydłużone kultury NCC pnia są przygotowywane poprzez nocną hodowlę NT, a następnie do eksperymentów wybierane są kultury NCC z przynajmniej jedną długą, prostą krawędzią. Najdłuższa prosta krawędź wybranej kultury jest następnie ustawiana prostopadle do krawędzi mostka-zbiornika, a zatem równolegle do wektora przyszłego przyłożonego gradientu. (B) Po precyzyjnym dostrojeniu położenia kultury NCC w komorze Zigmonda i uszczelnieniu szkiełka nakrywki z komorą, komora zostaje napełniona. Podczas testowania chemotaksji w pierwszej kolejności napełniany i uszczelniany jest zbiornik, który nie będzie zawierał podejrzewanego chemotaktyku (-). Następnie drugi zbiornik jest napełniany podejrzewanym chemotaktykiem (+) i uszczelniany. Obwodowe NCC wzdłuż wcześniej wybranej krawędzi mogą być następnie obrazowane i śledzone przy użyciu wtyczki Manual Tracking dla programu ImageJ (dolny panel). (C) Na podstawie danych z monitorowania można ocenić liczne cechy migracyjne w odpowiedzi na przyłożony gradient. Na przykład wskaźnik chemotaksji można wyprowadzić, dzieląc przemieszczenie komórki wzdłuż osi x przez całkowity dystans, jaki przebyła. (D) Przykład odpowiedzi atrakcyjnej przedstawiono na wykresie trajektorii komórek wygenerowanym początkowo przez wtyczkę Chemotaxis and Migration Tool dla programu ImageJ. Punkt początkowy każdej trajektorii jest ustawiony w punkcie (0,0). Zauważmy, że znacznie więcej komórek migruje w kierunku źródła chemoatraktanta. Środek masy wszystkich komórek w ich końcowej pozycji (niebieski krzyżyk; wszystkie komórki o równej wadze) znajduje się również bliżej źródła chemoatraktanta. NCC, komórki grzebienia neuronalnego; czerwone ścieżki, komórki, które migrowały w stronę zbiornika z podejrzewanym chemoatraktantem; czarne ścieżki, komórki, które migrowały w przeciwnym kierunku; (+), wyższe stężenie chemotaktyku; (-), niższe stężenie chemotaktyku.

Rysunek 3. Profilem intensywności w poprzek mostka zmodyfikowanej komory Zigmonda w różnych odstępach czasu po dodaniu koniugatu Alexa Fluor 488 IgM. Komorę załadowano w sposób analogiczny do opisanego w protokole, z głównymi wyjątkami polegającymi na tym, że do rozcieńczenia przeciwciał do 40 μg/ml użyto wody wstępnie inkubowanej (zamiast wstępnie inkubowanego medium), a na końcach mostka (z dala od przekroju, z którego pobrano powyższe profile intensywności) znajdowały się małe pęcherzyki powietrza. Początkowo w większości mostka nie występował gradient. Po 1 h gradient został utworzony i utrzymywał się aż do 26 h. Po 50 h obecność gradientu była niespójna w różnych obszarach mostka, a gdy występował, jego nachylenie było znacznie mniejsze. Wszystkie profile zostały wygenerowane z identycznego przekroju poprzecznego mostka (od jednej krawędzi mostek-rezerwuar do drugiej) przy użyciu oprogramowania AxioVision 4.6. Należy zauważyć, że mimo obecności pęcherzyków powietrza gradient nie został zakłócony. High, wysoka intensywność; Low, niska intensywność; oś x, odległość w poprzek całej szerokości mostka (2 mm); (+), rezerwuar załadowany koniugatem Alexa Fluor 488 IgM; (-), rezerwuar nie załadowany koniugatem.

Rysunek 4. Specyfikacje zmodyfikowanej komory Zigmonda. Przedstawiono schemat zmodyfikowanej komory Zigmonda użytej w tej pracy wraz z jej wymiarami (±0,2 mm). Wymiary mogą być w umiarkowanym stopniu dostosowane do indywidualnych preferencji.
Protokół uzupełniający: Wykonanie zmodyfikowanej komory Zigmonda
W odniesieniu do poniższego protokołu należy posiłkować się Rysunkiem 4:
- Należy zakupić arkusz polerowanego akrylu o grubości 3/16″ (rzeczywista grubość 4,45 mm).
- Za pomocą piły stołowej należy wyciąć nadwymiarowe klocki komory o wymiarach przybliżonych do 33,25 mm x 64,57 mm. Pozwala to na zachowanie 3,175 mm nadmiaru materiału do obróbki.
- Klocka komory należy zamocować w imadle. Przy użyciu frezarki i frezu palca o średnicy 6,35 mm (1/4″) należy wyfrezować boki komory do ich dokładnych wymiarów: 30,07 mm x 61,39 mm.
- Należy ustawić klocka komory na frezarce i zlokalizować środek klocka wzdłuż osi x i y za pomocą poszukiwacza krawędzi, a następnie wyzerować położenie środka.
- Należy wyznaczyć wysokość komory (oś z), przykładając frez palca do górnej powierzchni, a następnie wyzerować wysokość.
- Przy użyciu frezu palca o średnicy 3,91 mm (0,154″) należy przesunąć frez o 3,03 mm wzdłuż osi x (kierunek dodatni) dla pierwszego zbiornika. Należy rozpocząć frezowanie wewnątrz komory na głębokość 2,84 mm, poruszając się wzdłuż osi y (kierunek dodatni) do 7,62 mm (0,300″), a następnie przesunąć się o 7,62 mm (0,300″) w przeciwnym (ujemnym) kierunku, aż do uzyskania całkowitej długości zbiornika wynoszącej 15,24 mm (0,600″). Następnie należy przesunąć frez o 3,03 mm (0,119″) wzdłuż osi x (kierunek ujemny) i powtórzyć ten proces dla drugiego zbiornika.
- Należy ustawić komorę na krawędzi i wywiercić otwór wiertłem o średnicy 1,09 mm (0,043 in.) na końcu każdego zbiornika (łącznie 4 otwory), co połączy koniec zbiornika z bokiem komory w celu ładowania medium podczas eksperymentu.
- Komorę należy dokładnie namoczyć w ciepłej wodzie z mydłem, aby usunąć wszelkie zanieczyszczenia chemiczne.
- Komorę należy dokładnie namoczyć i wypłukać w wodzie dwukrotnie destylowanej, aby usunąć mydło. Komory są teraz gotowe do użycia zgodnie z powyższym opisem.