Ten protokół opisuje pochodzenie prekursorów o ograniczonym gleju z rdzenia kręgowego płodu i utrzymywanych in vitro zarówno do przeszczepu, jak i do badania linii oligodendrocytów.
Method Article
Ten protokół opisuje pochodzenie prekursorów o ograniczonym gleju z rdzenia kręgowego płodu i utrzymywanych in vitro zarówno do przeszczepu, jak i do badania linii oligodendrocytów.
To jest protokół do pozyskiwania komórek prekursorowych z ograniczeniami glejowymi (GRP) z rdzenia kręgowego płodów myszy E13. Komórki te są wczesnymi prekursorami w linii komórek oligodendrocytarnych. Ostatnio komórki te zostały przebadane jako potencjalne źródło terapii naprawczych w chorobach istoty białej. Leukomalacja okołokomorowa (PVL) jest główną przyczyną niegenetycznej choroby istoty białej w dzieciństwie i dotyka do 50% skrajnych wcześniaków. Dane sugerują zwiększoną podatność rozwijającego się mózgu na niedotlenienie-niedokrwienie, stres oksydacyjny i ekscytotoksyczność, które selektywnie celują w powstającą istotę białą. Prekursory o ograniczonym dostępie glejowym (GRP), komórki progenitorowe oligodendrocytów (OPC) i niedojrzałe oligodendrocyty (preOL) wydają się być kluczowymi graczami w rozwoju PVL i są przedmiotem ciągłych badań. Co więcej, wcześniejsze badania zidentyfikowały podzbiór tkanki OUN, który ma zwiększoną podatność na ekscytotoksyczność glutaminianu, a także wzorzec rozwojowy tej podatności. Nasze laboratorium bada obecnie rolę progenitorów oligodendrocytów w PVL i wykorzystuje komórki na etapie rozwoju GRP. Wykorzystujemy te pochodne komórki GRP w kilku paradygmatach eksperymentalnych, aby przetestować ich reakcję na wybrane naprężenia zgodne z PVL. Komórkami GRP można manipulować in vitro w OPC i preOL do eksperymentów transplantacyjnych z mysimi modelami PVL i modelami in vitro urazów podobnych do PVL, w tym niedotlenienia i niedokrwienia. Dzięki zastosowaniu hodowli komórkowych i badań in vitro zmniejszyłaby się zmienność między eksperymentami, co ułatwiłoby interpretację danych. Hodowla komórek pozwala również na wzbogacenie populacji GRP przy jednoczesnym zminimalizowaniu wpływu zanieczyszczających komórek o fenotypie innym niż GRP.
Wprowadzenie
W tym protokole pokazujemy, jak wyodrębnić, wybrać i umieścić komórki prekursorowe z ograniczeniami glejowymi (GRP) z rdzenia kręgowego płodów myszy E13. Komórki te są wczesnymi prekursorami w liniach komórek oligodendrocytarnych i astrocytarnych i są definiowane przez ich ekspresję A2B5. W pożywce GRP uzupełnionej FGF-2 GRP A2B5 + zaczną wyrażać wczesne markery linii oligodendrocytarnej PDGFαR i NG21,2. Te komórki linii oligodendrocytów przechodzą przez szereg odrębnych etapów fenotypowych, z których każdy charakteryzuje się zmianami morfologicznymi, a także ekspresją markerów do określonych etapów rozwoju.
Te komórki prekursorowe są obecnie badane jako potencjalne źródło dla metod terapeutycznych opartych na komórkach w zaburzeniach istoty białej ośrodkowego układu nerwowego, w tym stwardnieniu rozsianym, leukodystrofii i leukomalacji okołokomorowej (PVL)3,4,5,6. Badania z wykorzystaniem prekursorów linii oligodendrocytów pochodzących z ludzkiego mózgu wykazały udaną remielinizację w mózgach modelu dysmielinizacji myszy z dreszczami, a także w zdemielinizowanych modelach gryzoni rdzenia kręgowego6,7,8,9. Te glejowe komórki prekursorowe były również wykorzystywane w badaniach innych modeli chorób istoty białej, takich jak uraz rdzenia kręgowego i stwardnienie zanikowe boczne10,11,12,13.
Nasze laboratorium opracowało wczesny model mysi niedotlenienia i niedokrwienia po urodzeniu, za pomocą którego oceniamy skuteczność tych komórek GRP pochodzących z rdzenia kręgowego jako podejścia regeneracyjnego w PVL, głównej przyczynie porażenia mózgowego14,15,16. Istnieje również model OPC pochodzący z mózgu gryzoni, który jest szeroko stosowany do badania uszkodzeń istoty białej, ponieważ komórki GRP mają tendencję do różnicowania się w szlak astrocytarny17. Fenotyp OPC wkroczył już do szlaku linii oligodendrocytów, co wydaje się zjawiskiem nieodwracalnym. Jesteśmy jednak zainteresowani oceną odpowiedzi szerszego spektrum progenitorów oligodendrocytów, w tym GRP, a być może nawet NEP-ów pochodzących z E10.5. Z tego powodu do naszej pracy przyjęliśmy model GRP pochodzący z rdzenia kręgowego.
Oprócz wykorzystania GRP do wymiany komórek, pochodzenie tych komórek z dzikich i transgenicznych modeli gryzoni chorób istoty białej pozwala na dalsze badania nad różnicowaniem gleju w warunkach normalnych i chorobowych w warunkach in vitro. Poprzednie publikacje pokazują dowody na selektywną podatność komórek prekursorowych linii oligodendrocytarnej na różne zewnętrzne czynniki stresogenne, takie jak ekscytotoksyczność glutaminianu zależna od dojrzewania, stres oksydacyjny i wybrane czynniki związane z zapaleniem nerwów18,19. Nasze badania koncentrowały się na zrozumieniu mechanizmów komórkowych i molekularnych stojących za rozwojem tych urazów istoty białej, ocenie podatności komórek w spektrum linii oligodendrocytów na obrazę, a także analizie przypuszczalnych podejść terapeutycznych.
Materiały
Wszystkie procedury dotyczące zwierząt są zgodne z polityką PHS i JHU IACUC. Wszystkie zabiegi powinny być wykonywane w okapie z przepływem laminarnym w celu utrzymania warunków aseptycznych. Zazwyczaj sekcje wykonuje się w okapie z przepływem poziomym, a prace in vitro w okapie z przepływem pionowym. Wszystkie podłoża używane na zimno podczas sekcji. Myszy użyte w naszym badaniu to dziki szczep CD-1 i transgeniczny GFP na tle C57 / BL6. Jedna matka myszy CD-1 zazwyczaj daje 10+ płodów, które wystarczają do wysiewu 1-2 kolb T25. Zazwyczaj dwie matki są poświęcane na raz, a płodowe rdzenie kręgowe są łączone i platerowane w 1 kolbie T25 na matkę. Po pobraniu komórek można je namnażać i charakteryzować in vitro do kolejnych badań.
1. Przygotowanie pożywek i kolb
2. Instrumenty i inne materiały
3. Określanie ciąży w czasie
Ciężarne matki myszy są zamawiane z komercyjnych źródeł, określając poród w embrionalnym dniu E12 lub E13 rozwoju płodu lub ciążę ustaloną wewnętrznie. Krótko mówiąc, późnym popołudniem dwie samice umieszcza się razem z jednym samcem i pozostawia razem na noc. Następnego dnia samice są obserwowane pod kątem obecności czopu śluzowego znajdującego się w pochwie. Czop śluzowy jest jedynie wskazówką, że doszło do krycia, więc zwierzęta są następnie ważone codziennie, aby monitorować tempo wzrostu masy ciała. Dzień, w którym obserwuje się czop śluzowy, określa się jako dzień pierwszy zarodka (E1).
4. Pochodzenie tkanki
5. Ustanowienie kultury
6. Immunopanning populacji GRP
7. Zamrażanie i przechowywanie komórek pochodnych
8. Reprezentatywne wyniki
CO2 nie jest używany do znieczulania zwierzęcia ze względu na możliwy wpływ na żywotność płodów i ostatecznie na pobrane komórki. Co więcej, bardzo trudno będzie całkowicie usunąć opony mózgowe z rdzenia kręgowego podczas procedury derywacji, ale połączenie pożywki GRP i immunopanningu wyeliminuje te szybko rosnące komórki. Podobnie, cały rdzeń kręgowy jest pobierany pomimo większej koncentracji brzusznej populacji GRP ze względu na jej pochodzenie z brzusznego rdzenia kręgowego i migrację grzbietową20. Jednak pożywka GRP selekcjonuje fenotyp GRP, a populacja ta jest maksymalizowana przez immunopanning A2B5. Po posieciu tkanek rdzenia kręgowego kultury in vitro inkubuje się przez dwa pasaże lub około tygodnia. Po 2 dniach w hodowli w kolbach do hodowli tkankowej można zaobserwować komórki o różnej morfologii, co wskazuje na niejednorodność populacji, ale pożywka GRP dokonuje selekcji pod kątem fenotypu GRP. Komórki te są kombinacją A2B5 + GRP, E-NCAM + prekursorów ograniczonych neuronów (NRP) i komórek neuronabłonkowych nestin+, A2B5 - i prawdopodobnie komórek opon mózgowych fibronektyny +. Ponadto mogą być obecne bardziej dojrzałe fenotypy wykazujące ekspresję markerów, w tym podwójnej kortyny i Tuj1 dla linii neuronalnej, GFAP dla astrocytów oraz PDGFaR i GalC dla linii oligo. Aby zmaksymalizować populację wysoce wzbogaconą w GRP z początkowej puli heterogenicznej (Figura 1A), komórki można poddać podwójnej immunogenizacji w celu wyselekcjonowania i wyeliminowania komórek E-NCAM+, a następnie selekcji do populacji GRP A2B5 +, gdy gęstość komórek wzrośnie do około 85-90% zbiegu w T75 Kolby. Te komórki GRP zachowują swoją zdolność do stawania się astrocytami, mimo że znajdują się w pożywce, która selekcjonuje fenotyp oligodendrocytów, więc późniejsza immunopanacja A2B5 może być konieczna do utrzymania wysoce wzbogaconej populacji GRP. Immunopanning zazwyczaj daje do 95% komórek A2B5+, ale w celu uzyskania jeszcze większej wydajności można zastosować sprzężone kulki magnetyczne A2B5 (Miltenyi Biotec Inc.), aby zapewnić wydajność do 97%. Czujność w utrzymaniu kultur GRP, takich jak regularne zmiany pożywki, zminimalizuje proliferację typów komórek innych niż GRP. Nawet przy braku BMP-4 astrocyty mogą być nadal znalezione, a zubożone pożywki, w szczególności, wydają się indukować różnicowanie do fenotypu astrocytowego. Chociaż suplement witaminy B27 zawiera hormon trójjodotyroninowy (T3), nie zaobserwowano tendencji do różnicowania się w oligodendrocyty w populacji GRP, zjawisko to występuje tylko wtedy, gdy do pożywki dodaje się wyższe poziomy T3. Jednak suplement B27 wolny od T3 można zastąpić, jeśli istnieje obawa o zanieczyszczenie dojrzałymi oligodendrocytami (ryc. 1B). Te komórki GRP można łatwo zidentyfikować na podstawie morfologii małej somy z 2 lub 3 krótkimi procesami, ale w celu wykrycia innych typów komórek, które mogą być obecne, można przeprowadzić immunocytochemię dla wcześniej nazwanych wspólnych markerów rozwojowych i specyficznych dla typu komórki. Zwykle będzie istniała niewielka trwała populacja komórek A2B5, które są neuronabłonkowe (NEP) i mogą stać się GRP lub NRP. Na szczęście im dłużej komórki są utrzymywane w pożywce GRP, tym większe prawdopodobieństwo, że pożywka dokona selekcji dla fenotypu GRP.

Rysunek 1. a) Platerowane komórki rdzenia kręgowego o niejednorodnej morfologii obserwuje się po 2 dniach w hodowli. b) Immunopanacja maksymalizuje populację wysoce wzbogaconą w GRP z wyjściowej puli heterogenicznej.
Zaburzenia istoty białej ośrodkowego układu nerwowego obejmują dużą liczbę etiologii, w tym przyczyny genetyczne, zapalne, niedokrwienne i toksyczne19,21,22,23,24. Podczas gdy stwardnienie rozsiane i waskulopatie są główną przyczyną choroby istoty białej u dorosłych, leukomalacja okołokomorowa związana z wcześniactwem jest najczęstszą przyczyną uszkodzenia istoty białej w populacji dziecięcej. W celu dokładniejszego nakreślenia mechanizmów chorobowych konieczne są dalsze badania komórek linii ofoligodendrocytarnej, na które duży wpływ ma uraza okołoporodowa. GRP wyizolowano z embrionalnego rdzenia kręgowego gryzonia i wykazano, że mają one charakter tripotencjalny, dając początek oligodendrocytom i dwóm odrębnym populacjom astrocytów, ale nie różnicują się w neurony2,25,26. Wykazano również, że komórki prekursorowe oligodendrocytów (OPC) pochodzące z nerwu wzrokowego szczura i późnoembrionalnego lub wczesnego postnatalnego mózgu szczura dojrzewają do funkcjonalnych oligodendrocytów w odpowiednich warunkach pożywki27,28. Dodatkowo, ludzkie OPC pochodzące od płodu lub osoby dorosłej zostały następnie zmanipulowane w celu uzyskania bardziej dojrzałych fenotypów oligodendrocytów29,30.
Komórki GRP wyizolowano zarówno z rdzenia kręgowego szczurów E13.5, jak i E12-13.5 u myszy. U szczurów odnotowano różnice między komórkami GRP pochodzącymi z grzbietu i brzuszu w ich odpowiedzi na warunki, które sprzyjają wytwarzaniu oligodendrocytów lub astrocytów z GRP pochodzącymi z brzusznej, wykazujących większą skłonność do różnicowania się w bardziej dojrzałe fenotypy25,26,28. Może to być spowodowane migracją brzuszną do grzbietowej powstających komórek GRP, które mogą być mniej podatne na sygnały różnicowania. Immunopaning pozwala na wyizolowanie i zebranie subpopulacji, która wyraża A2B5 w celu utrzymania w hodowli.
Nasze mysie hodowle GRP pochodzą z całkowitej tkanki rdzenia kręgowego, która daje niejednorodną, zbiorczą populację komórek, z których komórki GRP są wybierane za pomocą technik chemicznych (pożywki) i opartych na przeciwciałach. Podczas gdy w naszych badaniach wykorzystano mysie komórki GRP pochodzące z rdzenia kręgowego, ostatnio doniesiono o pochodzeniu komórek progenitorowych oligodendrocytów myszy pochodzących z mózgu, które są również zdolne do rozwoju w dojrzałe oligodendrocyty31. Tutaj uzyskane komórki są początkowo hodowane jako oligosfery, które przy użyciu odpowiedniej pożywki hodowlanej są manipulowane w celu wzbogacenia populacji PDGFαR+, OPC31. Nasze badania koncentrowały się na wpływie naszego modelu uszkodzenia niedotlenieniowo-niedokrwiennego na komórki w spektrum linii oligodendrocytów od prekursorów A2B5+, PDGFαR-GRP do dojrzałych oligodendrocytów eksprymujących podstawowe białko mieliny (MBP+). Rzeczywiście, nasza charakterystyka in vitro wykazała, że te niedojrzałe komórki GRP dojrzewają do komórek wyrażających MBP w monokulturach lub w kokulturach z neuronami korowymi. Komórkami tymi można manipulować w hodowli w celu uzyskania specyficznych szlaków różnicowania w celu badania mechanizmów związanych z okołoporodowym uszkodzeniem istoty białej. Istnieje kilka mysich modeli chorób istoty białej obejmujących komórki linii oligodendrocytów, a dostępność tej populacji pozwala na dokładne zbadanie mechanizmów powodujących uszkodzenia, a także na zbadanie przydatności możliwych opcji terapii komórkowej.
Badanie to zostało sfinansowane przez National Institute of Health [NICHD P30HD024061 (A.W.P.), NINDS K08NS063956 (A.F.) i R01NS028208 (M.V.J.)] oraz Child Neurology Foundation. Wyłączną odpowiedzialność za treść tego raportu ponoszą autorzy i niekoniecznie reprezentują one oficjalne poglądy Narodowego Instytutu Zdrowia (National Institute of Health, DHHS). Autorzy nie mają żadnych konfliktów interesów istotnych dla tego badania.
Chcielibyśmy podziękować Dr. Devinowi Gary'emu za jego spostrzeżenia i opinie na temat wykorzystania komórek GRP.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| DMEM/ F12 1:1 | Invitrogen | 11320033 | |
| B27 | Invitrogen | 17504044 | |
| N2 | Invitrogen | 17502048 | |
| rH-FGF-basic | Invitrogen | PHG0026 | |
| Trypsyna (0,05%) EDTA | Quality Biological, Inc. | 118-087-721 | |
| POLI-L-LIZYNA HBr | Sigma-Aldrich | P1274-25MG | |
| Laminin | Sigma-Aldrich | L2020-1MG | |
| Dnaza 1 | Sigma-Aldrich | DN25 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission