Kultury dysocjowanych neuronów z zwojów korzeni grzbietowych (DRG) stanowią odpowiedni model in vitro do badania regeneracji nerwów. Jednakże nieprzetworzone podłoża nie zapewniają właściwego środowiska do przylegania neuronów DRG i wydłużania neurytów. ASC o fenotypie podobnym do komórek Schwanna (SC-like ASC) są zdolne do produkcji czynników wzrostu i chemokin19, które po uwolnieniu do pożywki hodowlanej mogą poprawić zdolność neuronów DRG do wypuszczania neurytów. Obecność SC-like ASC w systemie hodowlanym może zatem odgrywać istotną rolę w regulacji funkcji DRG.
Niniejszy protokół (Rycina 1) przedstawia procedurę bezpośredniej kokultury ASC o fenotypie podobnym do komórek Schwanna (SC-like ASC) i neuronów z zwojów korzeni grzbietowych (DRG), podczas której komórki neuronalne wchodzą w bezpośredni kontakt z wcześniej wysianymi SC-like ASC. Główną trudnością związaną z tą procedurą jest wysoka zmienność liczby neuronów DRG pozyskiwanych od różnych zwierząt. Z tego powodu wyniki mogą być czasem trudne do porównania, dlatego podczas procedury wysiewu należy zwrócić szczególną uwagę na to, aby w każdym eksperymencie uzyskać porównywalną gęstość komórek. Protokół został zoptymalizowany w celu zminimalizowania liczby komórek satelitarnych pozostających po dysocjacji neuronów DRG przy użyciu gradientu BSA (krok 3.11). Dodatkowo, do pożywki BS można dodać cytarabinę (ARA-C), aby dodatkowo zredukować populację komórek satelitarnych, zgodnie z opisem Kinghama et al.11. Jednakże czas trwania tej obróbki musi być starannie zrównoważony z żywotnością neuronów DRG i SC-like ASC, która również jest wpływana przez obecność suplementu ARA-C w pożywce hodowlanej. W związku z tym bardzo trudno jest uzyskać system całkowicie wolny od komórek satelitarnych.
Rycina 2 przedstawia znaczenie ASC o fenotypie przypominającym komórki Schwanna (SC-like ASC) dla wypustkowania neurytów neuronów DRG w modelu kokultury z wykorzystaniem niezmodyfikowanych i zmodyfikowanych chemicznie folii z polikaprolaktonu (PCL) jako podłoży. Neurony DRG hodowano przez 3 dni w obecności lub przy braku SC-like ASC, stosując mieszany roztwór zawierający 50% medium BS i 50% medium do różnicowania komórek macierzystych, zgodnie z opisem w kroku 4.5. Po tym okresie komórki utrwalono w 4% paraformaldehydzie i barwiono przeciwciałami przeciwko β-tubulinie III (neurony DRG) oraz S100 (SC-like ASC), aby zbadać morfologię komórek oraz zdolność neuronów DRG do tworzenia wypustek neurytowych. Na niezmodyfikowanych powierzchniach w przypadku braku SC-like ASC nie zaobserwowano neurytów (Rycina 2A), podczas gdy w systemie kokultury wyraźnie poprawiono tworzenie neurytów (Rycina 2C). Średnia liczba neurytów na ciało komórkowe znacząco wzrosła z 0 do 3 w obecności komórek macierzystych. Potwierdzenie tych wyników uzyskano również w analizie z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), przedstawionej na Rycynie 3. W szczególności obrazy SEM pokazują, że zdolność neuronów DRG do wypustkowania neurytów występuje preferencyjnie w połączeniu z SC-like ASC, co wskazują żółte strzałki na Rycynie 3C.
Należy zaznaczyć, że stosowanie podłoży zmodyfikowanych lamininą (w tym peptydów pochodnych lamininy) w systemach hodowlanych zawierających neurony DRG jest często definiowane jako odpowiedni warunek dla hodowli komórek neuronalnych, wykazując znaczący wpływ na formowanie i wydłużanie neurytów30–32. Jednak wyniki przedstawione na Ryc. 2D oraz Ryc. 3D wykazują, że połączenie sygnałów chemicznych i biologicznych może dodatkowo wzmocnić odpowiedź neuronów DRG.

Rysunek 1. Przygotowanie bezpośredniego systemu współhodowli DRG-SC-like ASC. Neurony DRG oraz ASC pochodzą odpowiednio z kolumny kręgosłupa oraz z tłuszczu trzewnego i pachwinowego dorosłych samców szczurów Sprague-Dawley. Po trawieniu tkanki tłuszczowej za pomocą kaskady reakcji enzymatycznych, ASC są różnicowane w komórki typu SC (SC-like) i utrzymywane w warunkach subkonfluencyjnych do momentu zapotrzebowania. ASC typu SC są wysiewane na każde podłoże 24 hr przed pobraniem DRG. W dniu eksperymentu neurony DRG są ekstrahowane i dysocjowane poprzez serię działań enzymatycznych i mechanicznych. Następnie neurony są wysiewane na wierzch wcześniej wysianych ASC typu SC i utrzymywane w hodowli do czasu przeprowadzenia analiz (pożywka mieszana: zawierająca 50 % pożywki do różnicowania komórek macierzystych i 50 % zmodyfikowanej pożywki BS). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 2. Obrazy fluorescencyjne neuronów DRG w różnych warunkach hodowli. (A) niepoddane modyfikacji folie PCL; (B) folie PCL modyfikowane RGD; (C) kokultura z ASC podobnymi do SC na niepoddanych modyfikacji foliach PCL; (D) kokultura z ASC podobnymi do SC na foliach PCL modyfikowanych RGD. Komórki utrzymywano w hodowli przez 3 dni w mieszanym roztworze zawierającym 50 % zmodyfikowanego medium BS i 50 % medium do różnicowania komórek macierzystych. Po tym czasie komórki utrwalono w 4 % paraformaldehydzie, permeabilizowano w roztworze Triton-X, a niespecyficzne miejsca wiązania zablokowano 1 % BSA. Następnie komórki neuronalne barwiono przeciwciałami przeciwko β-tubulinie III (FITC; zielony), a ASC podobne do SC przeciwko S-100 (AlexaFluor568; czerwony). Na koniec jądra barwiono DAPI (niebieski). Obrazy pozyskano za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego (Olympus BX60, Japonia). (Wydrukowano za zgodą de Luca et al.30. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rycina 3. Obrazy SEM neuronów DRG wróżnych warunkach hodowli. (A) niezmodyfikowane filmy PCL (B) filmy PCL modyfikowane RGD; (C) ko-hodowla z ASC o fenotypie SC na niezmodyfikowanych filmach PCL; (D) ko-hodowla z ASC o fenotypie SC na filmach PCL modyfikowanych RGD. Żółte strzałki wskazują punkty kontaktu między ASC o fenotypie SC a DRG, potwierdzając ich bezpośrednią interakcję w systemie ko-hodowli. Komórki utrzymywano w hodowli przez 3 dni i utrwalano w 2,5 % glutaraldehydzie. Po dehydratacji w szeregu etanolu o rosnącym stężeniu (50 %, 70 %, 90 %, 100 %), komórki wypłukano w heksametylodisylazanie i wysuszono przed zamocowaniem na stubach i napyleniem złotem do analizy SEM. Obrazy wykonano za pomocą SEM (Zeiss EVO60, UK) przy napięciu przyspieszającym 10kV. (Przedruk za zgodą de Luca et al.30. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.