$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Pierwotna hodowla zdysocjowanych neuronów z regionów mózgu gryzoni jest ważnym narzędziem używanym przez badaczy do obserwacji reakcji na patologicznie uwikłane bodźce. Jednak takie badania mają tę wadę, że patrzą na neurony tylko w 2D i bez ich glejowego systemu wsparcia. Ponadto, o ile nie jest uprawiany w warunkach bardzo dużej gęstości (640 neuronów/mm2 lub około 16% powierzchni), w których niemożliwe staje się śledzenie losowego wzrostu dendrytu lub aksonu na więcej niż krótką odległość od jego ciała komórkowego, żywotność neuronów hipokampa w ciągu 4 tygodni znacznie spada1, ograniczając użycie zdysocjowanych kultur do rozszerzonych badań patologii związanych z wiekiem. Hodowla plastrów przygotowanych z mózgu gryzoni jest atrakcyjną opcją, która pokonuje te ograniczenia, utrzymując zorganizowaną architekturę komórek i żywotność przez tygodnie lub miesiące. Opisano warunki utrzymania wielu różnych regionów mózgu gryzoni w hodowli plastrów2.
Dwie główne metody są szeroko stosowane do długotrwałej hodowli wycinków mózgu: hodowla na błonach na granicy powietrze-ciecz3 lub hodowla na szkiełkach nakrywkowych w szczelnie zamkniętych probówkach, które mogą obracać się w inkubatorze rolkowym w celu zapewnienia napowietrzania4. Plastry hodowane na błonach można bezpośrednio obrazować za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej o wysokiej rozdzielczości przy użyciu mikroskopu pionowego i obiektywów zanurzeniowych w wodzie5. Alternatywnie, plastry hodowane na błonach przeniesiono do naczyń ze szklanym dnem, aby uzyskać dobrą rozdzielczość kolców dendrytycznych za pomocą mikroskopu odwróconego6. Jednak obie metody obrazowania plastrów hodowanych na błonach są systemami otwartymi, które wymagają zmian podłoża i często wykorzystują leki przeciwgrzybicze i/lub antybiotyki w celu zapobiegania lub zmniejszania zanieczyszczenia5,6. Plastry na błonie na granicy powietrze-medium zachowują doskonałą morfologię i przeżycie, ale powrót do precyzyjnych lokalizacji podczas powtarzalnego obrazowania przy dużym powiększeniu jest niezwykle trudny, chyba że eksperyment śledzi tylko małe grupy komórek wyrażających marker fluorescencyjny. Chociaż plastry wyhodowane na błonach były używane z ekspresją transgenów za pośrednictwem wirusa5,6, protokoły bezpieczeństwa biologicznego mogą wymagać zastosowania zamkniętego systemu hodowli dla niektórych wektorów wirusowych, które są używane do ekspresji fluorescencyjnie znakowanych białek i reporterów fizjologii komórki. Ponadto cele zanurzenia wymagają dekontaminacji między próbkami, które będą śledzone w culture5. Jednym z głównych zastosowań kultur interfejsu błonowego jest połączenie obrazowania w wysokiej rozdzielczości z elektrofizjologią w pojedynczych punktach czasowych7.
Metoda rolkowa z szkiełkami nakrywkowymi wewnątrz plastikowej rurki nie pozwala na żadną elektrofizjologię ani obrazowanie w wysokiej rozdzielczości bez usunięcia szkiełka nakrywkowego. Z tego powodu metoda ta była najczęściej stosowana w badaniach długoterminowych, w których dokonano obserwacji po fiksacji8. Opisana tutaj jest metoda, która wykorzystuje technikę hodowli w rurce rolkowej, ale na wywierconych rurkach z plastrami na szkiełkach nakrywkowych, które można obrazować powtarzalnie tak długo, jak długo kultury są utrzymywane. Zamknięty system nie wymaga wymiany podłoża do obrazowania i wykorzystuje blaszki nakrywkowe, aby zapewnić znaki referencyjne, które umożliwiają obrazowanie w dużym powiększeniu, po dniach lub tygodniach, dokładnie tych pól, które zostały wcześniej zobrazowane.
Stosujemy tę metodę do badania zmian w hipokampie gryzoni, głównym regionie mózgu odpowiedzialnym za pamięć i uczenie się. Hipokamp gryzoni jest często badany jako model zmian patologicznych lub związanych z wiekiem obserwowanych podczas rozwoju zaburzeń poznawczych9, takich jak te, które występują w AD. Nasza metoda szczególnie dobrze nadaje się do badania zmian patologicznych, które rozwijają się w obrębie pojedynczego wycinka w czasie w odpowiedzi na zmiany środowiskowe, takie jak wzrost peptydów Aβ, co jest charakterystyczne dla AD8. Jedną z patologii związanych z mózgiem człowieka i gryzonia jest obecność agregatów i pręcików kofilina-aktyna, przy czym te ostatnie zawierają wiązki włókien, w których kofilina i aktyna są w stosunku molowym 1:110,11,12. Pręciki zaobserwowano w utrwalonych wycinkach hipokampa szczura po leczeniu Aβ, a także w żywym wycinku mózgu gryzonia wyrażającego kofilinę-GFP poddanego hipoksji8 i mogą one przyczyniać się do dysfunkcji synaps obserwowanej w AD i udarze. Tutaj używamy tej nowej metody hodowli do obserwacji przebiegu i rozkładu w czasie w wycinkach ekspresji egzogennych chimerycznych białek fluorescencyjnych wprowadzonych przez różne wirusy. Następnie wykorzystujemy specyficzną dla neuronów ekspresję konstruktu reporterowego kofiliny, aby śledzić rozwój patologii pręcików i agregatów kofiliny w wycinkach hipokampa w odpowiedzi na leczenie rozpuszczalnymi oligomerami Aβ (Aβo).