$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Podwzgórze to wielopłaszczyznowy obszar mózgu, który pośredniczy w funkcjach endokrynologicznych, autonomicznych, trzewnych i behawioralnych, w tym karmieniu, metabolizmie, śnie, temperaturze ciała, zachowaniach społecznych i popędzie seksualnym 1,2,3,4,5. Niejednorodność funkcjonalna osiąga się dzięki synergicznemu połączeniu mechanizmów biochemicznych i elektrycznych: neurony podwzgórza wypalają potencjały czynnościowe oraz wydzielają i uwalniają hormony i neuropeptydy w celu modulowania obszarów mózgu i narządów ciała. Wreszcie, neurony podwzgórza tłumaczą homeostatyczne wiadomości z organizmu, odpowiadając długo- i krótkoterminową informacją zwrotną oraz regulacjami sprzężenia zwrotnego6.
Złożone środowisko neuronalne podwzgórza obejmuje magnokomórkowe neurony endokrynne, uwalniające oksytocynę i wazopresynę; neurony parwokomórkowe, głównie zaangażowane w ogólnoustrojową regulację hormonalną, uwalniając na przykład hormon uwalniający tyreotropinę (TRH) i hormon uwalniający kortykotropinę (CRH) do przysadki mózgowej; duże peptydergiczne neurony projekcyjne, uwalniające oreksynę i hormon koncentracji melaniny (MCH); oraz parwokomórkowe neurony peptydergiczne Jądro łukowate (ARC) uwalniające POMC (proopiomelanokortynę) i AgRP (białko związane z agouti), nazwane odpowiednio ARCPOMC i ARCAgRP. Wraz z komórkami wydzielniczymi, inne neurony pobudzające i hamujące, w tym neurony dopaminergiczne, glutaminergiczne i GABA-ergiczne 7, są zaangażowane w tworzenie obwodów wewnątrzpodwzgórzowych i pozapodwzgórzowych, tworząc w ten sposób skoordynowane sieci na dużą skalę o znacznej niejednorodności komórkowej8.
Różnorodność podwzgórza była wyzwaniem, które badacze próbowali przezwyciężyć przez ostatnie 50 lat. Aby zbadać tę niejednorodność w rozwijającym się, dojrzewającym i starzejącym się podwzgórzu, badacze z jednej strony stosują sekwencjonowanie RNA pojedynczej komórki do badania organizacji neuronów, a także sygnatur molekularnych i transkryptomicznych. Wysiłek ten dostarczył wnikliwego spojrzenia na różnorodne role neuronów podwzgórza i zajął się powiązaniami między tożsamością komórkową a jej możliwą rolą w systemie fizjologicznym8,9,10. Z drugiej strony, funkcje neuronalne zostały zbadane za pomocą manipulacji optogenetycznych i podejść behawioralnych opartych na fotometrii światłowodowej, co pozwoliło na dokładne przyjrzenie się strukturze obwodów. W ciągu ostatnich dwóch dekad technologia rekombinazy Cre pozwoliła naukowcom ontogenetycznie stymulować lub hamować docelową grupę neuronów, jednocześnie obserwując zmiany w zachowaniach i reakcjach organizmu6,11,12.
Jednak te podejścia badają funkcje podwzgórza z ogólnej perspektywy, bez zagłębiania się w konkretne mechanizmy komórkowe lub biologiczne podstawy ich roli w złożonym środowisku podwzgórza. Aby temu zaradzić, bardzo niewiele badań koncentrowało się na badaniu właściwości molekularnych, biochemicznych i elektrycznych z wykorzystaniem heterogenicznych pierwotnych kultur podwzgórza. Badania te miały na celu przeanalizowanie określonych procesów neuronalnych w złożonym środowisku i wygenerowanie integracyjnych modeli mechanizmów fizjologicznych13,14,15. Niemniej jednak kultury niespecyficzne stanowią poważne wyzwanie. Na przykład fizjologiczna łączność neuronów i ich anatomiczna dystrybucja są zakłócane przez posiewanie neuronów z różnych regionów podwzgórza, które normalnie nie wchodziłyby w interakcje, tworząc efekty mylące. Ponadto każdy region ma inne role i różnorodne populacje neuronów, co utrudnia badanie prostych procesów biologicznych.
Aby sprostać tym wyzwaniom, w ciągu ostatniej dekady zaimplementowano nowe podejścia do izolacji interesujących neuronów, takie jak immunopanning, sortowanie komórek aktywowanych fluorescencyjnie (FACS) i sortowanie komórek aktywowanych magnetycznie (MACS). Immunopanning to strategia stosowana do oczyszczania docelowych komórek za pomocą naczyń pokrytych przeciwciałami w celu przeprowadzenia serii selekcji nieneuronalnych (ujemnych) i neuronalnych (dodatnich). Podczas gdy technika ta może w zasadzie generować wysokowydajne oczyszczone kultury komórkowe, w praktyce jest najczęściej stosowana w przypadku astrocytów i oligodendrocytów, ponieważ komórki te mogą wytrzymać wielogodzinne manipulacje16,17. Technologia FACS to potężne narzędzie do sortowania komórek na podstawie markerów fluorescencyjnych i cech komórkowych za pomocą cytometrii przepływowej18,19,20. Jednak w bardzo niewielu badaniach stosowano tę metodę do izolowania komórek do hodowli komórkowej. Technika ta jest kosztowna i wymaga wysoko wykwalifikowanego personelu do obsługi i konserwacji; Ponadto utrzymanie żywotnych i sterylnych komórek po zakończeniu procedury sortowania jest wyzwaniem21. Ogólnie rzecz biorąc, MACS wydaje się być prostą, niekosztowną techniką uzyskiwania wysoce czystych i żywotnych kultur pierwotnych neuronów podwzgórza. Metoda wykorzystuje kulki magnetyczne połączone z komórkami za pomocą przeciwciała. Pozwala to na izolację ogniw za pomocą pola magnetycznego kolumny.
Tutaj opisujemy metodę opartą na technologii MACS, która jest zazwyczaj stosowana w przypadku neuronów korowych. Protokół ten pozwala w zasadzie wyizolować żywotne i wysoce czyste neurony podwzgórza. W tym badaniu przygotowujemy pierwotne hodowle neuronów wyrażających receptor leptyny (LepR), takich jak neurony ARCPOMC i ARCAgRP, które są obecne tylko w jądrze łukowatym. Neurony te reagują na leptynę, hormon anoreksogenny wydzielany przez tkankę tłuszczową, w sposób biochemiczny i elektryczny. Dlatego izolacja tej grupy neuronów w hodowli pozwala na badanie ich właściwości hormonalnych, metabolicznych i elektrycznych in vitro.