Obecny protokół opisuje, jak izolować i oczyszczać pierwotny mikroglej hipokampa od dorosłych myszy, a następnie instrukcje dotyczące przeprowadzania zapisów całokomórkowych na tych ostro izolowanych komórkach.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje, jak izolować i oczyszczać pierwotny mikroglej hipokampa od dorosłych myszy, a następnie instrukcje dotyczące przeprowadzania zapisów całokomórkowych na tych ostro izolowanych komórkach.
Mikroglej to rezydujące komórki odpornościowe w mózgu, które współdziałają z neuronami, aby utrzymać homeostazę ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Badania pokazują, że na powierzchni mikrogleju znajdują się kanały potasowe, które regulują aktywację mikrogleju, podczas gdy nieprawidłowości w tych kanałach potasowych mogą prowadzić do chorób nerwowych. Obecnie zapisy mikrogleju w postaci krosówek całokomórkowych są najczęściej wykonywane na hodowanym pierwotnym mikrogleju od płodu lub nowonarodzonych myszy ze względu na trudności w przeprowadzaniu ocen elektrofizjologicznych na ostro izolowanym mikrogleju. Badanie to wprowadza łatwy do naśladowania protokół izolowania mikrogleju hipokampa od dorosłych myszy i wykonywania nagrań całokomórkowych na izolowanych komórkach. Krótko mówiąc, mózg został usunięty od myszy po dekapitacji, hipokamp został wypreparowany obustronnie, a mikroglej wyizolowano za pomocą zestawu do dysocjacji mózgu dorosłej myszy. Mikroglej został następnie oczyszczony za pomocą metody sortowania komórek aktywowanych magnetycznie (MACS) i umieszczony na szkiełkach nakrywkowych. Udaną izolację mikrogleju potwierdzono barwieniem immunofluorescencyjnym przeciwciałami anty-CD11 i anty-Iba1. Szkiełko nakrywkowe umieszczono w komorze rejestracyjnej, a prądy potasowe w całych komórkach ostro izolowanego mikrogleju zarejestrowano w warunkach cęgów napięciowych.
Mikroglej, który wywodzi się od przodków szpiku w pierwotnym woreczku żółtkowym, rezyduje w OUN i stanowi około 10% do 15% wszystkich komórek nerwowych1,2. Funkcjonalnie, oprócz monitorowania lokalnego środowiska, pełnienia funkcji obrony immunologicznej oraz odżywiania i wspierania neuronów3,4, mikroglej może również bezpośrednio kontaktować się z neuronami w celu regulacji receptorów powierzchniowych neuronów i odpowiadającego im wiązania ligandów, a także pośrednio oddziaływać z neuronami poprzez wydzielanie cytokin5. Badania in vitro i in vivo wykazały, że mikroglej wykazuje ekspresję różnych typów kanałów potasowych, które przyczyniają się do utrzymania ujemnego potencjału błonowego6 i regulują aktywację mikrogleju. Biorąc pod uwagę, że nieprawidłowe kanały potasowe mikrogleju zostały zaobserwowane w różnych chorobach mózgu7, kluczowe jest, aby naukowcy zidentyfikowali potencjalne leki, które celują w te kanały potasowe i opracowali strategie regulacji funkcji mikrogleju.
Tradycyjne metody trawienia i oczyszczania mikrogleju często wykorzystują cały mózg, co pomija niejednorodność mikrogleju w różnych obszarach mózgu8. Dysocjacja in vitro i długotrwała hodowla w pożywkach zawierających surowicę umieszczają mikroglej w stanie aktywnym9, co może nie odzwierciedlać dokładnie ich cech fizjologicznych i stanu rzeczywistego.
Dodatkowo, podczas gdy prądy potasowe prostownika na zewnątrz zostały zarejestrowane w pierwotnych hodowlach noworodków mikrogleju i liniach komórkowych10, dane z długoterminowych hodowli tkanki mózgowej płodu lub nowonarodzonej myszy mogą różnić się od tych z dojrzałego mikrogleju. Obecny protokół ma na celu dokładne wyizolowanie mikrogleju i natychmiastowe wykonanie całokomórkowych zapisów prądów potasowych mikrogleju przy użyciu tkanki mózgowej dorosłej myszy.
Właściwości biochemiczne i kanału potasowego zostały zbadane przy użyciu metody odpowiedniej do izolacji i oczyszczania mikrogleju z małych tkanek11,12,13,14,15. W związku z tym protokół ten zawiera wskazówki dla naukowców w celu wyjaśnienia biochemicznych i funkcjonalnych właściwości mikrogleju w warunkach fizjologicznych i chorobowych. Chociaż protokół ten wykorzystuje hipokamp i kanały potasowe jako przykłady, może być również stosowany do badania innych obszarów mózgu i właściwości elektrofizjologicznych kanałów/komórek.
Wszystkie eksperymenty zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt w Naukach Przyrodniczych Uniwersytetu Normalnego Południowych Chin, a odpowiednie standardy dobrostanu zwierząt zostały utrzymane (zatwierdzenie etyczne: SCNU-SLS-2023-048). Do tego badania wykorzystano samce lub samice 3-5-miesięcznych myszy C57BL/6J. Szczegółowe informacje na temat stosowanych odczynników i sprzętu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Przygotowanie roztworów
2. Przygotowanie zawiesiny jednokomórkowej z tkanki mózgowej
3. Ostra separacja mikrogleju
4. Immunofluorescencja
5. Rejestracja prądów potasowych w mikrogleju za pomocą całokomórkowego patch-clampu
Krótko mówiąc, proces ten polega na wyizolowaniu mikrogleju hipokampa z mózgu dorosłej myszy, a następnie zarejestrowaniu tych komórek za pomocą kropek na całej komórce (Rysunek 1). Procedura rozpoczyna się od wypreparowania hipokampa u 3 do 5 miesięcznych dorosłych myszy C57BL/6J. W szczególności cały mózg jest usuwany po perfuzji i umieszczany w naczyniu hodowlanym zawierającym lodowaty PBS (Ryc. 2A). Aby zapewnić ostrą izolację komórek z hipokampa, kora mózgowa jest usuwana, a tkanka hipokampa w kształcie półksiężyca jest izolowana w stanie nienaruszonym (Ryc. 2B).
Dla optymalnej jakości komórek i późniejszych wysokiej jakości zapisów z całych komórek, kluczowe jest kontrolowanie czasu trawienia podczas przygotowywania zawiesiny jednokomórkowej. W badaniu konsekwentnie ręcznie mieszano tkankę hipokampa w mieszaninie enzymów i ściśle ograniczano okres trawienia do nie więcej niż 15 minut (Ryc. 3). Komórki zostały następnie wyizolowane przy użyciu metody MACS, osiągając czystość 86,20% ± 0,68%19,20. Aby potwierdzić, że te posortowane komórki były mikroglejem, markery powierzchniowe mikrogleju przetestowano metodą immunofluorescencji przy użyciu przeciwciał anty-Iba1 i anty-CD11b, które są szeroko stosowane do wykrywania mikrogleju18. Wyniki wskazały, że izolowane komórki były CD11b i Iba1-dodatnie, co potwierdza udaną izolację mikrogleju (Ryc. 4).
Na koniec, aby ocenić, czy ostro izolowany mikroglej jest wysokiej jakości do dalszych eksperymentów, opisujemy, jak przeprowadzić zapisy całokomórkowe w celu oceny prądów potasowych mikrogleju. Zarejestrowany mikroglej miał średnią pojemność błony 10,42 ± 2,05 (Ryc. 5). Wyniki pokazały, że mikroglejowe prądy potasowe mogą być rejestrowane, co wskazuje, że ostro wyizolowany mikroglej nadaje się do badań neurobiologicznych.

Rysunek 1: Przegląd procedury eksperymentalnej. Istnieją cztery główne etapy: tkanki mózgowe są starannie ekstrahowane, a hipokamp jest preparowany obustronnie; Tkanki hipokampa są trawione w celu przygotowania zawiesiny jednokomórkowej przy użyciu mieszaniny enzymów, jak opisano w sekcji Protokół; komórki docelowe są izolowane metodą sortowania komórek aktywowaną magnetycznie; a prądy potasowe w ostro izolowanych komórkach są oznaczane za pomocą rejestracji całej komórki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Sekcja hipokampa. (A) Cały mózg myszy w wieku od 3 do 5 miesięcy. (B) Izolowany obustronny hipokamp. Podziałka: 0,5 cm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Schemat przedstawiający trawienie tkanek hipokampa. Ilustracja krytycznych etapów eksperymentalnych, zapewniających, że tkanka hipokampa jest trawiona do zawiesiny jednokomórkowej poprzez dodawanie mieszanin enzymów w temperaturze 37 °C z ciągłym wstrząsaniem przez maksymalnie 15 minut. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Identyfikacja ostro izolowanego mikrogleju hipokampa. Reprezentatywne obrazy konfokalne przedstawiające komórki CD11b (zielony) i Iba1 (czerwony) dodatnie oczyszczone z hipokampa, potwierdzające, że izolowane komórki są mikroglejem. Podziałka skali: 10 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Rejestracja prądów potasowych mikrogleju w całych komórkach. (A) Elektroda rejestrująca jest umieszczona na powierzchni izolowanego mikrogleju hipokampa. Pasek skali: 20 μm. (B) Reprezentatywne prądy potasowe ostro izolowanego mikrogleju hipokampa w warunkach zacisku napięcia. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Hodowla mikrogleju od płodów lub nowonarodzonych myszy jest wyraźnie nieodpowiednia do badania dorosłego mikrogleju. Dodatkowo, biorąc pod uwagę niejednorodność mikrogleju w różnych obszarach mózgu21, mikroglej wyizolowany z całego mózgu może nie reprezentować dokładnie cech mikrogleju w określonej strukturze mózgu. Protokół ten zapewnia metodę izolowania mikrogleju hipokampa, w szczególności w celu oceny właściwości elektrycznych tych komórek. Zawiera on metody rejestracji prądów regulowanych przez mikroglejowe kanały potasowe.
Powszechnie wiadomo, że trawienie tkanek musi być ściśle kontrolowane podczas przygotowywania zawiesin jednokomórkowych, aby uniknąć pogorszenia właściwości tych komórek podczas pierwotnej hodowli komórkowej i późniejszych eksperymentów. Zazwyczaj zawiesinę jednokomórkową uzyskuje się z całego mózgu poprzez trawienie enzymami trzustkowymi i fizyczną homogenizację. Jednak podczas izolowania mikrogleju z określonego obszaru mózgu, takiego jak hipokamp, sama fizyczna homogenizacja nie daje wystarczającej ilości komórek do przeprowadzenia znaczących eksperymentów. Dodatkowo enzymy trzustkowe mają energiczną aktywność trawienną, co może wpływać na żywotność komórek.
Aby rozwiązać te problemy, w badaniu przyjęto stosunkowo łagodną procedurę dysocjacji i ręcznie kontrolowano czas trawienia do nie więcej niż 15 minut za pomocą zestawu do dysocjacji mózgu dorosłej myszy. Takie podejście utrzymuje mikroglej w stanie aktywnym, co ma kluczowe znaczenie dla kolejnych zapisów patch-clamp całych komórek. Procedura łagodnej dysocjacji oferuje również korzyści pod względem szybkości i opłacalności.
Metody oczyszczania pierwotnego mikrogleju obejmują metodę wytrząsania warstwowego (SSM)22, metodę wirowania w gradicynie gęstości (DGCM)23 oraz metodę sortowania komórek aktywowanego fluorescencją (FACS)11,24. Wśród nich SSM jest szeroko stosowany do oczyszczania neuronów lub komórek glejowych. Poważnym ograniczeniem Jednolitego Mechanizmu Nadzorczego jest jednak jego niezdolność do osiągnięcia wysokiego poziomu czystości25. Podobnie, DGCM również skutkuje niskimi poziomami czystości. Metoda FACS wymaga barwienia komórek przez 15 minut do 1 godziny, a następnie sortowania za pomocą szybkiego sortera komórek, co może pogorszyć żywotność komórek. W przeciwieństwie do tego, protokół ten wykorzystuje metodę MACS, która zapewnia skrócony czas izolacji i pozwala uniknąć powtarzalnego i czasochłonnego użycia narzędzi i procedur barwienia. W rezultacie uzyskuje się mikroglej o wysokiej czystości, choć w potencjalnie mniejszych ilościach w porównaniu z niektórymi alternatywnymi metodami.
Technika ta ma swoje ograniczenia. Na przykład metoda sortowania komórek aktywowanych magnetycznie (MACS) daje stosunkowo niewiele mikrogleju, a ostro izolowany mikroglej nie może być hodowany przez dłuższy czas. Jednak takie podejście jest cenne, ponieważ pozwala na badanie właściwości elektrofizjologicznych mikrogleju, który został świeżo przygotowany z dorosłego hipokampa myszy, zamiast polegać na komórkach, które były hodowane przez długi czas.
Technika klamry krosowej dla całych komórek jest kluczowym i szeroko stosowanym narzędziem do badania właściwości elektrofizjologicznych komórek, zwłaszcza neuronów, w dziedzinach takich jak neurobiologia, farmakologia i cytobiologia26. Zapis krosowy całych komórek został wykorzystany w licznych badaniach w celu zbadania właściwości ostro wypreparowanych wycinków mózgu, kultur pierwotnych i linii komórkowych. Jednak do czasu naszych badań brakowało zapisów całokomórkowych patch-clamp ostro izolowanego mikrogleju z mózgu dorosłej myszy.
Badanie to nie tylko dostarcza protokołu izolacji dorosłego mikrogleju hipokampa, ale także demonstruje udane rejestrowanie prądów potasowych w tych izolowanych mikrogleju. Warto zauważyć, że protokół ten prawdopodobnie będzie miał zastosowanie do badania mikrogleju w strukturach mózgu innych niż hipokamp.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez granty z Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (32170950, 32371065), Fundacji Nauk Przyrodniczych Prowincji Guangdong, nr 2023A1515010899 i 2021A1515010804.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Szalka Petriego 100 mm | Corning | 353003 | |
| 15 ml Probówki Falcon | BD | 352096 | |
| płytki 24-dołkowe | BD | 353047 | |
| szalka Petriego 35 mm | Corning | ||
| 353001-50 ml Probówki Falcon | BD | 352070 | |
| 70 μ m badanie przesiewowe komórek | Miltenyi | 130-095-823 | Aby usunąć grudki komórek przed sortowaniem komórek |
| Zestaw do dysocjacji mózgu dorosłych myszy | Miltenyi | 130-107-677 | |
| Przeciwciało anty-CD11b | Bio-Rad | MCA74 | Kozia IgG Anty-Mysz również dostępna. Do blokowania endogennych immunoglobulin. |
| przeciwciała anty-Iba 1 | SYSY | 234308 | Goat Anti-guinea pig IgG). Do blokowania endogennych immunoglobulin. |
| Axon Digidata 1440A | USA | ||
| Axon MultiClamp 700B Wzmacniacz | USA | ||
| BSA Albumina Frakcja V | BioFrox | 4240GR500 | Serum |
| C57BL/6 myszy | Guangdong Medical Laboratory Animal Center | ||
| CD11 b / c MicroBeads | Miltenyi | 130-105-634 | |
| Hydrat chloralu | Absin | abs47051394 | Szeroko stosowany jako znieczulenie u myszy |
| Clampfit 10.6 | USA | ||
| Mikroskop konfokalny | Zeiss | LSM 800 | |
| Pożywka hodowlana | Fisher Scientific | ||
| C11995500BT-DAPI barwnik | Beyotime | C1002 | |
| Ściągacz elektrod | Narishige | PC-10 | |
| HBSS | Servicebio | G4203 | |
| Wytrząsarka pozioma | SCILOGEX | SLK-O3000-S | |
| Oprogramowanie do analizy obrazu | Fidżi | ||
| Kolumny MACS | Miltenyi | 130-042-201 | |
| Separatory MACS | Miltenyi | 130-042-102 | |
| Paraformaldehyd | Fisher Scientific | T353-500 | Użyj świeżego 4% roztworu w 1X PBS, pH 7,2-7,4. |
| Poli-L-lizyna | Beyotime | C0313 | Powłoka szkiełka nakrywkowego |
| Triton X-100 | Sigma | X100 |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie