Aqui, fornecemos um método para analisar o comportamento dos axônios crescentes em matrizes 3D, imitando seu desenvolvimento natural.
Artigo de método
Aqui, fornecemos um método para analisar o comportamento dos axônios crescentes em matrizes 3D, imitando seu desenvolvimento natural.
Este protocolo usa o tipo natural mim colagénio para gerar o hidrogel tridimensional (3-D) para monitorar e analisar o crescimento axonal. O protocolo está centrado na cultura de pequenos pedaços de cérebros de roedores embrionários ou precoces no interior de um hidrogel 3-D formado pelo colágeno do tipo I derivado do tendão da cauda de rato com porosidade específica. Peças de tecido são cultivadas dentro do hidrogel e confrontados com fragmentos cerebrais específicos ou agregados celulares geneticamente modificados para produzir e secretar moléculas adequadas para a criação de um gradiente dentro da matriz porosa. As etapas deste protocolo são simples e reprodutíveis mas incluem etapas críticas a ser consideradas com cuidado durante seu desenvolvimento. Além disso, o comportamento de axônios crescentes pode ser monitorado e analisado diretamente usando um microscópio de fase-contraste ou um microscópio de fluorescência mono/multifóton após a fixação por métodos Immunocytochemical.
Axônios neuronais, terminando em cones de crescimento axonal, migram longas distâncias através da matriz extracelular (ECM) do embrião sobre caminhos específicos para atingir seus alvos adequados. O cone de crescimento é a porção distal do AXON e é especializado para sentir o ambiente físico e molecular da célula1,2. Do ponto de vista molecular, os cones de crescimento são guiados por pelo menos quatro mecanismos moleculares diferentes: atração de contato, quimioatração, repulsão de contato e chemorepulsion desencadeada por diferentes pistas de orientação axonal3,4 , 5. º , 6. os processos mediados por contato podem ser parcialmente monitorados em culturas bidimensionais (2D) em substratos micropadronizados (por exemplo, com listras7,8 ou manchas9 contendo as moléculas). No entanto, axônios podem navegar para o seu alvo de forma não-diffusiva, sentindo várias moléculas atraentes e repulsivas de células guidepost no ambiente4,5,10. Aqui, nós descrevemos um método fácil da cultura 3-D para verific se uma molécula secretado induz efeitos chemorepulsive ou chemoattractive em axônios tornando-se.
Os primeiros estudos objetivaram determinar os efeitos das pistas de orientação AXON utilizadas culturas explantes em matrizes tridimensionais (3-D) para gerar gradientes simulando in vivo as condições11,12. Essa abordagem, juntamente com experimentos in vivo, permitiu a identificação de quatro grandes famílias de pistas de orientação: netrins, fendas, semaphorinas e ephrins4,5,6. Essas pistas moleculares e outros fatores13 são integrados pelos crescentes axônios, desencadeando a dinâmica dos complexos de adesão e as forças mecânicas transacionadoras através do citoesqueleto14,15,16. Para gerar gradientes moleculares em culturas 3-D para navegação axonal, pesquisadores pioneiros usaram substratos de coágulo plasmático17, que também foi utilizado para preparações organotípicas de fatia18. No entanto, em 1958, foi relatado um novo protocolo para a geração de hidrogéis de colágeno 3-D para estudar com os dispositivos da Maximow19, uma plataforma de cultura, utilizada em vários estudos adequados para observações microscópicas20. Outro estudo pioneiro relatou o gel de colágeno como uma ferramenta para incorporar fibroblastos humanos para estudar a diferenciação de fibroblastos em miofibroblastos em processos de cicatrização de feridas21. Paralelamente, Lumsden e Davies aplicaram colágeno da derme bovina para analisar o efeito putativo do fator de crescimento do nervo (NGF) na orientação das fibras nervosas sensoriais22. Com o desenvolvimento de novas plataformas de cultura (por exemplo, placas multipoços) por diferentes empresas e laboratórios, as culturas colágenas foram adaptadas a esses novos dispositivos6,23,24,25 ,26. Paralelamente, um extrato de material de ECM derivado da linhagem de células tumorais de Engelbreth-Holm-Swarm foi disponibilizado comercialmente para ampliar esses estudos27.
Recentemente, vários protocolos foram desenvolvidos para gerar gradientes moleculares com papéis putativos na orientação do AXON usando hidrogéis 3-D (por exemplo, colágeno, fibrina, etc.) 28. Alternativamente, a molécula candidata pode ser imobilizada em diferentes concentrações em uma matriz porosa (por exemplo, NGF29) ou gerada pela cultura em uma pequena região dos agregados de células hidrogel 3-D secretando a molécula para gerar um radial gradiente4,23,24,25,26. A última possibilidade será explicada neste protocolo.
O procedimento apresentado aqui é um método fácil, rápido e altamente reprodutível baseado na análise do crescimento axonal em culturas 3-D do hidrogel do cérebro embrionário do rato. Em comparação com outros métodos, o protocolo é bem adequado para pesquisadores não treinados e pode ser totalmente desenvolvido após um treinamento curto (1-2 semanas). Neste protocolo, Nós isolamos primeiramente o colagénio das caudas adultas do rato para gerar mais matrizes 3-D em que os agregados genetically-modificados da pilha são cultivados na frente do tecido neuronal embrionário. Estes agregados de células formam gradientes químicos radiais de uma molécula candidata que provoca uma resposta para os axônios crescentes. Finalmente, a avaliação dos efeitos da molécula em axônios crescentes pode ser facilmente realizada usando uma microscopia de contraste de fase ou, alternativamente, métodos imunocitróxicos.
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Todos os experimentos com animais foram realizados as diretrizes e protocolos do Comitê de ética para experimentação animal (CEEA) da Universidade de Barcelona, e o protocolo para o uso de roedores neste estudo foi revisado e aprovado pelo CEEA do Universidade de Barcelona (CEEA aprovação #276/16 e 141/15).
1. purificação do colagénio da cauda do rato
2. preparação de agregados celulares (COS1) geneticamente modificados para secretar uma molécula candidata em hidrogéis de colágeno 3-D
3. geração de explante embrionário para a cultura
4. preparação de co-culturas 3-D em hidrogéis de colágeno
5. fixação das co-culturas agregadas do explant-Cell e do procedimento de Immunocytochemical
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Aqui, nós apresentamos uma metodologia extensamente acessível para estudar o crescimento axonal em culturas do colagénio do hidrogel 3-D do sistema nervoso embrionário do rato. Para este fim, Nós isolamos o colagénio das caudas adultas do rato para gerar as matrizes 3-D em que nós cultivou agregados genetically-modificados da pilha que expressam netrin-1 ou Sema3E confrontado com o tecido neuronal embrionário (por exemplo, região do CA do hipocampo). Estes agregados da pilha deram forma a um inclinação radialmente distri...
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O crescimento de axônios em desenvolvimento é principalmente invasivo e inclui a degradação e a remodelação do ECM. Usando o procedimento aqui apresentado, os pesquisadores podem obter uma matriz 3-D homogênea formada pelo colágeno tipo I natural, em que os axônios (ou células) podem responder a um gradiente químico secretado por células geneticamente modificadas como eles fazem in vivo. Diferentes respostas axonais a gradientes de pistas atraentes ou inibitórias (proteínas, lipídios, etc.) podem ser facilmente comparada...
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Os autores não têm nada a revelar.
Os autores agradecem a Tom Yohannan pelo Conselho editorial e M. segura-Feliu pela assistência técnica. Este trabalho foi financiado pelo programa CERCA e pela Comissão para universidades e pesquisa do departamento de inovação, universidades e empresa da Generalitat de Catalunya (SGR2017-648). Este trabalho foi financiado pelo Ministério espanhol de pesquisa, inovação e Universidade (MEICO) através de BFU2015-67777-R e e RTI2018-099773-B-100, a rede espanhola prion (PRIONET Spain AGL2017-90665-REDT), eo Instituto Carlos III, CIBERNED ( PRY-2018-2).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Material | |||
| 3,3′-Diaminobenzidina tetracloridrato 10 mg comprimidos (DAB) | Sigma | D5905 | |
| Ratos Sprague-Dawley adultos (8 a 9 semanas de idade) | Criffa-Credo, Lyon, França | ||
| Complexo Avidina-biotina-peroxidase (ABC) | Vector Labs | PK-4000 | |
| B27 suplemento sem soro 50x | Invitrogen | 17504-044 | |
| Kit de ensaio de proteína de ácido bicinchonínico (BCA) | Pierce | 23225 | |
| vetores de plasmídeo | |||
| cDNA Linhas celulares COS1 | ATTC | CRL-1570 | |
| D-(+)-glicose | Sigma | 16325 | |
| D-(+)-glicose (solução a 45% em água) para meio neurobasal completo | Sigma | G8769 | |
| D-MEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium 1x) para meio de cultura COS1 | Invitrogen | 41966-029 | |
| Dulbecco' s solução salina tamponada com fosfato 10x (sem Ca2+ e Mg2++) (D-PBS) para culturas | Invitrogen | 14200 | |
| Etanol | merck | 108543 | |
| Ácido etilenodiaminotetracético sal dihidratado dissódico (EDTA) | Sigma | E5134 | |
| Mídia de montagem de fluorescência (por exemplo, Fluoromount-G ou similar) | Ciências de Microscopia Eletrônica (EMS) | 17984-25 | |
| Gelatina em pó | Sigma | G1890 | |
| Ácido acético glacial (Panreac, cat. no. 211008) | Panreac | 211008 | |
| Hank' s solução salina balanceada | Invitrogen | 24020083 | |
| Soro fetal bovino inativado pelo calor | Invitrogen | 10108-165 | |
| Soro de cavalo inativado por calor | Invitrogen | 26050-088 | |
| Peróxido de hidrogênio (H2O2, 32 a 33% em água) | Sigma | 316989 | |
| solução de L-glutamina 200 mM (100x) para meio neurobasal completo e COS1 | Invitrogen | 25030-024 | |
| Lipofectamine 2000 Reagente | Invitrogen | 11668-019 | |
| Camundongos fêmeas grávidas (dia embrionário 12,5 a 16,5; E12.5-16.5) | Criffa-Credo, Lyon, França | ||
| Modified Minimum Essential Medium Eagle (MEM) | Invitrogen | 11012-044 | |
| Anticorpo monoclonal contra classe III β-tubulina (clone TUJ-1) | Biolegend | 801201 | |
| N-2 suplemento 100x | Invitrogen | 17502-048 | |
| Meio neurobasal | Invitrogen | 21103049 | |
| Paraformaldeído | Merck | 1,040,051,000 | |
| Solução de penicilina/estreptomicina 100x | Invitrogen | 15140-22 | |
| Solução salina tamponada com fosfato 10x (PBS) para imunocitoquímica | Invitrogen | AM9624 | |
| Anticorpo secundário: cavalo biotinilado anti-camundongo | Vector Labs | BA-2000 | |
| Meio sem soro (Opti-MEM) | Invitrogen | 11058-021 | |
| Azida sódica | Panreac | 162712 | |
| Solução de bicarbonato de sódio 7,5% | Invitrogen | 25080-094 | |
| Grau de cultura estéril H2O | Sigma | W3500 | |
| TritonTM X-100 | Base Sigma | X100 | |
| Trizma | Sigma | T1503 | |
| Tripsina-EDTA (Tripsina (0,05% (peso/vol) com EDTA (1x) | Invitrogen | 25300-054 | |
| Equipamento | |||
| 1 tesoura curva grande e 1 pequena para dissecção | Ferramentas finas Instrumentos ou tubos de centrífuga cônicos similares | ||
| de 1,5 mL | Eppendorf ou tubos de centrífuga cônicos similares | ||
| de 15 mL | Corning ou similar | ||
| 2 hemostatos | Ferramentas finas Instrumentos ou similares | ||
| 2 pequenas tesouras de dissecação retas | Ferramentas finas Instrumentos ou similares | ||
| 200 mL para centrifugação | Nalgene ou similar | ||
| Frascos | |||
| mL Copo | |||
| Placas de cultura de 4 e 6 poços | Nunc | 176740 e 140675 | |
| Bombas de pipeta automáticas e pipetas plásticas estéreis descartáveis de 10 mL e 25 mL contendo filtro. | Gilson, Brand, Eppendorf ou similar | ||
| Pipetas automáticas, ponteiras de filtro estéreis e ponteiras estéreis atuais | Gilson, Eppendorf ou similar | ||
| Microcentrífuga de bancada com rotor fixo angular | Eppendorf, Beckman Coulter ou similar | ||
| Centrífuga refrigerada de bancada com rotor de balde oscilante (com adaptadores de tubo de 1,5, 15 e 50 mL) | Eppendorf, Beckman Coulter ou similar | ||
| Incubadora de cultura de células a 37 &graus; C, 5% CO2 e 95% ar | |||
| Tubo de diálise membrana de celulose | Sigma | D9402 | |
| Fechamentos de tubo de diálise | Pipetas | ||
| Microscópio | |||
| Olympus SZ51 ou similar | |||
| Centrífuga refrigerada de alta velocidade Beckman Coulter ou similar com rotor | |||
| Capuz | |||
| Grande 100 mm, 60 mm e pequeno 35 mm Ø placas de cultura de células | Nunc | 150679, 150288 e 150318, respectivamente | |
| Agitador magnético e barras de rotação magnéticas | IKA ou similar | ||
| Cortador de tecidos McIlwain | Mickle Laboratory Engineering | ||
| Um par de pinças retas finas e um par de pinças curvas | Ferramentas finas Instrumentos ou similares | ||
| Lâminas de barbear para o picador | |||
| Bisturis (número 15 e 11) | |||
| Dois pares de espátulas finas para transferência de colágeno e pedaços de tecido | Ferramentas finas Instrumentos ou similares |
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