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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Aqui apresentamos um protocolo para a geração espontânea de neuroesferas enriquecidas em células progenitoras neurais de neurônios chapeados de alta densidade. Durante a mesma experiência, quando os neurônios são chapeados em uma densidade mais baixa, o protocolo igualmente conduz às culturas preliminares prolongadas do neurônio de rato.
A cultura primária do neurão é uma técnica essencial no campo da neurociência. Para obter insights mecanísticos mais profundos sobre o cérebro, é essencial ter um modelo in vitro robusto que pode ser explorado para vários estudos de neurobiologia. Embora as culturas preliminares do neurônio (isto é, culturas hippocampal a longo prazo) forneceram cientistas com modelos, não representa ainda a complexidade da rede do cérebro completamente. Na esteira dessas limitações, um novo modelo surgiu usando neuroesferas, que tem uma semelhança mais estreita com o tecido cerebral. O protocolo atual descreve o chapeamento de densidades elevadas e baixas de neurônios corticais e hippocampal misturados isolados do embrião do dia embrionário 14-16 ratos de Sprague Dawley. Isto permite a geração de neuroesferas e a cultura preliminar a longo prazo do neurônio como duas plataformas independentes para conduzir uns estudos mais adicionais. Este processo é extremamente simples e rentável, pois minimiza várias etapas e reagentes anteriormente considerados essenciais para a cultura do neurônio. Este é um protocolo robusto com requisitos mínimos que podem ser realizados com resultados alcançáveis e mais utilizados para uma diversidade de estudos relacionados à neurociência.
O cérebro é um circuito intrincado de células neuronais e não-neuronais. Durante anos, os cientistas têm tentado obter informações sobre esta maquinaria complexa. Para isso, os neurocientistas recorreram inicialmente a várias linhagens celulares transformadas em nervo para investigações. No entanto, a incapacidade dessas linhagens de células clonais de formar conexões sinápticas fortes e axônios ou dendritos adequados mudaram o interesse científico para as culturas primárias do neurão1,2. O aspecto mais excitante da cultura do neurônio primário é que ele cria uma oportunidade para observar e manipular os neurônios vivos3. Além disso, é menos complexa em comparação com o tecido neural, o que o torna um candidato ideal para estudar a função e o transporte de várias proteínas neuronais. Recentemente, vários desenvolvimentos nas áreas de microscopia, genômica e proteômica têm gerado novas oportunidades para os neurocientistas explorarem as culturas neurais4.
As culturas primárias permitiram que os neurocientistas explorem os mecanismos moleculares por trás do desenvolvimento neural, analisem várias vias de sinalização neural e desenvolvam uma compreensão mais coerente da sinsicose. Embora uma série de métodos relataram culturas de neurônios primários (principalmente a partir da origem hipocampal5,6,7),um protocolo unificado com um meio quimicamente definido que permite a cultura de longo prazo de neurônios é ainda necessário. Entretanto, os neurônios chapeados em uma baixa densidade são observados o mais frequentemente, que não sobrevivem a longo prazo, provavelmente devido à falta do apoio trófico8 que é fornecido pelos neurônios adjacentes e pelas pilhas glial. Alguns métodos sugeriram até mesmo a coculturação dos neurônios primários com células gliais, onde as células gliais são usadas como uma camada de alimentador9. Entretanto, as pilhas glial levantam muitos problemas devido a seu overgrowth, que substituem às vezes o crescimento neuronal10. Assim, considerando os problemas acima, é necessário um protocolo de cultura neural primária mais simples e rentável, que pode ser usado tanto por neurobiólogos quanto por neuroquímicos para investigações.
Uma cultura primária de neurónios é essencialmente uma forma de cultura 2D e não representa a plasticidade, a integridade espacial ou a heterogeneidade do cérebro. Isso tem dado origem à necessidade de um modelo 3D mais crível chamado neuroesferas11,12. As neuroesferas apresentam uma nova plataforma para os neurocientistas, com uma semelhança mais estreita com o cérebro real, in vivo13. As neuroesferas são aglomerados 3D não aderentes de células que são ricas em células-tronco neurais (NSCs), células progenitoras neurais (NPCs), neurônios e astrócitos. Eles são uma excelente fonte para o isolamento de células-tronco neurais e células progenitoras neurais, que podem ser usadas para estudar a diferenciação em várias linhagens neuronais e não-neuronais. Outra vez, a variabilidade dentro das culturas da neurofera produzidas usando os protocolos previamente relatados apresenta uma barreira à formulação de um protocolo unificado da cultura da neurofera14.
Este manuscrito apresenta um protocolo em que é possível gerar ambas as plataformas 2D e 3D alternando densidades do chapeamento de pilha de uma cultura cortical e hippocampal misturada. Observa-se que dentro de 7 dias as neuroesferas livres-flutuantes são obtidas dos neurônios chapeados high-density isolados do embrião do rato de E14-E16 Sprague Dawley, que em cima da cultura mais adicional, formam pontes e interconexões através das extensões glial-como radiais. Similarmente, nos neurônios chapeados da baixa densidade, uma cultura preliminar do neurônio que possa ser mantida por até 30 dias é obtida mudando o meio da manutenção duas vezes por a semana.
Todos os procedimentos experimentais envolvendo animais foram aprovados pelo Comitê de ética animal institucional do CSIR-Instituto indiano de biologia química (IICB/AEC/reunião/abr/2018/1).
1. reagente e preparação dos meios
2. preparação de coberturas
3. preparação de placas revestidas de poli-D-lisina para a cultura do neurônio
4. remoção e decapitação do feto
Nota: esterilizar todos os instrumentos cirúrgicos embalados em folha de alumínio em autoclave a 121 ° c (15 psi) por 30 min. Isto inclui um par de tesouras Blunt-end, fórceps, fórceps fino, duas tesouras finas, e um fórceps da artéria para o procedimento inteiro.
5. remoção do cérebro e dissecção do córtex com hipocampo
6. dissociação do tecido cortical e hipocampal em neurônios únicos
Neste protocolo, uma estratégia simples foi elucidada em que as densidades variáveis do chapeamento de pilha de duas plataformas de seleção neural diferentes são obtidas. A Figura 1a,B ilustra a aderência das células após 4 h de chapeamento dos neurônios em células de alta e baixa densidade, respectivamente. Ao observar a aderência adequada dos neurônios como mostrado na Figura 1, o meio de revestimento foi substituído por meio de manutenção em cada um dos poços e, assim, retornou à incubadora a 37 ° c. Comparativamente mais adesão da pilha foi observada nos neurônios chapeados high-density. Após 24 h de chapeamento, os neurônios chapeados de alta e baixa densidade mostraram extensões neuronais elaboradas e interconexões sinápticas, como observado nas imagens de contraste de interferência diferencial (DIC) na Figura 2a,B.
Na Figura 3a, uma imagem de contraste de fase dos neurônios chapeados de baixa densidade após 7 dias na cultura é representada. Aqui, os neurônios desenvolveram uma rede sináptica elaborada consistindo de ramos dendríticos. Estes neurônios podem ser mantidos por até 30 dias mudando o meio de manutenção a cada 3 dias com o desenvolvimento de redes neuronais mais intrincadas. Na Figura 3B,C, a coloração Immunocytochemical foi realizada para revelar a natureza neuronal de neurônios de cultura de baixa densidade por coloração com marcadores neuronais Tuj1 (um marcador de neurônios diferenciados)21 e Tau (um marcador de axônios)22 , respetivamente. A cor vermelha na Figura 3B indica a presença de coloração Tuj1, e o verde na Figura 3C representa a coloração nos axônios dos neurônios primários. A pureza da cultura neuronal é mostrada pela ausência de coloração de marcadores não-neuronais para GFAP de astrócitos (Figura 3D) e O4 de oligodendrócitos (Figura 3E). Os núcleos mostrados no azul foram manchados com Hoechst 33258.
Os neurônios chapeados de alta densidade após 7 dias são marcados pela formação de neuroesferas espontâneas, como observado na figura 4a,B,C,D. Após 8-10 dias, foram observadas pontes distintas que consistiam de extensões radiais de glial entre as neuroesferas, como observado na Figura 4E. As neuroesferas foram ricamente dotadas de NPCs, que coexpressam os marcadores Nestin e Tuj123. As neurospeheres mostram coloração positiva de Nestin e Tuj, como mostrado na Figura 524. Os núcleos mostrados no azul foram manchados com Hoechst 33258. Estas neuroesferas podem ser mantidas por várias semanas, cultivando-as em placas de fixação Ultrabaixa. Na Figura 6, foi avaliada a longevidade dos neurônios cultivados por cerca de 30 dias, e a viabilidade celular foi mensurada em um intervalo de ~ 5 dias usando o ensaio convencional de MTT [3-(4, 5-dimetilthiazol-2-yl)-2,5-difeniltetrazólio], no qual foi constatou que os neurônios apresentaram mais de 90% de viabilidade mesmo após 30 dias de cultura.
Em seguida, avaliou-se a percentagem de astrócitos nas culturas semeadas de alta e baixa densidade. Uma vez que esta metodologia é voltada principalmente para a cultura de neurônios, foi importante avaliar se este método suporta o crescimento preferencial de neurônios sobre células não-neuronais, especialmente os astrócitos. A presença de uma população de astrócitos foi observada na cultura de alta densidade de formação de neurofera, marcada pela coloração verde da GFAP na Figura 7a; embora, significativamente menos foi observado comparado ao Tuj1 (vermelho)-população neuronal manchada. Isso também foi reafirmado pelos dados quantitativos da Figura 7B, em que ~ 17% das populações de células foram expressando GFAP, em comparação com 83% da população em Tuj1 expressando células.
A população astrocítica também foi investigada por meio da coloração de GFAP, comparada à população neuronal (coloração Tuj1) em células semeadas de baixa densidade, durante 7 dias contínuos. Embora uma diferença significativa no número total de células não tenha sido observada durante o curso de 7 dias, devido à baixa semeadura, a população de astrocícitos também foi observada como sendo muito baixa (quase nenhuma ou muito baixa coloração de GFAP), sendo a maioria a população neuronal (muito expressão Tuj1 elevada), como observado na figura 8a.
Como mostrado na Figura 8B, a análise quantitativa foi realizada contando-se a população de astrócitos e neurônios obtidos através da microscopia com o auxílio do software cellsens, no qual apenas ~ 2%-3% da população de astrocite foi observada inicialmente. Devido à falta de meios adequados e nutrientes para apoiar o seu crescimento, esta população de astrócitos também lentamente pereceram ao longo do tempo, enquanto que na presença de fatores ideais e meios de comunicação, os neurônios rapidamente assumiu toda a cultura.
Como mostrado na Figura 9, observou-se que, devido à presença de NPCs, as neuroesferas também expressaram altas quantidades de astrócitos, marcadas pelo forte sinal verde da coloração de GFAP, juntamente com um sinal Tuj1 mais forte. Finalmente, para observar se essas neuroesferas se expandiram ao longo do tempo, após 1 semana de cultura de alta densidade, altura em que as pequenas neuroesferas começaram a se formar, algumas foram transferidas em placas de fixação Ultrabaixa e seu crescimento foi monitorado a cada 5 dias para até 15 dias.
Um ensaio de células mortas/vivos também foi realizado com calceina AM (verde) e iodeto de propiídio (vermelho) para verificar a saúde das células. Observou-se que as neuroesferas em expansão mostraram grande quantidade de fluorescência verde sem coloração vermelha, indicando que não ocorreram mortes nas neuroesferas por pelo menos 15 dias de cultura, conforme apresentado na Figura 10A. Como mostrado na Figura 10B, a expansão volumosa das neuroesferas foi observada a cada 5 dias em cultura por até 15 dias. Para traçar o gráfico de linha representando o eventual aumento do volume de neuroesferas (para cada ponto temporal), foram estudadas 50 neuroesferas, e suas médias foram utilizadas para derivar os volumes da neurofera em cada ponto temporal.

Figura 1 : Respresentação da adesão da pilha após 4 h do chapeamento. (A) adesão celular em neurônios chapeados de alta densidade. (B) adesão celular em neurônios chapeados de baixa densidade. A barra de escala em (A, B) é 200 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2 : Morfologia da pilha dos neurônios após 24 h do chapeamento. (A) morfologia celular dos neurônios chapeados de alta densidade. (B) morfologia celular de neurônios chapeados de baixa densidade. As barras de escala em (A, B) representam 20 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3 : Morfologia e caracterização de neurônios chapeados de baixa densidade após 7 dias. (A) fase-imagem do contraste dos neurônios que mostram sprouting extensivo. A barra de escala representa 200 μm. sobreposição de imagens mostrando a expressão de proteínas neuronais (B) Tuj1 (vermelho) e (C) Tau (verde). Immnunocytochemistry claramente mostrando ausência de coloração em proteínas não-neuronais (D) GFAP (verde) e (e) O4 (vermelho). Os núcleos foram manchados com Hoechst 33258 (azul). As barras de escala em (B, C, D, E) representam 20 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4 : Formação de neuroesferas em neurônios chapeados de alta densidade após 7 dias. (A-D) Neuroesferas espontâneamente geradas após 7 dias na cultura dos neurônios chapeados high-density. (E) formação de extensões radial glial-like entre duas neuroesferas recém-formadas como indicado por setas pretas. As barras de escala em (A, B, C, D, E) representam 200 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5 : Caracterização das neuroesferas obtidas. Imagem da sobreposição das neuroesferas que mostram a expressão para a proteína neuronal Tuj1 (vermelho) e o marcador neural da pilha de haste Nestin (verde), indicando uma população NPC-rica. Os núcleos foram manchados com Hoechst 33258 (azul). A barra de escala representa 20 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6 : Viabilidade celular de neurônios primários. O gráfico de barras representa a viabilidade celular dos neurônios primários, avaliados por meio de um ensaio de MTT por até 30 dias em intervalos de 5 dias. A barra de erro representa o SD do valor (* p < 0, 5). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7 : Caracterização de culturas high-density da neurosphere-formação com marcador neuronal Tuj1 e marcador GFAP do astrocyte. (A) aimagem mostra células semeadas de alta densidade (no modo DIC), que gera neuropsheres expressando tanto GFAP (para astrócitos) e Tuj1 (para neurônios). Os núcleos foram manchados com Hoechst 33258. A barra de escala representa 20 μm. (B) gráfico de barras representa o percentual da população de células expressando Tuj1 e células expressando GFAP na neuroesfera gerando células de alta densidade. Barra de erro representa SD (* p < 0, 5). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8 : Caracterização de pilhas chapeadas de baixa densidade para a cultura preliminar do neurônio com marcador neuronal Tuj1 e marcador GFAP do astrocyte continuamente até 7 dias. (A) aimagem mostra as células semeadas de baixa densidade em quatro canais diferentes (ou seja, DIC, canal azul [indica coloração nuclear por Hoechst 33258], canal verde [coloração GFAP] e canal vermelho [para coloração Tuj1]) por 7 dias continuamente. A barra de escala representa 20 μm. (B) o gráfico de barras representa a proporção percentual de populações de células expressando Tuj1 às células que expressam GFAP nas células semeadas de baixa densidade para a cultura do neurônio primário por 7 dias. Barra de erro representa SD (* p < 0, 5). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 9 : Imunocoloração de neuroesferas obtidas com GFAP e Tuj1. As imagens das neuroesferas obtidas são (a) em modo DIC, (B) coloração do núcleo usando Hoechst 33258, (C) marcador de astrocite GFAP (verde) e (D) marcador neuronal Tuj1 (vermelho). A barra de escala representa 20 μm. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 10 : Crescimento e ensaio de células mortas e vivos de neuroesferas ao longo de 15 dias. (A) a imagem mostra o crescimento de uma neurofera ao longo de 15 dias em intervalos de 5-dia no modo DIC, bem como a sua coloração com calceina am (verde indica células ao vivo) e PI (iodeto de propiídio com uma cor vermelha indica células mortas). A barra de escala representa 20 μm. (B) gráfico representa o aumento do tamanho das neuroesferas cultivadas em placas de baixa aderência ao longo de um período de 15 dias em intervalos de 5 dia. A barra de erro representa o SD. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não declaram interesses financeiros concorrentes.
Aqui apresentamos um protocolo para a geração espontânea de neuroesferas enriquecidas em células progenitoras neurais de neurônios chapeados de alta densidade. Durante a mesma experiência, quando os neurônios são chapeados em uma densidade mais baixa, o protocolo igualmente conduz às culturas preliminares prolongadas do neurônio de rato.
Agradecemos a instalação animal da CSIR-IICB. G. D. graças ICMR, J. K. e V. G. agradecer DST Inspire, e D. M. obrigado DBT, Índia para suas bolsas. S. G. gentilmente reconhece SERB (EMR/2015/002230) Índia para fornecer apoio financeiro.
| Anti-GFAP | Abcam | AB7260 | |
| Anti-Nestin | Abcam | AB92391 | |
| Anti-O4 | Millipore | MAB345 | |
| Anti-Tau | Abcam | AB76128 | |
| Anti-Tuj1 | Millipore | MAB1637 | |
| B27 Serum Free Supplement | Gibco | 17504-044 | |
| Cell Counter | Life technologies | Countess II FL | |
| Incubadora de CO2 | Eppendorf | Galaxy 170 R | |
| D-glicose | SDFCL | 38450-K05 | |
| Microscópio de Fluorescência | de Etanol Merck Millipore | 100983 | |
| Olympus | IX83 Modelo | ||
| Formaldeído | Sigma Aldrich | 47608 | |
| GlutaMax-I Suplemento | Gibco | 35050-061 | |
| GtXMs IgG Fluor | Millipore | AP1814 | |
| GtXMs IgG (H+L) | Millipore | AP124C | |
| HEPES | SRL | 16826 | |
| Hoechst 33258 | Calbiochem | 382061 | |
| Soro para Cavalos | HiMedia | RM10674 | |
| Ácido Clorídrico | Rankem | H0100 | |
| Capuz Laminar | BioBase | BBS-V1800 | |
| MEM Eagle' s com Earle' s BSS | Microscópio Sigma Aldrich | M-2279 | |
| Dewinter | Modelo | Victory | |
| Neurobasal Medium | Gibco | 21103-049 | |
| Plasticware (placa de 24 poços, filtros de células e placas de baixa aderência) | BD Falcon | 353047, 352350 e 3471 | |
| 90 mm Petridish | Himedia | PW001 | |
| Penicilina/Estreptomicina | Gibco | 15140-122 | |
| Poli-D-Lisina | Millipore | A.003.E | |
| Cloreto de Potássio | Fisher Scientific | BP366-500 | |
| Fosfato de Potássio Monobásico | Merck | MI6M562401 | |
| Cloreto de Sódio | Qualigem | 15918 | |
| Fosfato de Sódio Dibásico | Merck | MI6M562328 | |
| Stereomicrosope | Dewinter | Zoomstar Modelo | |
| Triton-X 100 | SRL | 2020130 | |
| Solução Azul de Tripano | Gibco | 15250-061 | |
| 0,25% Tripsina-EDTA | Gibco | 25200-072 |