Estabelecimento de culturas neuronais hipocampais dissociadas, fetais e roedores
O protocolo aqui apresentado baseia-se nos estudos influentes sobre cultivo de células nervosas realizados por Banker e Goslin15. O protocolo foi refinado para obter culturas neuronais com morfologia, densidade e pureza ideais para a realização de estudos de detecção de anticorpos da superfície neuronal. O protocolo de dissecção e semeadura é dividido em três partes (Figura 1A). A primeira parte, o isolamento hipocampal, consiste na extração cirúrgica do tecido vivo (Figura 1A, painel esquerdo). Como indicado pela figura, ratos Wistar grávidas com embriões E18 são o material de partida chave para uma cultura de sucesso. Uma vez que o cérebro é extraído dos embriões E18, a microcirurgia é realizada sob um estereótipo. Com ferramentas apropriadas (Figura 1B) e manuseio preciso, é possível separar o hipocampo do resto do tecido nervoso. A disposição dos tecidos na mídia específica é retratada na Figura 1C. A segunda parte do protocolo consiste na dissociação celular hipocampal. É subdividida em duas etapas (Figura 1A, painel médio): dissociação enzimática e dissociação mecânica do hipocampo, que resultam em células intactas, dissociadas e únicas. Utilizando essa metodologia, é possível obter culturas celulares sem agregados celulares, conforme representado na Figura 2A-D. A terceira parte do protocolo consiste na semeadura celular (Figura 1A, painel direito). Esta parte do protocolo é crucial para ajustar a densidade e homogeneidade da cultura neuronal na placa. Contar as células e semear 50.000 neurônios em uma área de um prato de 3,5 cm fornece uma densidade ideal para realizar não apenas experimentos para determinar a presença de anticorpos às proteínas da superfície celular neuronal (Figura 3), mas também para analisar a patogenicidade desses anticorpos com imagem de cálcio (Figura 4).

Figura 1: Protocolo visual para culturas primárias de neurônios hipocampais. (A) Fluxograma mostrando as três partes do protocolo para preparar culturas de células dissociadas de neurônios hipocampais de ratos embrionários no E18. O protocolo é dividido em 1. Isolamento hipocampal, 2. Dissociação celular, e 3. Semeadura de células. (B) Seleção de ferramentas recomendadas para isolamento hipocampal agrupadas em três categorias: (1- Fórceps, 2- Fórceps curvos, 3- Tesoura) para coleta de embriões, (4- Fórceps finos, 5- Fórceps finos, 6- Tesouras de cirurgia) para extração cerebral, e (7- Fórceps finos, 8- Molas de precisão) para isolamento hipocampal. (C) Representação esquemática da bandeja de gelo 1 com placas e mídia necessária para o isolamento do hipocampo. Embriões e cabeças são colocados no HBSS, enquanto os cérebros são colocados em nível hibernado + B27. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Culturas de neurônios hipocampais a 18 div são maduras, interconectadas e expressam proteínas estruturais e funcionais
No crescimento e maturação das culturas neuronais, duas fases diferenciadas podem ser apreciadas: a fase de polarização do neurônio (Figura 2A,B) e a fase de desenvolvimento dendrático e construção da rede sináptica (Figura 2C,D). As células em 1 div são distribuídas uniformemente e aderiram à placa, desenvolvendo uma lamella ao redor do corpo celular com neurites menores começando a se estender (Figura 2A). Depois de alguns dias na cultura, os neurites se estendem por uma curta distância. As células apresentam uma polarização significativa, mas há pouco crescimento líquido (Figura 2B). Após esta fase, a sinápsigogênese é proeminente, e os neurônios começam a se interligar. A rede neuronal continua crescendo e se torna mais complexa (Figura 2C). Aos 18 div, os neurônios são maduros e interligados; a rede neuronal é construída (Figura 2D). Uma vez que as espinhas sinápticas são formadas e conectadas, os neurônios são totalmente polarizados e expressam todas as proteínas funcionais e estruturais. Das muitas proteínas expressas por neurônios cultivados maduros, o receptor neuronal NMDA (Figura 2E) e a proteína sináptica PSD95 (Figura 2F) foram escolhidos aqui como marcadores representativos. Além disso, é possível visualizar seletivamente axônios rotulando neurofilamento (NF) (Figura 2G) e visualizando dendritos mirando a proteína MAP2 (Figura 2H).
Figura 2: Curso temporal do amadurecimento das culturas dissociadas das neurônios hipocampais. (A-D) Imagens de contraste de fase de neurônios hipocampais durante os primeiros 18 dias de cultura. (A) Neurônios a 1 div após o apego ao substrato revestido de PLL. (B) O surgimento de pequenos neurites em neurônios a 5 div. (C) Neurônios a 11 div desenvolveram neurites longos que alongam e adquirem características axonais. (D) Os neurônios a 18 div são maduros e formaram uma rede neural. Barra de escala (A-D) = 40 μm. (E-H) Imagens fluorescentes representativas tiradas por microscopia de varredura a laser confocal usando marcadores seletivos para mostrar neurônios maduros a 18 div. As culturas neuronais foram fixadas e imunossurgiram com anticorpos que mancham seletivamente para (E) receptor neuronal (NMDAR), (F) marcador sináptico (PSD95), (G) marcador axonal (neurofilamento, NF) e (H) marcador dendrático (MAP2). Barra de escala (E-H) = 20 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Anticorpos em amostras de pacientes reagem com antígenos da superfície celular neuronal
As amostras (soro e CSF) obtidas de pacientes com encefalite anti-NMDAR contêm autoanticorpos que reconhecem o NMDAR presente na superfície dos neurônios. A incubação das culturas com as amostras do paciente produz um sinal intenso de fluorescência na superfície celular e dendritos (Figura 3A,C). Em contraste, as amostras de controle não produzem sinal de fluorescência quando administradas às culturas neuronais (Figura 3B,D). Esses achados mostram como as culturas podem ser usadas para rastrear amostras de pacientes para anticorpos e podem levar à identificação de novos anticorpos que visam a superfície celular neuronal.
A amostra de CSF do paciente diminui a concentração intracelular de cálcio em culturas induzidas pelo NMDA de neurônios hipocampais
Para avaliar o efeito dos anticorpos dos pacientes na atividade neural (após o tratamento de 24 horas), os transitórios intracelulares de cálcio foram monitorados opticamente a partir dos neurônios cultivados em tempo real após a estimulação mediada pelo NMDA. A aplicação do NMDA gera um aumento na intensidade da fluorescência, como indicado por uma mudança na fluorescência verde intracelular (Figura 4A e Vídeo Suplementar 1). Os neurônios tratados com a amostra de CSF de controle apresentaram maior diferença na intensidade da fluorescência (56%) quando o estimulador foi aplicado em comparação com as células tratadas com a amostra de CSF do paciente. As diferenças na intensidade da fluorescência foram medidas, e as curvas de estimulação mediadas pelo NMDA dos dados extraídos da soma das células foram comparadas (Figura 4B,C). As curvas de estimulação mostram que houve um fluxo intracelular de cálcio em ambos os cenários, mas as culturas tratadas com o CSF (linha cinza) dos pacientes apresentaram uma resposta menor do que as culturas tratadas pelo controle (linha preta). Esses resultados demonstram que os anticorpos presentes no CSF dos pacientes diminuem a atividade celular devido à interação dos anticorpos com o NMDAR e, assim, causam um efeito patogênico.

Figura 3: Os anticorpos do paciente reagem com a superfície das culturas neuronais. (A,E) Soro e CSF de pacientes com encefalite anti-NMDAR reagem com a superfície celular de neurônios hipocampais de ratos vivos, (B,F) enquanto o soro e o CSF dos sujeitos de controle não mostram reatividade. Barra de escala (A, B,E,F) = 20 μm. Imagem de ampliação mais elevada de um dendrite (63x) mostrando o padrão típico de reatividade da superfície para (C,G) o soro e CSF do paciente e (D,H) negativo para controles. As imagens foram tiradas por microscopia de varredura a laser confocal. Barra de escala = 10 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Os anticorpos do paciente reduzem o fluxo de cálcio em neurônios de ratos expressando GCaMP5G. (A) A administração da solução de estimulação (NMDA [100 μM] + Glycine [1 μM]) em culturas de neurônios desencadeou um fluxo de cálcio, como indicado pelo aumento da fluorescência verde intracelular (pico de estimulação), em comparação com a imagem tirada antes da estimulação (pré-estimulação). Após os 120 anos, a intensidade da fluorescência diminui e estabiliza (pós-estimulação). As culturas tratadas com o CSF dos pacientes apresentaram redução significativa (56%) no aumento de cálcio mediado pelo NMDA em comparação com o CSF do controle. As imagens foram tiradas por microscopia de fluorescência. Barra de escala = 20 μm. (B) Um enredo de um dos três experimentos independentes representando a intensidade da fluorescência ao longo do tempo (180 s) para as culturas tratadas com csf (linha preta) do controle e CSF (linha cinza) dos pacientes sobre a estimulação NMDA (seta azul). n (Controles' CSF) = 20 células; n (CSF dos pacientes) = 28 células. Os dados são representados como média ± AS parcelas da Caixa mostram a mediana, 25ª e 75ª percentis. Os bigodes indicam os valores mínimos e máximos. A avaliação da significância foi realizada por análise bidirecional de variância (ANOVA; p < 0,0001) e testes mann-whitney u (p < 0,0001). O valor de p < 0,05 foi considerado estatisticamente significante. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Vídeo suplementar 1: Vídeo mostrando dois neurônios hipocampais expressando GCaMP5G lado a lado: neurônio tratado com CSF (esquerda) do controle vs. neurônio tratado com CSF (direita) dos pacientes. A aplicação de NMDAR (estimulação) gera um aumento na intensidade de fluorescência intracelular em ambos os casos, mas com um nível significativamente maior no neurônio tratado com o CSF do controle sobre aquele tratado com o CSF dos pacientes. As imagens foram tiradas por microscopia de fluorescência e editadas com ImageJ aplicando a tabela de procuração (LUT) Fire. 1700 quadros (170 s); acelerado 5 vezes. Barra de escala = 10 μm. Clique aqui para baixar este Arquivo.