Este protocolo fornece uma técnica para colher e cultivar gânglio da raiz dorsal (DRG) explantado de ratos Sprague Dawley adultos em um dispositivo multicompartimental (MC).
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Artigo de método
Este protocolo fornece uma técnica para colher e cultivar gânglio da raiz dorsal (DRG) explantado de ratos Sprague Dawley adultos em um dispositivo multicompartimental (MC).
A característica neuronal periférica mais comum da dor é um limiar de estimulação reduzido ou hipersensibilidade dos nervos terminais dos gânglios da raiz dorsal (DRG). Uma causa proposta para essa hipersensibilidade está associada à interação entre células imunes no tecido periférico e neurônios. Os modelos in vitro forneceram conhecimento fundamental para entender como esses mecanismos resultam em hipersensibilidade ao nociceptor. No entanto, os modelos in vitro enfrentam o desafio de traduzir a eficácia para humanos. Para enfrentar esse desafio, um modelo in vitro fisiologicamente e anatomicamente relevante foi desenvolvido para a cultura de gânglios da raiz dorsal intactos (DRGs) em três compartimentos isolados em uma placa de 48 poços. Os DRGs primários são colhidos de ratos Sprague Dawley adultos após a eutanásia humana. O excesso de raízes nervosas é aparado e o DRG é cortado em tamanhos apropriados para cultura. Os DRGs são então cultivados em hidrogéis naturais, permitindo um crescimento robusto em todos os compartimentos. Este sistema multicompartimental oferece isolamento anatomicamente relevante dos corpos celulares DRG de neurites, tipos de células fisiologicamente relevantes e propriedades mecânicas para estudar as interações entre células neurais e imunes. Assim, esta plataforma de cultura fornece uma ferramenta valiosa para investigar estratégias de isolamento de tratamento, levando a uma abordagem de triagem aprimorada para prever a dor.
A dor crônica é a principal causa de incapacidade e perda de trabalho em todo o mundo1. A dor crônica afeta cerca de 20% dos adultos em todo o mundo e impõe um ônus social e econômico significativo2, com custos totais estimados entre US$ 560 e US$ 635 bilhões por ano nos Estados Unidos3.
A principal característica periférica exibida por pacientes com dor crônica é um limiar de estimulação dos nervos diminuído, o que leva o sistema nervoso a ser mais responsivo aos estímulos 4,5. O limiar de estimulação reduzido pode resultar em uma resposta dolorosa a um estímulo anteriormente não doloroso (alodinia) ou uma resposta aumentada a um estímulo doloroso (hiperalgesia)6. Os tratamentos atuais para dor crônica têm eficácia limitada, e os tratamentos que são bem-sucedidos em modelos animais geralmente falham em testes em humanos devido a diferenças mecanicistas na manifestação da dor7. Modelos in vitro que podem mimetizar com mais precisão os mecanismos de sensibilização periférica têm o potencial de aumentar a tradução de novas terapêuticas 8,9. Além disso, ao modelar os principais aspectos dos nervos sensibilizados em um sistema de cultura, os pesquisadores podem desenvolver uma compreensão mais profunda dos mecanismos que impulsionam os limiares reduzidos e identificar novos alvos terapêuticos que os revertem10.
As plataformas in vitro ou sistemas microfisiológicos ideais incorporariam a separação física de neuritos distais e corpo celular dos gânglios da raiz dorsal (DRG), um ambiente celular tridimensional (3D) e a presença de células de suporte nativas para imitar de perto as condições in vivo . No entanto, um artigo recente de Caparaso et al.11 mostra que as plataformas de cultura DRG atuais carecem de uma ou mais dessas características-chave, tornando-as insuficientes na replicação de condições in vivo . Embora essas plataformas sejam fáceis de configurar, elas não imitam a base biológica da sensibilização periférica e, portanto, podem não se traduzir em eficácia in vivo . Para resolver essa limitação, um modelo in vitro fisiologicamente relevante foi desenvolvido para a cultura de gânglios da raiz dorsal (DRG) dentro de uma matriz de hidrogel com três compartimentos isolados para permitir o isolamento fluídico temporal de neuritos e corpos celulares DRG11. Este modelo oferece relevância fisiológica e anatômica, que tem o potencial de estudar a sensibilização periférica de neurônios in vitro.
O crescente interesse no uso de explantes DRG em uma cultura 3D se deve à sua capacidade de facilitar o crescimento robusto de neuritos, que serve como um indicador indireto da viabilidade do DRG12. Enquanto os explantes DRG neonatais ou embrionários primários são predominantemente usados em plataformas de cultura in vitro atuais13,14, o uso de explantes de roedores adultos fornece um modelo melhor de fisiologia neuronal madura, que imita de perto a fisiologia DRG humana em comparação com explantes de roedores neonatais ou embrionários15. Os DRGs de explante referem-se à preservação do tecido celular e molecular do tecido DRG nativo, principalmente pela manutenção de células de suporte não neuronais nativas. Aqui, este protocolo descreve a metodologia para colher e cultivar explantes de DRG de ratos adultos da raça Sprague Dawley em um dispositivo multicompartimental (MC) (Figura 1).
A eficácia foi demonstrada na cultura de DRGs da coluna cervical, torácica e lombar sem diferenças observáveis no crescimento de neuritos. Para esta aplicação, o objetivo era provocar o crescimento de neuritos nos compartimentos externos do dispositivo; portanto, este artigo não discriminou entre os níveis de DRG. No entanto, se necessário para um experimento específico, o nível de DRG pode ser adaptado para atender às necessidades dos experimentadores. Atualmente, existem outros modelos de cultura compartimentados para a cultura 3D de DRGs16, no entanto, esses dispositivos não contêm células de suporte não neuronais nativas preservadas, o que pode limitar a tradução. Preservar a estrutura nativa dos DRGs colhidos é importante porque garante a retenção de células de suporte não neuronais, cujas interações com os neurônios DRG são essenciais para a manutenção das propriedades funcionais desses neurônios. Vários estudos co-cultivaram DRGs dissociados com células neuronais não nativas, como células de Schwann, para promover a mielinização de neurônios 17,18,19.
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A colheita do DRG foi realizada em conformidade com o Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da Universidade de Nebraska-Lincoln. Ratos Sprague Dawley fêmeas com 12 semanas de idade (~ 250 g) foram usados para o estudo. Os detalhes dos animais, reagentes e equipamentos usados no estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Fabricação e montagem de dispositivos com vários compartimentos
2. Preparação de hidrogel
3. Preparação da solução do fotoiniciador
NOTA: Um fotoiniciador é necessário para reticular o MAHA sob luz ultravioleta. É comumente usado em porcentagens de 0,3% a 0,6%.
4. Dissolução de ácido hialurônico metacrilato
5. Montagem do dispositivo
6. Preparação animal
7. Colheita de gânglios da raiz dorsal (DRG)
8. Corte e corte DRG
9. Neutralização do colagênio
10. Fabricação de hidrogel
11. Incorporação de DRG
12. Controlar a incorporação do DRG
13. Imagens DRG
14. Quantificação de neuritos DRG
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O presente protocolo descreveu uma técnica para colher e cultivar DRG de ratos adultos da raça Sprague Dawley em um dispositivo multicompartimental (MC). Conforme mostrado na Figura 1, o DRG colhido de ratos adultos foi aparado e cortado em ~ 0,5 mm. Os DRGs aparados e cortados foram então incluídos em um hidrogel na região soma do dispositivo MC (Figura 2) e cultivados por 27 dias antes da quantificação dos neuritos. O DRG foi cultivado em gel ...
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Este protocolo descreve um método para colher DRGs Sprague Dawley adultos e cultivá-los em hidrogéis naturais 3D. Em contraste com esse método, outras abordagens para a coleta de DRGs de camundongos e ratos envolvem o isolamento da coluna vertebral. A coluna vertebral excisada é reduzida pela metade e a medula espinhal é removida para expor DRGs 23,24,25. Danos à medula espinhal limitam o suprimento sanguíneo, o que afeta DRGs e...
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Os autores deste estudo declaram não ter conflito de interesses.
Este trabalho foi apoiado por uma bolsa da NSF (2152065) e um prêmio NSF CAREER (1846857). Os autores gostariam de agradecer a todos os membros atuais e anteriores do Wachs Lab por contribuírem para este protocolo. Os diagramas da Figura 1 foram feitos em Biorender.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| #5 fórceps | Fine Science Tools | 11252-00 | Para aparar e cortar DRG |
| 10x | DMEM MilliporeSigma | D2429 | |
| 1x PBS (autoclavado) | Preparado em laboratório | 7.3 - 7.5 pH | |
| 24 placas de poços | VWR | 82050-892 | Para armazenar temporariamente DRGs colhidos e cortados |
| 3 mL Seringa estéril, uso único | BD | 309657 | |
| Placas de 48 poços | Greiner Bio-One | 677180 | |
| 60 mm Placa de Petri | Fisher Scientific | FB0875713A | Para segurar meios para aparar e cortar |
| Folha de alumínio | Fisherbrand | 01-213-104 | |
| B27 Plus 50x | ThermoFisher | 17504044 | Para meios DRG |
| Colágeno tipo I | Ibidi | 50205 | |
| Curvo copo Friedman Pearson Rongeur | Fine Science Tools | 16221-14 | Para dissecação |
| Dumont # 3 fórceps | Fine Science Tools | 11293-00 | Para dissecção |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | ThermoFisher | 16000044 | Para mídia DRG |
| Forma cura | Form Labs | agente de cura | |
| Form wash | Form Labs | Para lavar o excesso de resinas MC | |
| Esterilizador de esferas de vidro | Fisher Scientific | NC9531961 | |
| Frascos de vidro (8 mL) | DWK Life Sciences (Wheaton) | 224724 | |
| GlutaMax | ThermoFisher | 35050-061 | Para meios DRG |
| HEPES (1M) | Millipore Sigma | H0887 | |
| Resina V2 de alta temperatura | FormLabs | FLHTAM02 | |
| Sal de Sódio de Ácido Hialurônico | MilliporeSigma | 53747 | Usado para fazer MAHA |
| Irgacure | MilliporeSigma | 410896 | |
| Laminina | R & D Systems | 344600501 | |
| Tesoura grande de ponta romba | Militex | EG5-26 | Para dissecação |
| Pinça grande (pontas serrilhadas) | Militex | 9538797 | Para dissecação |
| Tesoura grande de ponta afiada | Fine Science Tools | 14010-15 | Para dissecação |
| Pontas de pipeta de baixa retenção | Fisher Scientific | 02-707-017 | Para pipetagem de colágeno e MAHA |
| Ácido hialurônico metacrilato (MAHA) | Preparado em laboratório | N/A | 85 - 115% de metacrilação |
| Fator de crescimento nervoso (NGF) | R& D Systems | 556-NG-100 | Para mídia DRG |
| Mídia Neurobasal A | ThermoFisher | 10888022 | Para mídia DRG |
| Parafilm | Bemis | PM996 | |
| Parafilm | Bemis | PM996 | |
| Penicilina/Estreptomicina (PS) | EMD Millipore | 516106 | Para mídia DRG |
| Tiras de teste de pH | VWR International | BDH35309.606 | |
| Ponteiras de pipeta (1000 µ L) | USA Scientific | 1111-2021 | |
| Preform 3.23.1 software | Formslab | Para fazer upload do arquivo STL | |
| Impressora 3D de resina | |||
| Tesoura pequena de ponta afiada | Ferramentas de ciências finas | 14094-11 | Para dissecação |
| Bicarbonato | de sódioMilliporeSigma | S6014 | |
| Copo Reto rongeur | Ferramentas de Ciência Fina | 16004-16 | Para dissecação |
| Tesoura de mola de borda reta | Ferramentas de Ciência Fina | 15024-10 | Para dissecção |
| Lâmina de Escaplão Cirúrgico (No. 10) | Fisher Scientific | 22-079-690 | |
| Filtros de seringa, PES (0.22 µ m) | Celltreat | 229747 | |
| Tesoura minúscula da mola | 14003 | precisão do mundo | para aparar e cortar a |
| lâmpada UV | Analytik Jena E.U. | de Celltreat para o hidrogel do photocrosslink (15 - 18 mW/cm2) |
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