$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Нейроны, полученные из стволовых клеток человека (hiPSC), становятся все более актуальными в области фундаментальных исследований, разработки лекарственных средств и регенеративной медицины. Рабочие процессы и процедуры для оптимизации их культуры и обслуживания, а также повышения эффективности дифференциации в конкретные нейрональные подтипы, быстро развиваются1,2. Для повышения полезности и рентабельности нейронов, полученных из стволовых клеток человека, в качестве модельных систем, поддающихся анализу высокого содержания при обнаружении лекарственных средств и проверке целей, полезно уменьшить время культивирования, необходимое для создания зрелых, функциональных нейронов, сохраняя при этом максимальную прочность, воспроизводимость и релевантность фенотипа. Хотя трехмерные органоидные культуры являются движущей прорывв в исследовании нейроразвития3, 2-мерные монослойные культуры особенно совместимы с автоматизированными приложениями на основе изображений из-за их минимальной толщины тканей.
Однако адаптация методов скрининга на основе изображений к моделям неврологических и нейроразвития человека сталкивается с серьезной проблемой. Затяжные временные рамки, в течение которых нервная система человека созревает in vivo, требуют длительного времени в культуре для размещения естественных программ экспрессии генов и достижения нейронального созревания.
Одним из практических последствий длительной программы дифференциации нейронов является то, что поддержание hiPSC полученных монослойных культур должны быть устойчивыми в течение многих недель для достижения адекватной зрелости синапса. В течение этого времени, нейронные прародители, которые остаются недифференцированными продолжают делиться. Они могут быстро перерасти культуры и узурпировать содержание питательных веществ, необходимых для поддержания жизнеспособных постмитотических нейронов. Активно едить нервные клетки-прародители (NPC) также могут конкурировать с нейронами для роста субстрата. Это может сделать такие культуры подвержены проблемам плохой адгезии, состояние, неподходящее для анализов на основе изображений. Кроме того, многие исследователи считают, что чем меньше объем культуры, тем больше трудностей в поддержании здоровой популяции дифференцированных нейронов достаточно долго, чтобы наблюдать поздние стадии дифференциации нейронов. Другими словами, анализы созревания синапса с использованием подходов скрининга высокого содержания (HCS) могут быть очень сложными для нейронов, полученных человеком.
Чтобы обойти некоторые из этих проблем, была использована процедура повторного приостановки и повторного использования ранее дифференцированных нейронов, полученных от hiPSC. Во-первых, это позволяет изучать невритный рост (или, точнее, регенерацию неврита) в популяции полностью приверженных нейронов. Во-вторых, повторное переделывание ранее дифференцированных нейронов из большого формата громкости (например, 10 см пластин или больше), вплоть до небольших форматов громкости (например, HCS-совместимых 96- или 384-пузырчатого микротитерных пластин) позволяет значительно сократить общее время культивирования в небольшое состояние объема. Это облегчает изучение синапса сборки и созревания в течение последующих недель в пробирке.
Тем не менее, повторное переплетение зрелых нейронов, которые уже создали длинные невриты и сложную сеть подключения представляет собой несколько проблем, одна из которых иногда высокая и переменная скорость клеточной смерти. Здесь мы описываем процедуру повторного отреплирования, которая приводит к отличной выживаемости клеток и воспроизводимости. Как правило, нейроны подвергаются воздействию протеолитических ферментов в течение коротких инкубационных периодов (обычно 3-10 мин) для того, чтобы отделить клетки от субстрата до тритурации. Это краткое время протеолиза обычно используется для повторного приостановки и прохождения многих типов деления клеток, в том числе ненейрональных клеток и недифференцированных прародителей4,5,6. Однако для дифференцированных нейронов, несущих длинные, взаимосвязанные невриты, важно не только отделить клетки от субстрата, но и нарушить дендритную и аксональную сеть, чтобы изолировать отдельные клетки при минимизации повреждений. Действительно, толстая сетка нейронов обычно имеет тенденцию отделяться от субстрата как единый лист, а не как отдельные клетки. Если не принимать меры по ослаблению толстой сети нейритов, нейроны не только становятся необратимо поврежденными во время тритурации, но многие из них не проходят через фильтр, используемый для удаления комков, что приводит к плохой урожайности клеток. Ниже мы описываем простую модификацию широко используемой процедуры инкубации протеазы для борьбы с этими трудностями.
В описанном ниже протоколе нейроны инкубируются в течение 40-45 мин с легкой протеазой, например, протеолитическим ферментом (например, Accutase). В течение первых 5-10 минут после добавления фермента, нейронная сеть взлетает из субстрата в виде листа. Инкубация с протеаза продолжается еще 30-40 минут, прежде чем приступить к мягкой трикуляции и фильтрации. Это дополнительное время инкубации помогает гарантировать, что переваривание материала расслабляет межклеточной сети, тем самым гарантируя, что последующее тритурирование производит приостановление отдельных клеток. Эта процедура максимизирует единообразие распределения клеток при повторном окупаемости при минимизации клеточной смерти. Мы успешно применили этот метод повторного отправления к hiPSC полученных нейронных культур, порожденных различными протоколами дифференциации7,8 и из различных линий hiPSCs. Процедура номинально подходит для использования с большинством или всеми линиями стволовых клеток, полученных нейронов. Мы заметили, что продолжительное время инкубации протеазы не является абсолютно необходимым для перекалибровки культур из плит малого формата (например, диаметр 35 мм); однако, как мы показываем здесь, оно обеспечивает значительно преимущество от replating от плит большого диаметра (например, диаметр 10 сантиметров или большле), вероятно потому что neurites в таких плитах могут удлинить очень длинние процессы и сформировать плотно взаимосвязанный блок.
Здесь мы демонстрируем этот метод и кратко иллюстрируем его применение в анализах для раннего неуритогенеза и для созревания синапсов, который включает в себя кластеризацию до- и постсинаптических белков вдоль дендритов и аксонов, а затем их более поздние колокализация на синаптических сайтах. Примеры подчеркивают преимущества, которые дает этот протокол в сохранении жизнеспособности и воспроизводимости клеток. Во-первых, это позволяет следователям изучить ранние шаги в неуритогенез человека. Экспериментальная обстановка похожа на широко используемые первичные культуры корковых или гиппокампальных нейронов, где клетки извлекаются из позднего плода или раннего послеродового мозга, разобщены тритурой после мягкого лечения протеазы, и разрешено инициировать невриты или регенерировать невриты, которые были разорваны в процедуре9,10. Подобно таким первичным нейронам грызунов, нейроны, полученные из hiPSC, начинают формировать или регенерировать свои невриты в течение нескольких часов после повторного тестирования, что позволяет создавать конусы роста и морфологию нейритов в среде, оптимальной для высокой пространствентемпоральной визуализации с меньшим количеством окружающих недифференцированных клеток. Мы заметили, что неврит ный рост более синхронизирован по сравнению с переменной задержки и различные темпы роста видели, когда нейроны впервые начинают дифференцировать сяочку от популяции прародителей. Кроме того, переплатывание позволяет анализы нейронов, выражающих нейронные маркеры подтипа, которые обычно появляются позже в нервном развитии, такие как корковый слой 5/6 транскрипционный фактор CTIP2 (Куриный овальбумин вверх по течению промотор транскрипции взаимодействующий с фактором белок 2), или паннейрональный маркер NeuN11. Особенно полезной особенностью подхода replating является то, что синаптогенез протекает в сроки, совместимые с HCS.