Создание диссоциированных, фетальных, грызунов, культур гиппокампа
Протокол, представленный здесь, основан на влиятельных исследованиях по культивированию нервных клеток, выполненных Banker и Goslin15. Протокол был усовершенствован для получения нейронных культур с оптимальной морфологией, плотностью и чистотой для проведения исследований обнаружения нейронных поверхностных антител. Протокол вскрытия и посева разделен на три части (рисунок 1А). Первая часть, изоляция гиппокампа, состоит из хирургического извлечения живой ткани (рисунок 1А, левая панель). Как видно из рисунка, беременные крысы Wistar с эмбрионами E18 являются ключевым исходным материалом для успешной культуры. Как только мозг извлекается из эмбрионов E18, микрохирургия проводится под стереомикроскопом. С помощью соответствующих инструментов (рисунок 1B) и точного обращения можно отделить гиппокамп от остальной части нервной ткани. Расположение тканей в конкретных средах изображено на рисунке 1С. Вторая часть протокола состоит из диссоциации клеток гиппокампа. Он подразделяется на два этапа (рисунок 1А, средняя панель): ферментативная диссоциация и механическая диссоциация гиппокампа, в результате чего образуются неповрежденные, диссоциированные, одиночные клетки. Используя эту методологию, можно получить клеточные культуры без клеточных агрегатов, как показано на рисунке 2A-D. Третья часть протокола состоит из заполнения ячеек (рисунок 1А, правая панель). Эта часть протокола имеет решающее значение для корректировки плотности и однородности нейронной культуры в пластине. Подсчет клеток и посев 50 000 нейронов в области тарелки размером 3,5 см обеспечивает оптимальную плотность для проведения не только экспериментов по определению наличия антител к белкам поверхности нейронов клеток (рисунок 3), но и для анализа патогенности этих антител с помощью кальциевой визуализации (рисунок 4).

Рисунок 1: Визуальный протокол для первичных культур нейронов гиппокампа. (A) Блок-схема, показывающая три части протокола для подготовки диссоциированных клеточных культур нейронов гиппокампа эмбриональных крыс на E18. Протокол разделен на 1. Изоляция гиппокампа, 2. Диссоциация клеток и 3. Посев клеток. (B) Выбор рекомендуемых инструментов для изоляции гиппокампа сгруппирован в три категории: (1- Щипцы, 2 - Изогнутые щипцы, 3 - Ножницы) для сбора эмбрионов, (4 - Тонко изогнутые щипцы, 5 - Тонко-прямые щипцы, 6 - Хирургические ножницы) для извлечения мозга и (7 - Тонкоугольные щипцы, 8 - Прецизионные пружинные ножницы) для изоляции гиппокампа. (C) Схематическое изображение лотка для льда 1 с пластинами и средами, необходимыми для изоляции гиппокампа. Эмбрионы и головы помещаются в HBSS, тогда как мозг помещается в гибернированную среду + B27. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Культуры нейронов гиппокампа при 18 div являются зрелыми, взаимосвязанными и экспрессируют структурные и функциональные белки.
В росте и созревании нейронных культур можно оценить две дифференцированные фазы: фазу поляризации нейрона (рисунок 2A,B) и фазу дендритного развития и построения синаптической сети (рисунок 2C,D). Клетки на 1 div равномерно распределены и прилипли к пластине, развивая вокруг тела клетки пластинку с незначительными нейритами, начинающими расширяться (рисунок 2A). После нескольких дней в культуре нейриты простираются на небольшое расстояние. Клетки демонстрируют значительную поляризацию, но чистый рост незначителен (рисунок 2B). После этой стадии синаптогенез становится заметным, и нейроны начинают соединяться. Нейронная сеть продолжает расти и становится все более сложной (рисунок 2C). При 18 div нейроны являются зрелыми и взаимосвязанными; построена нейронная сеть (рисунок 2D). Как только синаптические шипы сформированы и связаны, нейроны полностью поляризуются и экспрессируют все функциональные и структурные белки. Из многих белков, экспрессируемых зрелыми культивируемыми нейронами, нейронный рецептор NMDA (рисунок 2E) и синаптический белок PSD95 (рисунок 2F) были выбраны здесь в качестве репрезентативных маркеров. Кроме того, можно выборочно визуализировать аксоны, маркируя нейрофиламент (NF) (рисунок 2G) и визуализируя дендриты, нацеливаясь на белок MAP2 (рисунок 2H).
Рисунок 2: Временной ход созревания диссоциированных клеточных культур нейронов гиппокампа. (A-D) Фазоконтрастные изображения нейронов гиппокампа в течение первых 18 дней культивирования. (A) Нейроны при 1 деле при прикреплении к субстрату, покрытому ФАПЧ. (B) Появление малых нейритов в нейронах при 5 div. (C) Нейроны при 11 div развили длинные нейриты, которые удлиняются и приобретают аксональные характеристики. (D) Нейроны в 18 div являются зрелыми и сформировали нейронную сеть. Шкала (A-D) = 40 мкм. (E-H) Репрезентативные флуоресцентные изображения, полученные с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии с использованием селективных маркеров для отображения зрелых нейронов при 18 div. Нейронные культуры были зафиксированы и иммуноокрашены антителами, которые избирательно окрашивают для (E) нейронального рецептора (NMDAR), (F) синаптического маркера (PSD95), (G) аксонального маркера (нейрофиламент, NF) и (H) дендритного маркера (MAP2). Шкала (E-H) = 20 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Антитела в образцах пациентов реагируют с антигенами поверхности нейрональных клеток
Образцы (сыворотка и ликвор), полученные от пациентов с анти-NMDAR энцефалитом, содержат аутоантитела, которые распознают NMDAR, присутствующий на поверхности нейронов. Инкубация культур с образцами пациента производит интенсивный флуоресцентный сигнал на поверхности клетки и дендритах (рисунок 3А,С). Напротив, контрольные образцы не производят флуоресцентного сигнала при введении в нейронные культуры (рисунок 3B,D). Эти результаты показывают, как культуры могут быть использованы для скрининга образцов пациентов на антитела и могут привести к идентификации новых антител, которые нацелены на поверхность нейронных клеток.
Образец ликвора от пациента снижает внутриклеточную концентрацию кальция в NMDA-индуцированных культурах нейронов гиппокампа
Чтобы оценить влияние антител пациентов на нейронную активность (после 24 ч лечения), внутриклеточные транзиторы кальция оптически контролировали от культивируемых нейронов в режиме реального времени при NMDA-опосредованной стимуляции. Применение NMDA генерирует увеличение интенсивности флуоресценции, о чем свидетельствует изменение внутриклеточной зеленой флуоресценции (рисунок 4A и дополнительное видео 1). Нейроны, обработанные контрольным образцом ликвора, показали более высокую разницу в интенсивности флуоресценции (56%) при применении стимулятора по сравнению с клетками, обработанными образцом ликвора пациента. Были измерены различия в интенсивности флуоресценции и сопоставлены NMDA-опосредованные кривые стимуляции из данных, извлеченных из сомы клеток (рисунок 4B, C). Кривые стимуляции показывают, что в обоих сценариях наблюдался внутриклеточный приток кальция, но культуры, обработанные ликвором пациентов (серая линия), показали более низкий ответ, чем контрольные культуры (черная линия). Эти результаты демонстрируют, что антитела, присутствующие в ликворе пациентов, снижают клеточную активность из-за взаимодействия антител с NMDAR и, таким образом, вызывают патогенный эффект.

Рисунок 3: Антитела пациента реагируют с поверхностью нейрональных культур. (A,E) Сыворотка и ликвор у пациентов с анти-NMDAR энцефалитом реагируют с клеточной поверхностью живых нейронов гиппокампа крыс( (B,F), тогда как сыворотка и CSF у контрольных субъектов не показывают реактивности. Шкала (A,B,E,F) = 20 мкм. Изображение с более высоким увеличением дендрита (63x), показывающее типичную поверхностную картину реактивности для (C, G) сыворотки и ликвора пациента и (D, H) отрицательный для контрольной группы. Снимки были сделаны с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Шкала = 10 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Антитела пациента уменьшают приток кальция в нейронах крыс, экспрессирующих GCaMP5G. (A) Введение стимулирующего раствора (NMDA [100 мкМ] + глицин [1 мкМ]) в культурах нейронов вызывало приток кальция, о чем свидетельствует увеличение внутриклеточной зеленой флуоресценции (пик стимуляции) по сравнению с изображением, сделанным перед стимуляцией (предварительной стимуляцией). Через 120 с интенсивность флуоресценции уменьшается и стабилизируется (постстимуляция). Культуры, получавшие ликвор пациентов, показали значительное снижение (56%) NMDA-опосредованного увеличения кальция по сравнению с ликвором контроля. Снимки были сделаны методом флуоресцентной микроскопии. Шкала бар = 20 мкм. (B) График одного из трех независимых экспериментов, представляющих интенсивность флуоресценции с течением времени (180 с) для культур, получавших ликвор контроля (черная линия) и ликвор пациента (серая линия) при стимуляции NMDA (синяя стрелка). n(CSF элементов управления) = 20 ячеек; n(Ликвор пациента) = 28 клеток. Данные представлены в виде среднего ± SEM. (C) Квадратные графики показывают медианный, 25-й и 75-й процентили. Усы указывают минимальное и максимальное значения. Оценка значимости проводилась методом двустороннего дисперсионного анализа (ANOVA; p < 0,0001) и тестов Манна-Уитни U (p < 0,0001). Значение p < 0,05 считалось статистически значимым. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Дополнительное видео 1: Видео, показывающее два нейрона гиппокампа, экспрессирующих GCaMP5G бок о бок: нейрон, обработанный ликвором контроля (слева), против нейрона, обработанного ликвором пациентов (справа). Применение NMDAR (стимуляция) генерирует увеличение интенсивности внутриклеточной флуоресценции в обоих случаях, но со значительно более высоким уровнем в нейроне, обработанном ликвором контроля, по сравнению с тем, который лечился ликвором пациентов. Изображения были сделаны с помощью флуоресцентной микроскопии и отредактированы с помощью ImageJ с применением таблицы подстановки (LUT) Fire. 1700 кадров (170 с); разгоняется в 5 раз. Шкала = 10 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.