Summary

Cultures à court terme de tranches flottantes du cerveau humain adulte

Published: November 05, 2019
doi:

Summary

Un protocole pour préparer les cultures de tranches flottantes à partir du cerveau humain adulte est présenté. Le protocole est une variante de la méthode de culture de tranches largement utilisée à l’aide d’inserts membranaires. Il est simple, rentable et recommandé pour les essais à court terme visant à démêler les mécanismes de neurodégénérescence derrière les maladies du cerveau associées à l’âge.

Abstract

Organotypic, ou cultures de tranche, ont été largement employés pour modéliser des aspects du système nerveux central fonctionnant in vitro. Malgré le potentiel des cultures de tranches en neurosciences, les études utilisant le tissu nerveux adulte pour préparer de telles cultures sont encore rares, en particulier celles des sujets humains. L’utilisation de tissus humains adultes pour préparer les cultures de tranches est particulièrement attrayante pour améliorer la compréhension des neuropathologies humaines, car elles contiennent des propriétés uniques typiques du cerveau humain mature manquant de tranches produites à partir de rongeurs (généralement néonatales) tissu nerveux. Ce protocole décrit comment utiliser les tissus cérébraux recueillis auprès de donneurs humains vivants soumis à une chirurgie réséctive du cerveau pour préparer des cultures de tranches à court terme et flottantes. Des procédures pour maintenir et effectuer des essais biochimiques et de biologie cellulaire utilisant ces cultures sont également présentées. Les résultats représentatifs démontrent que le lamination corticale humain typique est préservé en tranches après 4 jours in vitro (DIV4), avec la présence prévue des principaux types de cellules neurales. En outre, les tranches de DIV4 subissent une mort cellulaire robuste lorsqu’elles sont confrontées à un stimulus toxique (H2O2), indiquant le potentiel de ce modèle pour servir de plate-forme dans les tests de mort cellulaire. Cette méthode, une alternative plus simple et rentable au protocole largement utilisé utilisant des inserts membranaires, est principalement recommandée pour exécuter des essais à court terme visant à démêler les mécanismes de neurodégénérescence derrière les maladies du cerveau associées à l’âge. Enfin, bien que le protocole soit consacré à l’utilisation de tissus corticaux prélevés sur des patients soumis à un traitement chirurgical de l’épilepsie pharmacorésistante du lobe temporal, on fait valoir que les tissus prélevés dans d’autres régions ou conditions cérébrales devraient également être comme sources pour produire des cultures de tranches flottantes similaires.

Introduction

L’utilisation d’échantillons humains dans la recherche est sans équivoque une excellente option pour étudier les pathologies du cerveau humain, et les techniques modernes ont ouvert de nouvelles voies pour l’expérimentation robuste et éthique en utilisant des tissus dérivés du patient. Des méthodes comme les cultures organotypic/slice préparées à partir du cerveau humain adulte ont été de plus en plus employées dans des paradigmes tels que l’optogénétique1, l’électrophysiologie2,3,4,5, plasticité 6,7,8,9, neurotoxicité/neuroprotection10,11,12,13, thérapie cellulaire14, dépistage des médicaments15,16,17, génétique et l’édition génétique12,18,19,20, entre autres, comme une stratégie pour mieux comprendre les maladies neurologiques à l’âge adulte.

La compréhension des mécanismes sous-jacents aux pathologies cérébrales humaines dépend de stratégies expérimentales qui nécessitent un grand nombre de sujets. Inversement, dans le cas des cultures de tranches, bien que l’accès aux échantillons humains soit encore difficile, la possibilité de générer jusqu’à 50 tranches à partir d’un seul échantillon cortical contourne partiellement l’exigence de recruter plusieurs volontaires en augmentant le nombre de répliques et d’essais effectués par tissu recueilli21.

Plusieurs protocoles pour les cultures organotypic/slice de cerveau ont été décrits, s’étendant des projets classiques d’oculo22,23 au tube de rouleau24,25,26, membranes semi-perméables interface27,28,29,30, et les tranches flottantes31,32. Selon les particularités d’un design expérimental, chaque technique a ses propres avantages et inconvénients. À court terme, les cultures de tranches flottantes libres du cerveau humain adulte est dans certains cas avantageuse par rapport à la méthode utilisée par Stoppini et coll.27, si l’on considère le fait que, bien que la survie cellulaire à long terme in vitro soit habituellement une préoccupation majeure lors de l’évaluation une méthode de culture, dans beaucoup d’expériences seulement de courtes périodes de temps dans la culture sont nécessaires12,31,32,33,34,35. Dans ces conditions, l’utilisation de cultures flottantes présente l’avantage d’être plus simple et plus rentable, ainsi que plus exactement ressemblant à l’état des tissus humains d’origine que les tranches maintenues en culture sur 2-3 semaines.

Malgré le potentiel des cultures de tranche à la neuroscience, les études utilisant le tissu nerveux adulte pour préparer de telles cultures sont encore rares, particulièrement des sujets humains. Cet article décrit un protocole pour employer le tissu de cerveau recueilli des donateurs humains vivants soumis à la chirurgie résective de cerveau pour préparer des cultures de tranche flottantes. Les procédures de maintien et d’exécution des tests biochimiques et de biologie cellulaire à l’aide de ces cultures sont détaillées. Ce protocole s’est avéré utile pour analyser la viabilité et la fonction neuronale dans les investigations sur les mécanismes des neuropathologies liées à l’âge adulte.

Protocol

Des tissus cérébraux adultes vivants ont été obtenus à partir de patients subissant une neurochirurgie réséctive pour le traitement de l’épilepsie pharmacorésistante du lobe temporal(figure 1A). Toutes les procédures ont été approuvées par le Comité d’éthique de l’hôpital des cliniques de l’école de médecine De Ribeiro Preto (17578/2015), et les patients (ou leur personne responsable légale) ont accepté et signé les conditions du consentement éclairé. …

Representative Results

Un aspect critique pour évaluer la qualité et la santé des tranches cultivées est la présence et la morphologie typique des types de cellules neurales, des neurones, et des cellules gliales prévus. L’architecture typique du lamination corticale humain a été observée dans une tranche à DIV4, révélée par l’immunolabeling neuronal (Figure 2D). De plus, on a également observé la présence prévue de microglies et d’astroglia(figure 2<…

Discussion

Ce protocole pour la production de cultures de tranches flottantes et à court terme est une méthode alternative pour la culture de tranches néocorticales humaines adultes. Un tel protocole pour les cultures de tranches peut être propice aux études sur (mais pas limité à) l’optogénétique1,44,45, l’électrophysiologie2,3,4,5…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail est soutenu par FAPESP (Grant 25681-3/2017 à AS), CAPES (Bourse postdoctorale PNPD/INCT-HSM à A.F. et Bourse prédoctorale à N.D.M.) et FAEPA. G.M.A. est titulaire d’une maîtrise du FAPESP (MS 2018/06614-4). N.G.C. est titulaire d’une bourse de recherche du CNPq. Nous remercions les patients et leurs familles d’avoir fait don des tissus réséqués pour cette étude. Nous tenons à souligner le soutien des résidents, des infirmières, des techniciens et de l’équipe du CIREP, de l’hôpital clinique de l’École de médecine Ribeiro Preto, université de Sao Paulo, qui ont aidé à diverses étapes du processus.

Materials

2-Propanol Merck 1096341000
Acrylamide/Bis-Acrylamide, 30% solution Sigma Aldrich A3449 
Agarose Sigma Aldrich A9539
Ammonium persulfate Sigma A3678-25G
Amphotericin B Gibco 15290-018
Antibody anti-ERK 2 (rabbit) Santa Cruz Biotecnology sc-154 Dilution 1:1,000 in BSA 2.5%
Antibody anti-pERK (mouse) Santa Cruz Biotecnology sc-7383 Dilution 1:1,000 in BSA 2.5%
B27 Gibco 17504-044
BDNF Sigma Aldrich SRP3014
Bovine Serum Albumin Sigma Aldrich A7906
Bradford 1x Dye Reagent BioRad 500-0205
EDTA Sigma T3924 Used in RIPA buffer
Glucose Merck 108337
Glutamax Gibco 35050-061
Hank's Balanced Salts Sigma Aldrich H1387-10X1L
Hepes Sigma Aldrich H4034
Hydrochloric acid Merck 1003171000
Hydrogen Peroxide (H2O2) Vetec 194
Mouse IgG, HRP-linked whole Ab (anti-mouse) GE NA931-1ML
NaCl Merck 1064041000 Used in RIPA buffer
Neurobasal A Gibco 10888-022
Non-fat dry milk (Molico) Nestlé Used for membrane blocking
PBS Buffer pH 7,2 Laborclin 590338
Penicilin/Streptomicin Sigma Aldrich P4333
Potassium Chloride Merck 1049361000
Prime Western Blotting Detection Reagent GE RPN2232
Rabbit IgG, HRP-linked whole Ab (anti-rabbit) GE NA934-1ML
SDS Sigma L5750 Used in RIPA buffer
TEMED GE 17-1312-01
Thiazolyl Blue Tetrazolium Bromide (MTT) Sigma Aldrich M5655
Tris Sigma T-1378 Used in RIPA buffer
Triton x-100 Sigma X100 Used in RIPA buffer
Ultrapure Water Millipore Sterile water, derived from MiliQ water purification system
Equipment and Material
24-well plates Corning CL S3526 Flat Bottom with Lid
Amersham Potran Premium (nitrocellulose membrane)  GE 29047575
Carbogen Mixture White Martins 95% O2, 5% CO2
CO2 incubator New Brunswick Scientific CO-24 Incubation of slices 5% CO2, 36ºC
Microplate Reader Molecular Devices
Microtubes Greiner 001608 1,5mL microtube
Motorized pestle Kimble Chase
Plastic spoon Size of a dessert spoon
Razor Blade Bic Chrome Platinum, used in slicing with vibratome
Scalpel Blade Becton Dickinson (BD) Number 24 Used for slicing of tissue; recommended same size or smaller
Superglue (Loctite Super Bonder) Henkel Composition: Etilcianoacrilato; 2-Propenoic acid; 6,6'-di-terc-butil-2,2'-metilenodi-p-cresol; homopolymer
Vibratome  Leica 14047235612 – VT1000S
Name of Material/ Equipment for Immunohistochemistry
Antibody anti-NeuN (mouse) Millipore  MAB377 Dilution 1:1,000 in Phosphate Buffer
Antibody anti-GFAP (mouse) Merck MAB360 Dilution 1:1,000 in Phosphate Buffer
Antibody anti-Iba1 (rabbit) Abcam EPR16588 – ab178846 Dilution 1:2,000 in Phosphate Buffer
Biotinylated anti-mouse IgG Antibody (H+L) Vector BA-9200
DAB Sigma Aldrich D-9015
Entellan Merck 107960
Ethanol Merck 1.00983.1000
Gelatin Synth 00G1002.02.AE Used for coating slides
Microtome Leica SM2010R Equipped with Freezing Stage (BFS-10MP, Physiotemp), set to -40ºC
Normal Donkey Serum Jackson Immuno Research 017-000-121
Paraformaldehyde Sigma Aldrich 158127
Rabbit IgG, HRP-linked whole Ab (anti-rabbit) GE NA934-1ML
Slides (Star Frost) Knittel Glaser Gelatin coated slides
Sucrose Vetec 60REAVET017050
Vectastain ABC HRP Kit (Peroxidase, Standard) Vector PK-4000, Kit Standard
Xylene Synth 01X1001.01.BJ

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Fernandes, A., Mendes, N. D., Almeida, G. M., Nogueira, G. O., Machado, C. d. M., Horta-Junior, J. d. A. d. C., Assirati Junior, J. A., Garcia-Cairasco, N., Neder, L., Sebollela, A. Short-Term Free-Floating Slice Cultures from the Adult Human Brain. J. Vis. Exp. (153), e59845, doi:10.3791/59845 (2019).

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