En protokoll for å forberede fritt flytende skive kulturer fra voksen menneskelige hjerne er presentert. Protokollen er en variant av den mye brukte Slice kultur metoden ved hjelp av membran inserts. Det er enkelt, kostnadseffektivt, og anbefales for å kjøre kortsiktige analyser som tar sikte på å løse mekanismer for neurodegeneration bak alder-tilknyttede hjernesykdommer.
Organotypic, eller Slice kulturer, har vært mye brukt til å modellere aspekter av sentralnervesystemet fungerer in vitro. Til tross for potensialet i skive kulturer i nevrovitenskap, studier ved hjelp av voksen nervøs vev for å forberede slike kulturer er fortsatt knappe, spesielt de fra menneskelige. Bruk av voksen menneskelig vev for å forberede Slice kulturer er spesielt attraktivt å forsterke forståelsen av menneskelig neuropathologies, som de holder unike egenskaper typisk for den modne menneskelige hjerne mangler i skiver produsert fra gnager (vanligvis nyfødt) nervøs vev. Denne protokollen beskriver hvordan du bruker hjernevevet samlet inn fra levende menneskelige donorer sendt til resective hjernen kirurgi for å forberede kortsiktige, fritt flytende skive kulturer. Prosedyrer for å opprettholde og utføre biokjemiske og cellebiologi analyser ved hjelp av disse kulturene er også presentert. Representative resultater viser at den typiske menneskelige kortikale laminering er bevart i skiver etter 4 dager in vitro (DIV4), med forventet tilstedeværelse av de viktigste nevrale celletyper. Videre skiver på DIV4 gjennomgår robust celle død når utfordret med en giftig stimulans (H2O2), noe som indikerer potensialet i denne modellen til å tjene som en plattform i celle død analyser. Denne metoden, et enklere og kostnadseffektivt alternativ til den mye brukte protokollen ved hjelp av membran innsatser, er hovedsakelig anbefalt for å kjøre kortsiktige analyser som tar sikte på å løse mekanismer for neurodegeneration bak alder-tilknyttede hjernesykdommer. Til slutt, selv om protokollen er viet til å bruke kortikale vev samlet inn fra pasienter som sendes til kirurgisk behandling av pharmacoresistant Temporal flik epilepsi, hevdes det at vev samlet inn fra andre hjerneregioner/forhold bør også være betraktes som kilder til å produsere lignende fritt flytende skive kulturer.
Bruken av menneskelige prøver i forskning er utvetydig en flott mulighet til å studere menneskelige hjerne patologi, og moderne teknikker har åpnet nye måter for robust og etisk eksperimentering med pasient-avledet vev. Metoder som organotypic/Slice kulturer tilberedt fra voksne menneskelige hjerne har blitt stadig mer brukt i paradigmer som optogenetics1, elektrofysiologi2,3,4,5, plastisitet 6,7,8,9, nevrotoksisitet/neuroprotection10,11,12,13, Cell Therapy14, Drug screening15,16,17, genetikk og genredigering12,18,19,20, blant andre, som en strategi for bedre forstå nevrologiske sykdommer i voksen alder.
Forståelsen av mekanismer underliggende menneskelige hjerne patologi avhenger eksperimentelle strategier som krever et stort antall. Omvendt, i tilfelle av Slice kulturer, selv om tilgang til menneskelige prøver er fortsatt vanskelig, muligheten for å generere opptil 50 skiver fra en enkelt kortikale prøve delvis omgår kravet om å rekruttere flere frivillige ved å øke antall replikerer og utførte analyser per innsamlet vev21.
Flere protokoller for Brain organotypic/Slice kulturer har blitt beskrevet, alt fra den klassiske oculo utkast22,23 til roller tube24,25,26, halvgjennomtrengelig membraner Interface27,28,29,30, og fritt flytende skiver31,32. Avhengig av særtrekk av en eksperimentell design, har hver teknikk sine egne fordeler og ulemper. Kortsiktige, fritt flytende skiver kulturer fra voksne menneskelige hjerner er i noen tilfeller fordelaktig over metoden som brukes av Stoppini et al.27, hvis vurderer det faktum at selv om langsiktig celle overlevelse in vitro er vanligvis et stort problem når du vurderer en kultur metode, i mange eksperimenter bare korte perioder i kulturen er nødvendig12,31,32,33,34,35. Under disse forholdene, presenterer bruk av frittflytende kulturer fordelen av å være enklere og mer kostnadseffektivt, samt mer nøyaktig likner den opprinnelige menneskelige vev tilstand enn skiver holdt i kultur over 2-3 uker.
Til tross for potensialet i Slice kulturer til nevrovitenskap, studier ved hjelp av voksen nervøs vev for å forberede slike kulturer er fortsatt knappe, spesielt fra menneskelige. Denne artikkelen beskriver en protokoll for å bruke samlet hjernevev fra levende menneskelige donorer sendt til resective hjernen kirurgi for å forberede fritt flytende skive kulturer. Prosedyrer for å opprettholde og utføre biokjemiske og cellebiologi analyser ved hjelp av disse kulturene er detaljert. Denne protokollen har vist seg verdifullt for å analysere levedyktighet og neuronal funksjon i undersøkelser på mekanismer av neuropathologies knyttet til voksenlivet.
Denne protokollen for å produsere fritt flytende, kortsiktige Slice kulturer er en alternativ metode for dyrking voksne menneskelige neocortical skiver. En slik protokoll for Slice kulturer kan være mottagelig for studier på (men ikke begrenset til) optogenetics1,44,45, elektrofysiologi2,3,4,5 , kor…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet er støttet av FAPESP (Grant 25681-3/2017 til AS), KAPPER (post-doktor fellesskap PNPD/INCT-HSM til A.F. og pre-doktor fellesskap til N.D.M.) og FAEPA. G.M.A. har en Master ‘ s fellesskap fra FAPESP (MS 2018/06614-4). N.G.C. har en CNPq Research Fellowship. Vi takker pasientene og deres familier for å donere den resected vev for denne studien. Vi vil gjerne erkjenne støtte fra beboere, sykepleiere, teknikere, og CIREP team, fra Clinical Hospital ved Ribeirão Preto Medical School, Universitetet i São Paulo, som hjalp i ulike stadier av prosessen.
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 |