Yöntem makalesi

Doğum Sonrası Fare Beyinlerinden Primer Mikroglia İzolasyonu

DOI:

10.3791/62237

25 Şubat 2021

* These authors contributed equally

Bu makalede

Özet

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Birincil hücre kültürü, in vitro mikroglial biyolojiyi incelemek için birincil olarak kullanılan yaklaşımlardan biridir. Burada, fare doğum sonrası 1. günden (P1) P4'e kadar basit ve hızlı mikroglia izolasyonu için bir yöntem geliştirdik.

Özet

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mikroglia, merkezi sinir sistemindeki (CNS) mononükleer fagositlerdir ve homeostazın korunmasında ve CNS'deki enflamatuar sürecin düzenlenmesinde kilit rol oynar. Mikroglial biyolojiyi in vitro olarak incelemek için, primer mikroglia, ölümsüzleştirilmiş mikroglial hücre hatlarına kıyasla büyük avantajlar gösterir. Bununla birlikte, doğum sonrası fare beyninden mikroglia izolasyonu nispeten daha az verimli ve zaman alıcıdır. Bu protokolde, yenidoğan fare beyninden primer mikroglia'yı izole etmek için hızlı ve takip etmesi kolay bir yöntem sunuyoruz. Bu protokolün genel adımları arasında beyin diseksiyonu, birincil beyin hücre kültürü ve mikroglia izolasyonu bulunur. Bu yaklaşımı kullanarak, araştırmacılar yüksek saflıkta birincil mikroglia elde edebilirler. Ek olarak, hasat edilen birincil mikroglia, lipopolisakkaritler tehdidine yanıt verebildi ve bu da bağışıklık fonksiyonlarını koruduklarını gösterdi. Toplu olarak, primer mikroglia'yı yüksek saflıkta verimli bir şekilde izole etmek için basitleştirilmiş bir yaklaşım geliştirdik, bu da in vitro olarak çok çeşitli mikroglial biyoloji araştırmalarını kolaylaştırır.

Giriş

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Merkezi sinir sistemindeki (CNS) yerleşik bağışıklık hücreleri olan mikroglia, nöropatolojik zorluklara yanıt veren homeostazın korunmasında çok önemli roller oynar1. Son zamanlarda, örneğin Alzheimer hastalığında mikroglia'nın fizyolojik işlevlerini anlamak için yoğun araştırmalar yapılmıştır2. Şu anda, CNS gelişimi, yaşlanma ve hastalık sırasında elde edilen tek hücreli çözünürlükte mikroglia'nın transkripsiyonel profili, sağlıklı ve hastalıklı beyinlerde mikroglial fonksiyonun daha iyi anlaşılmasını sağlar3. Önceki çalışmalar, AD ve diğer nörodejeneratif hastalıklardahastalıkla ilişkili bir mikroglial alt tip tanımlamıştır 4,5,6. Bu alt popülasyon, amiloid β (Aβ) birikimine yakındır. Fagositoz ve lipid metabolizması ile ilişkili genlerin (örneğin, Apoe, Tyrobp) bu popülasyonlarda yukarı regüle olduğu bulunmuştur 6,7. Bununla birlikte, mikrogliadaki dinamik moleküler profil değişikliklerini düzenleyen hücre altı süreçler, hücre dışı ve hücre içi sinyal yolakları tam olarak anlaşılamamıştır. Özellikle, nörodejeneratif hastalıklarda kronik mikroglial aktivasyonun altında yatan mekanizma hala belirsizliğini korumaktadır. Bu nedenle, mikroglia ile ilgili hücresel mekanizmaları anlamak çok önemlidir, çünkü mikroglia yanıtları beyin gelişimine ve nörodejenerasyonun ilerlemesine açıkça katkıda bulunur.

Mikroglia'yı incelemek için birkaç in vivo ve in vitro araç olmasına rağmen, hala bazı sınırlamalar vardır. Hücre içi sinyal yollarını aydınlatmak için western blot gibi rutin deneyler yapmak için yüksek saflıkta yeterince büyük sayıda mikroglial hücre elde etmek teknik olarak zordur. Birincil mikroglia kültürü, mikroglia biyolojisini incelemek için alternatif bir yol sağlar. Kültürlenmiş primer mikroglia, gen manipülasyonundan sonra mikroglial fagositik kapasiteyi analiz etmek ve enflamatuar uyaranlara yanıt olarak pro- ve anti-inflamatuar sitokin üretimini ve beyindeki rollerini anlamak için diğer biyolojik yönleri değerlendirmek için uygulanabilir8. Burada, sağlıklı ve saf primer mikroglial hücreler elde etmek için kritik olan adımlara vurgu yaparak, yenidoğan fare beyninden primer mikroglia izolasyonu ve kültürü için yeni bir protokol sunuyoruz ve adım adım bir talimat açıklıyoruz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tüm hayvan prosedürleri, Şanghay Jiao Tong Üniversitesi'ndeki Hayvan Araştırmaları Komitesi ve Laboratuvar Hayvanları Bakımı Kurumsal Yönetim Paneli tarafından onaylandı. Hayvanların çektiği acıyı en aza indirmek için her türlü çaba gösterilmiştir.

1. Kültür tamponu, şişeler ve lamellerin hazırlanması

  1. Kültür ortamı ve mikroglia kültür ortamı: Kültür ortamını yapmak için DMEM'i %10 FBS ile takviye edin. Mikroglia kültür ortamı, DMEM'e %10 FBS ve %20 LADMAC şartlandırılmış ortam eklenerek yapılır. Her iki ortama da% 1 Penisilin / Streptomisin ekleyin.
    1. % 20 LADMAC şartlandırılmış ortamı hazırlamak için, kültür ortamını LADMAC hücrelerinden toplayın, 10 dakika boyunca 200 x g'da santrifüjleyin, 0.22 μm hücre süzgeci kullanarak süzün ve ardından alikotları -80 ° C'de saklayın.
  2. Sindirim tamponu: DMEM'e 8 U/mL papain ve 125 U/mL DNaz ekleyerek sindirim tamponunu hazırlayın.
    NOT: En iyi sonuç için, sindirim tamponu taze olarak hazırlanmalıdır. Yavru sayısına göre istenen miktarı hesaplayın (her 2 yavru için 1 mL çözelti).
  3. Kaplama şişeleri: İzole edilmiş beyin hücrelerini önceden kaplamak için T25 veya T75 şişeleri kullanın. Beyin diseksiyonundan önce, T25 şişelerini 2 mL (veya bir T75 şişesi için 4 mL) 0.1 mg / mL Poli-D-lizin (PDL) ile kaplayın ve en az 1 saat boyunca 37 ° C'de inkübe edin. PDL çözeltisini aspire edin, 1x PBS ile iki kez yıkayın ve ardından şişenin hücre kültürü davlumbazında kurumasına izin verin.
    NOT: Deneyde kullanılan mataraların boyutu ve sayısı, doğum sonrası yavruların sayısına bağlıdır. Hücrelerin kısa sürede birleşen astrosit hücre tabakasına ulaşmasını sağlamak için, 3-5 beyin için bir T25 şişesi veya 5 beyin için bir T75 şişesi hazırlayın. Kullanılmayan kaplamalı şişeler 4 °C'de bir aya kadar saklanabilir. Zaman kazanmak için, deney başlamadan önce 10x (1 mg / mL) PDL stok çözeltisi hazırlanabilir ve tek kullanımlık alikotlar olarak -20 ° C'de saklanabilir. Alikotları kullanmadan hemen önce steril 1x PBS ile seyreltin.
  4. Lamelleri hazırlayın: Ticari cam lamelleri 0,1 M HCl ile 1 saat yıkayın, otoklav suyuyla iki kez durulayın, ardından %100 etanol içinde saklayın. Kullanmadan önce, kalan etanolü çıkarmak için bir brülör lambası ile ince forseps kullanarak lamelleri alevlendirin. 8 mm'lik cam lameller 48 oyuklu bir plakaya, 12 mm'lik cam lameller ise 24 oyuklu bir plakaya yerleştirilebilir.
  5. Diseksiyon aletlerini hazırlayın: İnce makasları, forsepsleri ve paslanmaz çelik mikro kaşıkları en az 20 dakika %75 etanolde bekletin. Daha sonra bu aletleri 30 dakika boyunca ultraviyole radyasyon altında doku kültürü başlığına yerleştirin.

2. Fare beyninin diseksiyonu

NOT: Protokolün etkinliğini değerlendirmek için, burada microglia9'u izlemek için CX3CR1GFP knock-in fareler kullandık. CX3CR1GFP/GFP fareleri ve 2 ila 8 aylık vahşi tip C57BL/6J dişiler, CX3CR1+/GFP fareleri oluşturmak için çaprazlandı, her ikisi de orijinal olarak ticari kaynaklardan elde edildi. Fareler, Şanghay Jiao Tong Üniversitesi'nde belirli bir patojen içermeyen (SPF) ortamda 12-12 saatlik bir aydınlık-karanlık döngüsü altında barındırıldı. Doğum sonrası 1. günden 4. güne kadar olan yavrular bu protokol için kullanılabilir.

  1. Cerrahi makasla tüm yavruların kafasını kesin. Kirlenmeyi en aza indirmek için tüm kafaları %75 etanol ile durulayın ve buz gibi soğuk 1x PBS'ye hızlıca koyun. Bu arada, sindirim tamponunu ve ko-kültür ortamını 37 ° C'lik bir su banyosunda ısıtın.
    NOT: Yapısal bütünlüğü korumak için her seferinde bir yavrudan beyin dokusunu ayırın ve izole edin. Kontaminasyonu önlemek için, tüm cerrahi aletler dekapitasyon arasında% 75 etanol içine yerleştirilmelidir.
  2. Kafatasını medulla oblongata ile birlikte kesmek için ince diseksiyon makası kullanın. Beyni kafa boşluğundan sıkmak için kesme yerinden beyin dokusunun altına paslanmaz çelik bir mikro kaşık yerleştirin. Oyuk başına 2 mL ön soğuk 1x PBS içeren yeni soğutulmuş 6 oyuklu bir plakaya aktarın.
  3. Beyincik ve koku alma ampullerini kesin ve atın. Kalan beyin dokusunu nazikçe 2 mL ön soğuk 1x PBS içeren soğutulmuş 6 oyuklu bir plakaya aktarın.
    NOT: 4-5 beyin dokusunu bir kuyucuğa yerleştirin.
  4. Tüm doku toplanana kadar kalan kafalar için aynı işlemi tekrarlayın.

3. Karışık birincil hücreleri tohumlayın

  1. 6 oyuklu plakada 1.5 mL 1x PBS aspire edin ve yaylı makas yardımıyla beyin dokusunu küçük parçalara (yaklaşık 1 mm2) tamamen kıyın.
    NOT: İnce döküntü miktarını azaltmak için dokuyu fazla kıymayın.
  2. İstenilen miktarda sindirim tamponunu kuyucuğa ekleyin (beyin başına 0.5 mL sindirim tamponu), ardından plakayı 20 dakika boyunca% 5 CO2, 37 ° C nemlendirilmiş inkübatöre yerleştirin. Plakayı her 10 dakikada bir döndürün.
    NOT: İnkübasyon süresi boyunca, 70 μm'lik bir hücre süzgecini kültür ortamıyla (DMEM'de %10 FBS) ıslatın ve ardından hücre süzgecini 50 mL'lik yeni bir toplama tüpüne yerleştirin.
  3. Plakayı inkübatörden çıkarın ve her oyuğa 3 mL kültür ortamı ekleyerek papain sindirimini sonlandırın. 1 mL'lik bir pipet kullanarak hücreleri 10 kez yukarı ve aşağı hafifçe pipetleyin. Karışımı 15 mL'lik bir tüpe aktarın ve 1 dakika dinlenmeye bırakın. Altta bulanık bir hücre peleti görülebilir. Büyük kümeleri ve hücre kalıntılarını gidermek için, hücre süspansiyonunu 70 μm'lik bir hücre süzgecinden dikkatlice geçirin ve akışı 50 mL toplama tüpünde toplayın.
  4. 15 mL tüpteki ayrışmamış hücre peletine 3 mL ısıtılmış kültür ortamı (DMEM'de% 10 FBS) ekleyin. Ayrışmaya devam etmek için adım 3.3'teki gibi 10 kez üçe atın. Dokunun 1 dakika oturmasına izin verin ve ardından hücre süspansiyonunu süzgeçten 50 mL toplama tüpüne geçirin. Bu adımı yineleyin ve kalan hücre kalıntılarını atın.
  5. Hücre süspansiyonunu 50 mL toplama tüpünden 15 mL'lik tüplere aktarın ve hücreleri oda sıcaklığında 10 dakika boyunca 200 x g'da santrifüjleyin.
  6. Süpernatanı aspire edin ve hücreleri 5 mL kültür ortamında yeniden süspanse edin. Birincil hücreleri bir T25 veya T75 şişesinde yaklaşık 5 x 106 hücre yoğunluğunda tohumlayın ve nemlendirilmiş inkübatörde (% 5 CO2, 37 ° C) kültürleyin. Bu, bu kültür programında 0. gün.
    NOT: Hücreler bir T25 şişesine ekilirse, şişe başına 5 mL ortamlık bir nihai hacim yeterlidir. Bir T5 şişesine ekildiğinde her şişeye fazladan 75 mL kültür ortamı ekleyin.

4. Birincil mikroglia toplanması

  1. Ertesi gün (1. Gün) karışık hücrelerin birleşmesini değerlendirin. Karışık hücreler oldukça yüksek bir yoğunlukta tohumlandığından, astrositlerin birleşme noktasına ulaşması 3-4 gün sürer ve mikroglianın 1-2 gün sonra toplanmasına izin verir.
    NOT: Ertesi gün şişelerin dibine hücreler takılmazsa dikkatli olun; Aşırı sindirim veya sert kullanımın neden olduğu hücre kontaminasyonu veya hücre ölümüne bağlı olabilir.
  2. 2. Günde, şişeleri 3 mL ılık 1x PBS ile iki kez yıkayın ve her T25 şişesine 3-5 mL taze kültür ortamı ekleyerek ortamı değiştirin (bir T75 şişesi için 7-10 mL). Atılan kültür ortamı, hücre kalıntıları ve nöronlar, oligodendrositler ve mikroglia dahil olmak üzere çeşitli hücre türlerini içerir.
  3. 4. Günde, şişenin dibine bağlı astrositlerin %100 birleşim noktasında olduğundan emin olun. Bu arada, bir mikroglia alt popülasyonu, yüzeyden kolayca ayrılabilen ve el sıkışma yoluyla kültür ortamında yüzebilen karışık hücre yüzey tabakasına gevşek bir şekilde bağlanır. Kültür ortamını 6 oyuklu taze bir plakaya aktarın ve bu işlem sırasında ortamda zenginleştirilmiş birincil mikroglia toplanır. Daha sonra, daha fazla hücre toplanması için orijinal 6 oyuklu plakadaki hücrelere taze kültür ortamı sağlayın.
    NOT: Şişeleri masaya vurmak veya şişeleri orta transferden önce 180 rpm'de 30 dakika boyunca bir laboratuvar çalkalayıcısında çalkalamak daha fazla hücre elde etmek için uygundur.
  4. Hücre bağlanmasına izin vermek için 6 kuyucuğu dikkatlice inkübatöre yerleştirin. İnkübasyondan yaklaşık 2 saat sonra, tüm hücreler plakaya bağlanacaktır. Hücreler takıldığında, hücre agregalarını ve hücre kalıntılarını gidermek için bunları iki kez ılık 1x PBS ile nazikçe yıkayın; daha sonra hücrelere 3 mL taze mikroglia kültür ortamı sağlayın. İzole edilen mikroglia hücreleri, mikroglia kültür ortamını her 2 günde bir yenileyerek in vitro olarak bir aydan fazla tutulabilir.
    NOT: Koloni uyarıcı faktör 1 (CSF1), in vitro mikroglia sağkalımını desteklemek için önemli bir büyüme faktörüdür. Önceki çalışmalar, CSF1'in fare kemik iliği hücrelerinden kaynaklanan dönüştürülmüş bir hücre hattı olan LADMAC hücre hattından salgılanabileceğini bildirmektedir. LADMAC şartlandırılmış ortam, LADMAC kültürünün 10 dakika boyunca 200 x g'da santrifüjlenmesiyle toplanabilir; Ardından, süpernatanı 0.22 μm'lik bir hücre süzgecinden geçirin. Mikroglia kültür besiyeri, kültür besiyerine %20 LADMAC şartlandırılmış besiyeri (%10 FBS, DMEM) ilave edilerek hazırlandı.
  5. Her 2-3 günde bir, adım 4.4'teki gibi karışık hücre kültürü ortamından mikroglia toplamaya devam edin. Şişede kalan karışık hücreleri kültürleyin ve bunları 1 aya kadar her 2-3 günde bir mikroglia'yı tutarlı bir şekilde hasat etmek için kullanın.
    NOT: Mikroglia, orta formdaki karışık kültür hücrelerinin 50 güne kadar toplanmasıyla başarılı bir şekilde hasat edilebilir. Her seferinde, toplanan ko-kültür ortamı, T75 şişesi başına yaklaşık ~ 1-3 x 105 mikroglia hücresi verecektir. Gerekirse mikroglial hücreleri birleştirin.
  6. İstenilen fonksiyonel tahlil için birincil mikroglial hücreleri kullanın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hücre tohumlamasından sonra 7. ve 35. günlerde CX3CR1 + / GFP'den toplanan birincil mikroglialar Şekil 1'de

figure-results-1

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokol, bazı değişikliklerle daha önce açıklanan yöntemlere dayanmaktadır11. İzole edilmiş mikroglia'nın canlılığını ve saflığını artırmak için ipuçları aşağıdaki gibi listelenmiştir. Öncelikle doku izolasyonu ve hücre kültürü için kullanılan tamponları hazırlarken kontaminasyonu önlemeye özen gösterin. Ameliyat aletlerinin, kapların ve plastik ekipmanın steril olduğundan emin olun. Genellikle, çapraz kontaminasyonu önlemek için beyin diseksiyonunu genel hücr...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tüm yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını açıkladı. Tüm yazarlar rekabet eden hiçbir finansal çıkar beyan etmemektedir.

Teşekkürler

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, COVID-19 salgınıyla mücadele eden kahramanlara saygılarını sunmak istiyor. Yazarlar, mükemmel laboratuvar yönetimi için Fang Lei'ye (Fudan Üniversitesi), mikroglia izolasyonu tartışması için Dr. Zikai Zhou, Dr. Jing Li ve Dr. Guiqing He'ye (Şanghay Ruh Sağlığı Merkezi) teşekkür eder. Son olarak, yazarlar bu çalışmada kurban edilen tüm hayvanlara minnettarlıklarını ve saygılarını göstermektedir. Bu çalışma, Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (Hibe No. 2017YFC0111202) (BP), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe No. 31922027) (BP) ve (Hibe No. 32000678) (YR) ve Shenzhen Bilim ve Teknoloji Araştırma Programı (Hibe No. JCYJ20180507182033219 ve JCYJ20170818163320865) (B.P.) ve (Hibe No. JCYJ20170818161734072) (S.X.).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Hücre süzgeçleri, 40 & mThermoFisher Scientific22-363-547
DNase I Sigma11284932001
Dulbecco'nun Modifiye Eagle Medium'u (DMEM)Gibco by Life TechnologiesC11995500BT
Dulbecco'nun Fosfat Tamponlu Salin (DPBS)Gibco by Life Technologies14190-144
Fetal Sığır Serumu (FBS)Gibco by Life Technologies10099141
Papain, SüspansiyonSangon BiotechPapain, Süspansiyon
100X çözeltisiHycloneSV30010
Poli-D-LizinThermoFisher ScientificA3890401
Penisilin-Streptomisin

Kaynaklar

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Prinz, M., Jung, S., Priller, J. Microglia biology: one century of evolving concepts. Cell. 179 (2), 292-311 (2019).
  2. Perry, V. H., Nicoll, J. A., Holmes, C. Microglia in neurodegenerative disease. Nature Reviews. Neurology. 6 (4), 193-201 (2010).
  3. Parker, K. R., et al. Single-cell analyses identify brain mural cells expressing CD19 as potential off-tumor targets for CAR-T immunotherapies. Cell. 183 (1), 126-142 (2020).
  4. Tay, T. L., Dautzenberg, J. S., Grun, D., Prinz, M. Unique microglia recovery population revealed by single-cell RNAseq following neurodegeneration. Acta Neuropathologica Communications. 6 (1), 87(2018).
  5. Deczkowska, A., et al. Disease-associated microglia: a universal immune sensor of neurodegeneration. Cell. 173 (5), 1073-1081 (2018).
  6. Keren-Shaul, H., et al. A unique microglia type associated with restricting development of Alzheimer's disease. Cell. 169 (7), 1276-1290 (2017).
  7. Krishnaswami, S. R., et al. Using single nuclei for RNA-seq to capture the transcriptome of postmortem neurons. Nature Protocols. 11 (3), 499-524 (2016).
  8. Timmerman, R., Burm, S. M., Bajramovic, J. J. An overview of in vitro methods to study microglia. Frontiers in Cellular Neuroscience. 12, 242(2018).
  9. Huang, Y., et al. Repopulated microglia are solely derived from the proliferation of residual microglia after acute depletion. Nature Neuroscience. 21 (4), 530-540 (2018).
  10. Garcia, J. A., Cardona, S. M., Cardona, A. E. Analyses of microglia effector function using CX3CR1-GFP knock-in mice. Methods in Molecular Biology. 1041, 307-317 (2013).
  11. Lian, H., Roy, E., Zheng, H. Protocol for primary microglial culture preparation. Bio-protocol. 6 (21), (2016).
  12. Tamashiro, T. T., Dalgard, C. L., Byrnes, K. R. Primary microglia isolation from mixed glial cell cultures of neonatal rat brain tissue. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (66), e3814(2012).
  13. Caldeira, C., et al. Microglia change from a reactive to an age-like phenotype with the time in culture. Frontiers in Cellular Neuroscience. 8, 152(2014).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Primary MicrogliaMicroglia IsolationPostnatal Mouse BrainBrain DissectionBrain Cell CultureMicroglial BiologyCentral Nervous SystemImmune FunctionIn Vitro MicrogliaMicroglia Purity
Video yakında

İlgili makaleler