脑脊液分离解剖大脑皮质外植体使用的啮齿动物胚胎

Neuroscience

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Summary

心室脑脊液(CSF)沐浴在早期的大脑发育在胚胎神经上皮和大脑皮质祖细胞。在这里,我们描述的方法,从不同年龄层的啮齿动物胚胎隔离室CSF,为了研究其生物学功能。此外,我们展示了我们的脑皮质外植体的解剖和文化的技术,可以为外植体生长的培养基或CSF以最小的体积。

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Zappaterra, M. W., LaMantia, A. S., Walsh, C. A., Lehtinen, M. K. Isolation of Cerebrospinal Fluid from Rodent Embryos for use with Dissected Cerebral Cortical Explants. J. Vis. Exp. (73), e50333, doi:10.3791/50333 (2013).

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Abstract

CSF是一种复杂的流体动态变化的蛋白质组的整个开发过程,并在成年后。在胚胎发育过程中,新生的CSF区别于前神经管闭合时的羊水。 CSF卷,然后在随后的日子里,排队的神经上皮干细胞的心室和脉络膜丛产生CSF增加。胚胎CSF接触的顶端,心室发育中的大脑和脊髓神经干细胞的表面。 CSF提供了重要的流体压力发育中的大脑的扩展和分发重要的增长推动因素,神经祖细胞在时间上的具体方式。要调查的CSF的功能,重要的是不从血液或显影端脑组织污染隔离胚胎脑脊液的纯样品。在这里,我们描述了一种技术,以隔离的心室胚胎CSF可用于相对纯的样品质谱,蛋白质电泳,和细胞与初级外植体培养的实验分析,包括范围广泛的。我们演示了如何剖析和文化多孔聚碳酸酯膜的皮层外植体对以成长发展的皮层组织与媒体或CSF的量的减少。使用这种方法,可以进行实验,使用CSF从不同年龄或条件调查对靶细胞的CSF蛋白质组的生物活性。

Introduction

CSF是一种复杂的流体,沐浴神经上皮1-6,并提供必要的压力7和促进生长发育中的大脑8-12线索。研究CSF在大脑发育过程中,我们开发的技术隔离室CSF来自发展中国家的大鼠或小鼠胚胎过程中各阶段的发展6,9。往前的隔离的方法包括用玻璃微针和隔离的CSF使用微喷射器1,2。我们的方法利用玻璃微毛细吸管的尖端一直拉到创建一个超细点,以提高组织的渗透。玻璃微毛细吸管被连接到一个吸气器与温和的压力变化,使心室CSF可以控制收集。为了研究干细胞的的CSF信号的影响,我们解剖大脑皮质外植体,将它们放置在聚碳酸酯膜,并把它们飘浮在适当的铜CSF样品9 lture培养基中。利用这种技术,减少体积的介质来培养的组织,是足够允许脑脊液9的有效利用。

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Protocol

1。胚胎分离/准备工作

这种技术可以用于小鼠或大鼠。在这个协议中,我们展示了CSF采集技术,大脑皮质的外植体解剖小鼠胚胎脑。我们会就任何重要的差异大鼠与小鼠存在于一般技术。为胚胎的年龄分期系统,E1被归类为天大鼠插头,E0.5被归类为对小鼠的插头的天。

  1. 准备一个用Sylgard有机硅弹性体的显微解剖盘。 Sylgard的184有机硅弹性体提供液体成分由两部分组成,第一部分A和B部分,A部分和B部分混合在按重量或体积的比例为10:1。液体组分混合后,倒入一个Petri培养皿中倒入Sylgard的弹性体,以覆盖整个表面的菜。有些气泡可能是本,将在固化过程中消散。将陪替氏培养皿上的盖子,并允许elastom呃治愈。该弹性体可以在室温下固化24小时,或在较高的温度( 例如 37℃)为更快的固化。一旦液体成分凝固,解剖盘就可以使用了。可反复使用的菜多个实验,只要它被清洁以及下面的过程。
  2. 的微毛细吸管(针)的制备。制备微毛细吸液管通过施加热和拉使用一个成茂PC-10垂直的微量吸移管拉出器具有以下设置:一个步骤拉加热器#2设置为58;100克拉砝码。精尖的微管是用细#55镊子小心折断。针将得到的平均内径为85微米。
  3. 准备抽吸器组件为CSF愿望。插入微柱塞设置有微毛细吸液管进入毛细管针。或者,将一个塑料的一次性过滤器的端部的吸气管组件,连接吨Ø微毛细吸管。抽吸器组件的另一端的位置上的垫片插入推针贯通。
  4. 把胚胎从垃圾中分离到微解剖盘准备用Sylgard。
  5. 移除额外的胚胎外膜和组织,以便清楚地暴露的胚胎。每个组织层第一的子宫壁,然后蜕膜可以解剖用细的虹膜切除剪刀( 精细的科学工具#15000-02)。每个植入部位,首先子宫壁,然后蜕膜可以切开子宫的长轴平行的,并然后被打开切口可进一步用细镊子。蜕膜后,可以删除一个类似的切口,露出胎膜。使不切开或刺破胎膜,应谨慎行使。
  6. 用无菌Hanks平衡盐溶液(HBSS)清洗,并从周围的胚胎,使用移液管,以及一个kimwipe或过滤器除去过量的流体纸剪成三角形。

2。心室CSF收集

  1. 可视化解剖显微镜下鼠标,胚胎应在其一侧铺设,有了一个矢状发育中的胚胎的胚胎。用大鼠胚胎E16或以上的位置,在其背部脊柱的胚胎,沿其最长的平面尺寸,从颅尾方向,在它的后面,如果胚胎是在撒谎。以这种方式收集CSF可以从右侧和左侧侧脑室。
  2. 稳步微毛细吸管插入到侧脑室,脑脑室或小脑延髓池,试图不接触神经上皮细胞一旦已插入吸管。对于小鼠胚胎E14.5或更旧,被吸出的CSF可以自右心室,然后除去针插入左心室。由于脑室和胚胎的神经管的通畅年龄小于E14.5,整个CSF的体积往往可被吸出从与一个单一的针插入侧脑室。然而,这并非总是如此发育的时间和连接脑室通畅可能略有不同,因此,微毛细吸管也可以被插入到小脑延髓池收集最大CSF体积。
  3. 一旦微毛细吸管插入侧脑室,中脑脑室或小脑延髓池,仔细,轻轻地开始CSF进入移液管吸移,使用微柱塞创建负压抽吸的CSF,或通过提供一种温柔负压口使得CSF开始轻轻流入微毛细管的吸移管在一个缓慢的和受控的方式创建的。我们建议,观众会与有关机构的政策,这些方法自己的地方官员。
  4. 继续施加负压,并收集到微毛细吸管的CSF。在小鼠和大鼠胚胎为E16.5/E17或更年轻的,它是可能的轻微上的头部侧的微毛细吸管英寸在较旧的胚胎形成的草皮层的外观,观察心室崩溃,由于大脑的较大尺寸的,它可能不会是可能观察头部的崩溃。
  5. 停止施加压力,并温和地去除微毛细吸管从侧脑室。
  6. 轻轻驱逐CSF样品放入Eppendorf管中,已在冰上冷却。
  7. 从整个一窝动物继续收集CSF和游泳池的样品为同一管。
  8. 在4℃下以10,000 xg离心10分钟,以除去任何污染的细胞。
  9. 分析样品的污染神经上皮细胞或红血细胞的任何迹象。污染的迹象,通常表示由流体出现混浊或红/粉红色,或颗粒的存在下,用带血点。离心分离后,将CSF可以通过显微分析的细胞或细胞碎片的任何证据。如果有迹象污染的流体应该被丢弃。作为一个额外的控制,也可被染色的颗粒的含量为细胞。一个干净的CSF样品可用于细胞培养,皮质文化,法,免疫印迹,ELISA,和其他实验。明确CSF应被转移到一个新的无菌Eppendorf管中。现在可以用于分析样品可以与其他样品用液氮冷冻,或管理单元,汇集,并储存在-80℃下冻结和解冻的流体的小样本,可能会导致在小体积减少和蛋白浓度的变化。这可避免通过冷冻干燥的样品。

3。皮质外植体解剖

  1. 传输的E14.5胚胎分离出的垃圾到微解剖菜准备用Sylgard。
  2. 移除胚胎从胚外膜和组织,如在步骤1.5所述。
  3. <李>洗无菌Hanks平衡盐溶液(HBSS),并除去过量的流体,用移液管从周围的胚胎。
  4. 解剖从胚胎的其余部分( 图1A)中分离的头部穿过宫颈区域。
  5. 使用精细的手术刀眼科刀,切下来的中线的头皮。抓住每边用细镊子此切口,去除皮肤。接下来,使用虹膜切除术剪刀做一个切口,运行中线的发展头盖骨的长度。随后,使两个额外的切口,约1/3的距离,从显影颅骨的前部和后部的端部。用细镊子把握“襟翼”的头盖骨,这部分的解剖结果,并拆下显影的头盖骨组织,暴露皮层( 图1B)。
  6. 使用手术刀沿中线平分线大脑中期矢状平面中,分离的右侧和左侧的皮质半球( 1B,C)。软脑膜和蛛网膜装的皮质,硬脑膜与发展头骨一起被除去。
  7. 单独准备每个皮质半球。将半球的内侧,以便您可以看到神经节隆起和发展皮层( 图1C,D)。
  8. 使用手术刀,使冠状切口,通过大脑皮质神经上皮尾侧嗅球的发展。这的切口应该开始前边界的外侧和内侧神经节隆起,穿过前扣带回区域发展的皮质雏形( 图1E)。
  9. 另一个的冠状切口尾部的后边界的横向神经节隆起( 图1F)。此切口也应该从神经节隆起的侧边界的内侧壁皮质雏形。
  10. 收回皮质的“啪啪”CREA通过在步骤3.7和3.8的两个切口,使用手术刀或温和的压力从一个流中,用200微升移液器交付的HBSS中,以避免机械损伤的皮质。然后作一横切口,沿边界分离的的横向神经节隆起,从发展皮质( 图1G,H)。然后,剖析了发展中的海马和大脑皮质的下摆内侧前脑,在新皮层外侧皮质表面符合半球间墙的顶点。
  11. 作一横切口,沿边界分离的的横向神经节隆起,从皮层( 图1H)。
  12. 删除任何额外的Sylgard的板从解剖皮质外植体解剖组织。可以使用温和的移液管移液与新鲜的HBSS缓冲的任何额外的解剖组织。解剖的的皮质是现在有脑膜面朝下( 图1I)。

  1. 准备的铂丝的玻璃移液管连接到环路。加热的玻璃移液管与插入的玻璃移液管的端部中的折叠的铂丝。通过加捻的铂丝圈的端部,在循环的大小可以增加或减少,循环可以被成形为适应所需的外植体的大小。 (这可以预先准备和重复使用。)
  2. 的铂丝的端部加热到消毒循环。
  3. 隔离解剖的皮质外植体并删除额外的的HBSS媒体的移液温和,留少量使用的钢丝环。
  4. 将1厘米聚碳酸酯膜在4厘米直径的成像碟。
  5. 使用侧面的铂丝圈,轻轻翻转,使皮层脑膜的一面朝上。
  6. 关闭夹层皿中,将外植体在循环中间放置和使用的固有的静水压力抬起皮层的外植体电梯外植体在平面上。
  7. 轻轻地放置在所述聚碳酸酯膜的外植体,并解除铂丝圈离开的外植体,使得仍然心室与膜的表面接触的平坦的平面有上的膜。
  8. 轻轻抬起膜和膜下吸取50μL的CSF或其它媒体。
  9. 量的摄像培养皿,将其放置在湿润的副容器,并在5%CO 2在37℃下孵育24小时,以支持持续的细胞增殖和外植体生长。 图2示出了示意性的最终的皮层外植体的培养皿制备。

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Representative Results

CSF集合应得到一个明确的,透明的液体。不应该有任何从血液中的污染的证据证明,抽吸,并在Eppendorf管中的流体由一个红色或黄色带点。此外,也应该没有证据表明组织中吸出物和Eppendorf管。当CSF离心,也可以评估的CSF显微镜,以确保有没有污染。如果有污染的迹象时,CSF应该被丢弃。从E14.5鼠标乱抛垃圾,一个可以预见收集10-15微升CSF。 表1描述了从不同胚龄小鼠和大鼠的平均窝产仔数平均体积CSF收集。当已收集纯CSF标本时,CSF可以使用许多不同的技术进行分析, 图3示出了具有代表性的银染凝胶使用2UG鼠标E14.5 CSF。

大脑皮质外植体可以生长机智Ĥ不同体积的CSF加如有必要,以使总体积为50微升的基础培养基, 图4示出了代表性的外植体生长用50μl的100%胚胎CSF 24小时。已经示出的外植体存活和增殖与100%的CSF,并具有类似的啮齿动物的胚胎组织的组织学在相同胎龄9所示,由免疫反应的磷酸化组蛋白H3(PH3),一个标记的细胞分裂,沿心室表面,的BrdU,一个标记的DNA合成,掺入沿心室区,和Tuj1,神经元的标记物,在显影皮层​​板。

大鼠枯落物胚龄 每窝量 CD1乱抛垃圾胚龄 每窝量
E13 30-50微升 E10.5 15-20微升
E14 40-75微升 E12.5 15-20微升
E16 50-90微升 E14.5 10-15微升
E18 40-75微升 E16.5 5-10微升

表1。CSF获得标准尺寸的凋落物平均体积。

图1
图1。原理“大纲脑皮质外植体的解剖。

图2
图2。最终碟制备的示意图。


图3。银染色小鼠E14.5 CSF。这是一个代表银染色2UG鼠标E14.5 CSF蛋白质4-12%的Bis-Tris上运行的NuPAGE梯度凝胶自Invitrogen公司。银染色与开发为5分40秒的SilverQuest银染色试剂盒完成。

图4
图4。 E15大鼠皮层外植体生长24小时。这些是大脑皮层的外植体生长24小时在100%胚胎CSF的代表图像。这些外植已被固定通过卡诺的方法,石蜡切片,并准备用于免疫染色。 PH3(红色),和Tuj1(绿色),尿嘧啶(蓝色)。

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Discussion

心室CSF收集所描述的方法,已经取得了相当纯的胚胎脑脊液样品与在一些细胞分析9的稳定的蛋白质组合物,和一致的活性。有了一个良好的采集技术和产仔数的10 E14.5小鼠,可以预期的CSF收集10-15微升,并从E16鼠一窝,谁也无法预料的CSF收集约50-90微升。此收集技术,从血液和组织中的污染最小化,通过仔细观察,离心分离,和废弃的样品与细胞碎片或血色调的任何证据。我们已经分析了流体显微镜评估CSF离心后的细胞碎片或细胞内,并发现,没有沉淀,离心后的样品,是从蜂窝污染。在显影脑组织的蛋白质组的或受污染的CSF(数据未示出)的样品,使用这种方法提取的CSF相反,的CSF蛋白质组不包含任何的线粒体蛋白质分析时,用质谱仪6。

根据的心CSF在前脑泡和神经管内的物理定位,隔离的唯一方法是穿透皮肤,头骨,和前脑。因此,针插入通过这些组织可能污染的来源。针尖应尽可能尽可能细长,这样可以顺利地插入针穿过组织并进入心室。微毛细吸管可能会收集组织针内的孔中,在插入针的过程中进入心室。根据胚胎的年龄,和如果脉络膜丛已开发脑室内,重要的是不进入移液管抽吸内容脉络丛。然而,重要的是要建立足够的负压使得在CSF收集入t他吸液管,而不会干扰周围的脑组织或脉络丛。组织污染的存在可以是可视化的解剖显微镜下,通过移液CSF到载玻片上用玻璃盖玻片,直接可视化的细胞碎片。

我们为CSF隔离描述的方法提供了较纯的样品CSF我们已经确定。当已知的受污染的CSF样品已用质谱分析,他们已经显示线粒体蛋白质的存在(数据未示出)。是脑脊液穿刺显影颅骨和皮层通过以下方式获得,并因此,细胞和组织可能在CSF中存在的技术中的一个固有缺陷。离心CSF,分析的颗粒,在显微镜下和微观分析CSF,我们优化了一个为CSF隔离的方法,得到比较纯的脑脊液样本。

该技术f或心室胚胎CSF收集和大脑皮质外植体进行了描述和在电影中的小鼠胚胎。然而,该技术可以用于心室脑脊液收集和大脑皮质的外植体从所有胚胎啮齿动物和已施加到大鼠和小鼠。在本协议中所描述的方法专门设计的隔离心室CSF,不适合在蛛网膜下腔的脑脊液收集。

创建大脑皮层外植体的技术是能够生长具有降低体积培养基的外植体,给定的有限数量的供个别实验胚胎CSF。增长植可靠的24小时使用的介质的体积最小为50μL。有时,外植体进行培养超过24小时,72小时的最长期限。具有较长的实验中,最好是每24小时,以补充的生长介质。一旦植芳Ê培养所需的时间内,外植体可以被用于各种检测,包括免疫荧光法的一些,产生神经球,细胞死亡,或RNA提取。

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Disclosures

作者宣称,他们没有竞争的金融利益。

Acknowledgements

我们是从美国国立卫生研究院(奖励R00 NS072192 MKL,HD029178到AS.L.,2 RO1 NS032457到CAW)的支持表示感谢。 MKL是波士顿​​儿童医院的职业发展奖学金/哈佛医学院岸奖学金和研究员Alfred P. Sloan基金会的收件人。 CAW是霍华德·休斯医学研究所的研究员。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Wiretrop II capillary needles Drummond Scientific #5-000-2020
Sylgard Ellsworth Adhesives #184 SIL ELAST kit
Aspirator tube assembly Sigma #A5177-5EA
Disposable filter Venturi or local pharmacy not available Standard cigarette filter
Roundstock opthalmic knife (15 degree stab knife) World Precision Instruments, Inc. #500250
35mm glass bottomed culture dish MatTek Corp. #P35G-1.5-14-C
Platinum-iridium wire Tritech Research #PT-9010-010-3FT
Nuclepore Track-Etch Membrane Whatman #09-300-57
Hanks Balanced Salt Solution Fisher Scientific #SH30031.FS
Iridectomy Scissors Fine Science Tools #15000-02

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References

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