Method Article
العقد الجذرية الظهرية (DRG) والهياكل التي تحتوي على الخلايا العصبية الحسية في الجهاز العصبي المحيطي. عندما فصلها، فإنها يمكن أن تكون شارك في تربيتها مع الخلايا الجذعية الدهنية المشتقة مثل SC (ASC)، وتوفير نموذجا قيما للدراسة في المختبر تجديد الأعصاب وتكون الميالين، ومحاكاة البيئة في الجسم الحي في موقع الإصابة.
Dorsal root ganglia (DRG) neurons, located in the intervertebral foramina of the spinal column, can be used to create an in vitro system facilitating the study of nerve regeneration and myelination. The glial cells of the peripheral nervous system, Schwann cells (SC), are key facilitators of these processes; it is therefore crucial that the interactions of these cellular components are studied together. Direct contact between DRG neurons and glial cells provides additional stimuli sensed by specific membrane receptors, further improving the neuronal response. SC release growth factors and proteins in the culture medium, which enhance neuron survival and stimulate neurite sprouting and extension. However, SC require long proliferation time to be used for tissue engineering applications and the sacrifice of an healthy nerve for their sourcing. Adipose-derived stem cells (ASC) differentiated into SC phenotype are a valid alternative to SC for the set-up of a co-culture model with DRG neurons to study nerve regeneration. The present work presents a detailed and reproducible step-by-step protocol to harvest both DRG neurons and ASC from adult rats; to differentiate ASC towards a SC phenotype; and combines the two cell types in a direct co-culture system to investigate the interplay between neurons and SC in the peripheral nervous system. This tool has great potential in the optimization of tissue-engineered constructs for peripheral nerve repair.
إصابات الأعصاب الطرفية شائعة مع ما يقرب من 9،000 حالة في المملكة المتحدة التي تحدث كل عام في الغالب الشباب والسكان 1 العامل. وعلى الرغم من تقنيات إصلاح العصبية المجهرية، واستعادة وظيفة طبيعية مستحيلة التحقيق مع ما يترتب على ضعف الإحساس جهة، وانخفاض وظيفة الحركة وآلام متكررة والتعصب الباردة 2. مثل هذه الإصابات يكون لها تأثير عميق ودائم على المريض وقدرتها على أداء أنشطة الحياة اليومية، مع أقل من 60٪ العودة إلى العمل 3.
بعد الإصابة، النمط الظاهري ومورفولوجيا الخلايا العصبية وخلايا شوان (SC) التغيير من أجل خلق بيئة مناسبة للسماح للتنتشر محور عصبي. في حالة transection، وينقسم العصب إلى الداني والقاصي جذوعها. الجدعة الداني كونها نقطة من عملية التجدد التي تجري، في حين أن الجدعة البعيدة يخضع ولري انحطاط فتقوم SC فصلمن محاور عصبية المصاب، دي يفرق وتتكاثر. وهذا أمر أساسي من أجل إزالة الحطام الميلين وإعداد الجدعة البعيدة عن العصبية إعادة الجيل 4،5. ويدعم أكسون تنتشر عن طريق إنتاج العوامل وكيموكينات عصبية الصادرة عن SC في الجدعة البعيدة، وتسترشد الصفيحة القاعدية تركت وراءها التالية انحطاط ولري 6،7. SC محاذاة إلى جانب محور عصبي تجديد تشكيل عصابات من Büngner، التي تساعد على نمو محور عصبي تجاه الجهاز المستهدف، والحد من المتفرعة خارج الأنبوب غمد الليف العصبي. وبعد عودة التعصيب، SC تشكيل غمد المايلين جديد التفاف المحاور مجدد، ولكن فقط استعادة الوظيفة الحسية والحركية جزئيا 8.
العقد الجذرية الظهرية (DRG) والهياكل الموجودة في الثقب فقرات العمود الفقري، التي تحتوي على الخلايا العصبية الحسية التعصيب الأجهزة الطرفية. عندما ينفصل، ويمكن استخدامها بوصفها مناسبة في المختبر وزارة الدفاعشرم لدراسة العصبية تجديد 9-11، بما في ذلك التحقيقات في تشكيل المايلين. على وجه الخصوص، الخلايا العصبية DRG الكبار تحاكي خصائص في الجسم الحي من هذه الخلايا وتوفر أداة هائلة لدراسة استراتيجيات جديدة لإصلاح الأعصاب الطرفية في هندسة الأنسجة.
شارك في الثقافات تمثل النظام الديناميكي الذي يحاكي في المختبر التفاعل بين اثنين (أو أكثر) أنواع الخلايا في بيئة خاصة في الجسم الحي. واحدة من المزايا من هذه النماذج خلية ثقافة مشتركة هي المرونة والتحكم العالية التي يمكن أن تمارس على البيئة خارج الخلية. وقد استخدمت الخلايا العصبية DRG في كثير من الأحيان في النظم شارك في الثقافة مع SC لمحاكاة التفاعلات الفعلية التي تحدث بين أنواع الخلايا اثنين في الجهاز العصبي المحيطي 10،12 - 14. وقد تبين أن SC تفرز المصفوفة خارج الخلية (ECM) البروتينات وعوامل النمو التي يمكن بشكل ملحوظ تحسينقدرة الخلايا العصبية DRG من أجل البقاء وتنبت neurites التي 15،16. ومع ذلك، SC تتطلب فترات طويلة من الزمن لتتكاثر وعلى الرغم من التقدم في تقنية زراعة الخلايا، فإنه لا يزال من الصعب على توليد عدد مناسب من الخلايا لتطبيقات هندسة الأنسجة. وبالإضافة إلى ذلك، هناك ضرورة للتضحية من العصبية صحي لموسم الحصاد SC ذاتي. ولذلك، فإن الاختلاف في مصادر SC مهم لكلا هندسة الأنسجة واختبار المختبر من تجديد الأعصاب. في طريقة العرض هذه، يمكن اعتبار ASC بديلا قيما للتنمية بناء الأنسجة المهندسة لاستخدامها في إصلاح الأعصاب الطرفية 17،18. أظهرت الأعمال السابقة من قدرة هذه الخلايا على التمايز إلى مثل SC ASC، معربا مميزة الدبقية-علامات، مثل S-100، P75 وييفي الدبقية البروتين الحمضية (GFAP) 19، وكذلك البروتين المايلين صفر (P0) 20 . إفراز عوامل النمو الدبقية، مثل المشتقة من الدماغ عامل التغذية العصبية (BDNF)، لوحظ عامل نمو الأعصاب (NGF) والدبقية مشتقة من خلية عصبية عامل (GDNF) أيضا 21،22. لذلك، مثل SC ASC يمكن استخدام مروج للتجديد الأعصاب الطرفية، كما يتبين من على حد سواء في التجارب المختبرية والدراسات المجراة 23-26. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تحصد ASC من خلال إجراءات الحد الأدنى الغازية في عدد أكبر بالمقارنة مع أنواع الخلايا الجذعية الأخرى؛ تردد للخلايا الجذعية في الأنسجة الدهنية غير 100- إلى 1،000 أضعاف عما كانت عليه في نخاع العظم 27 عاما، وكان لديهم معدل انتشار أعلى مقارنة مع SC ونخاع العظم الخلايا الجذعية الوسيطة.
ويهدف هذا العمل إلى توفير بروتوكول مفصلة لأداء المحاصيل كفاءة عالية من الخلايا العصبية DRG فصل وASC على التوالي، وهذا الأخير يجري متباينة إلى خلايا تشبه SC. لذا فإن الثقافة المشتركة من هذه أنواع الخلايا اثنين من توفير نظام عملي جدا والتي يمكن استخدامها للدراسات المستقبلية على قدرة DRG شمال شرقurons لتنبت neurites التي وآليات تشكيل المايلين على سقالة مختلفة لهندسة الأنسجة العصبية.
تم تنفيذ جميع التجارب التي تنطوي على الحيوانات وفقا للحيوانات في المملكة المتحدة (إجراءات علمية) لعام 1986 م: ملاحظة.
1. التجريبية مجموعة المتابعة
2. الدهنية المشتقة الخلايا الجذعية (ASC) الحصاد والتمايز إلى النمط الظاهري SC
4. المباشر المشارك ثقافة تشبه SC ASC وDRG الخلايا العصبية
ثقافات الخلايا العصبية DRG فصلها تمثل مناسبة في نموذج المختبر لدراسة تجديد الأعصاب. ومع ذلك، لا ركائز غير المعالجة لا توفر بيئة مناسبة لمرفق DRG وتمديد neurites التي. -SC مثل ASC قادرون على إنتاج عوامل النمو وكيموكينات 19 التي يمكن أن تحسن قدرة الخلايا العصبية DRG تنبت neurites التي عندما يتم اطلاق سراحهم في مستنبت. وبالتالي يمكن وجود مثل SC ASC في نظام الثقافة تلعب دورا هاما في تنظيم وظائف DRG.
يوضح هذا البروتوكول (الشكل 1) الإجراء لإجراء المباشرة المشارك ثقافة ASC وDRG الخلايا العصبية تشبه SC خلالها الخلايا العصبية في الحصول على اتصال مباشر مع المصنف سابقا مثل SC ASC. والصعوبة الرئيسية المرتبطة بهذا الإجراء هو تباين عال من عدد من الخلايا العصبية DRG تحصد من الحيوانات المختلفة. لهذا السبب، يمكن أن تكون النتائج في بعض الأحيان من الصعب comparوينبغي إيلاء البريد واهتماما خاصا أثناء إجراء البذر من أجل الحصول دائما على كثافة الخلايا المماثلة في كل تجربة. وقد تم تحسين بروتوكول للحد على الأقل من عدد الخلايا الأقمار الصناعية المتبقية من التفكك DRG الخلايا العصبية باستخدام التدرج BSA (الخطوة 3.11). وبالإضافة إلى ذلك، يمكن إضافة السيتوزين-أرابينوز (ARA-C) ملحق المتوسطة BS من أجل مواصلة تقليل السكان الخلية الأقمار الصناعية، كما وصفها Kingham وآخرون. 11. ومع ذلك، واختيار الوقت العلاج يحتاج إلى أن تكون متوازنة بعناية مع DRG وتشبه SC ASC حيوية، تضررت أيضا من وجود ARA-C الملحق في مستنبت. ولذلك، فمن الصعب جدا إنجاز خلية الأقمار الصناعية نظام حر.
ويبين الشكل (2) وأهمية مثل SC ASC لDRG محوار تنتشر في نموذج التعاون ثقافة استخدام بولي غير المعالجة ومعدلة كيميائيا - caprolactone (PCL) الأفلام بمثابة ركائز. وكانت الخلايا العصبية DRG مايntained في الثقافة لمدة 3 أيام في وجود أو عدم وجود مثل SC ASC، وذلك باستخدام حل مختلط يحتوي على 50٪ من BS المتوسطة و 50٪ من الخلايا الجذعية التمايز المتوسطة، كما هو موضح في الخطوة 4.5. وبعد هذه الفترة، كانت ثابتة الخلايا في بارافورمالدهيد 4٪ وملطخة β-III تويولين (الخلايا العصبية DRG) وS100 (مثل SC ASC) للتحقيق في مورفولوجيا الخلايا ودراسة قدرة الخلايا العصبية DRG لتبرز neurites التي. لم يلاحظ أي neurites التي على الأسطح غير المعالجة في غياب مثل SC ASC (الشكل 2A)، في حين تشكيل neurites التي تم تحسين واضح في النظام شارك في ثقافة (الشكل 2C). في المتوسط، وعدد من neurites التي في جسم الخلية زيادة كبيرة 0-3 في وجود الخلايا الجذعية. أعطيت تأكيد هذه النتائج أيضا عن طريق المجهر الإلكتروني (SEM) التحليل، كما هو موضح في الشكل (3). وعلى وجه الخصوص، وتظهر الصور SEM أن قدرة الخلايا العصبية DRG تنبت neurites التي تحدث بشكل تفضيلي بالتزامنمع مثل SC ASC، كما يتضح من الأسهم الصفراء في الشكل 3C.
وتجدر الإشارة إلى أن استخدام ركائز المعدلة laminin (بما في ذلك الببتيدات المستمدة laminin) في نظم الاستزراع التي تحتوي على الخلايا العصبية DRG تم في كثير من الأحيان يعرف بأنه حالة مناسبة لزراعة الخلايا العصبية، وجود آثار ملحوظة على تشكيل Neurite النوعي والإرشاد 30-32 . ومع ذلك، فإن النتائج هو مبين في الشكل 2D و 3D الشكل يدل على أن الجمع بين الاشارات الكيميائية والبيولوجية يمكن من تعزيز استجابة الخلايا العصبية DRG.
وتستمد الشكل 1. إعداد مثل DRG-SC نظام ASC شارك في ثقافة المباشر. DRG الخلايا العصبية وASC التوالي من العمود الفقري والدهون الحشوية والإربي من سوء الكبارالفئران البريد سبراغ داولي. بعد الهضم من الأنسجة الدهنية من خلال سلسلة من التفاعلات الإنزيمية، يتم التمييز ASC إلى خلايا تشبه SC وحافظت في ظروف شبه متموجة لحين الحاجة إليها. مثل SC ASC هي ما قبل المصنف على كل الركيزة 24 ساعة قبل الحصاد DRG. في اليوم، يتم استخراج الخلايا العصبية DRG وفصلها من خلال سلسلة من الإجراءات الأنزيمية والميكانيكية. ثم هي المصنفة الخلايا العصبية في الجزء العلوي من المصنف سابقا مثل SC ASC والحفاظ عليها في الثقافة حتى يعاير (متوسطة مختلطة: تحتوي على 50٪ من تمايز الخلايا الجذعية المتوسطة و 50٪ من المعدل المتوسط BS). الرجاء انقر هنا لعرض أكبر نسخة من هذا الرقم.
الشكل 2. صور الإسفار من الخلايا العصبية DRG في ظروف ثقافة متنوعة.(A) الأفلام PCL غير المعالجة؛ (ب) الأفلام PCL تعديل RGD؛ (C) المشارك مثقف مع مثل SC ASC على الأفلام PCL غير المعالجة؛ (د) التعاون مع مثقف مثل SC ASC على الأفلام PCL تعديل RGD. واستمرت الخلايا في الثقافة لمدة 3 أيام باستخدام حل مختلط يحتوي على 50٪ من المعدل BS المتوسطة و 50٪ من الجذعية تمايز الخلايا المتوسطة. بعد هذا الوقت، كانت ثابتة الخلايا في بارافورمالدهيد 4٪، permeabilized في حل تريتون-X، وسدت مواقع الربط غير محددة مع 1٪ BSA. الخلايا العصبية ثم تم ملطخة ضد β-III تويولين (FITC؛ الخضراء) وتشبه SC ASC ضد S-100 (AlexaFluor568، الحمراء) الأجسام المضادة. وأخيرا كانت ملطخة النوى مع دابي (الأزرق). تم الحصول على الصور باستخدام مجهر مضان (أوليمبوس BX60، اليابان). (إعادة طباعة بإذن من دي لوكا وآخرون. 30. الرجاء انقر هنا لعرض أكبر قيود التصدير الطوعيةأيون من هذا الرقم.
الشكل 3. الصور SEM من الخلايا العصبية DRG في ظروف ثقافة متنوعة (A) الأفلام PCL غير المعالجة (B) الأفلام PCL تعديل RGD؛. (C) المشارك مثقف مع مثل SC ASC على الأفلام PCL غير المعالجة، (D) المشارك مثقف مع مثل SC ASC على تعديل RGD الأفلام PCL. الأسهم الصفراء تشير إلى نقاط الاتصال بين تشبه SC ASC وDRG، مؤكدا تفاعلها المباشر في نظام المشاركة في الثقافة. واستمرت الخلايا في الثقافة لمدة 3 أيام وثابتة في 2.5٪ غلوتارالدهيد. وبعد الجفاف في سلسلة متدرجة الايثانول (50٪، 70٪، 90٪، 100٪)، وتشطف الخلايا أخيرا في hexamethyldisilazane وتجفيفها قبل التركيب على بذرة والذهب الاخرق لتحليل SEM. تم الحصول على الصور باستخدام SEM (زايس EVO60، المملكة المتحدة) مع المجلد تسريعالمئوية من 10KV. (إعادة طباعة بإذن من دي لوكا وآخرون. 30. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
وكثيرا ما تستخدم الخلايا العصبية DRG بين الخلايا العصبية للثقافة الأولية لدراسة تجديد الخلايا العصبية بعد axotomy في الجسم الحي. هنا يرد بروتوكول دقيقة لDRG الحصاد من الفئران الكبار، تهدف إلى الحد من عدد السكان من الخلايا الأقمار الصناعية في البيئة المحيطة دون المساومة على بقاء الخلايا العصبية. كما ASC متباينة في النمط الظاهري مثل SC هي بديل صالح لSC لعلاجات الخلايا، كما وصف أحد ASC / DRG نظام المشاركة في ثقافة تشبه SC بالتفصيل.
ومن المعروف على نطاق واسع أن laminin (أو تسلسل الببتيد laminin المشتقة) يكون لها تأثير مفيد على بقاء الخلايا العصبية وتشكيل محوار 31-33. ولذلك عند تنفيذ الثقافات الخلايا العصبية DRG ينصح لمعطف من قبل كل الركيزة مع laminin من أجل تجنب أي خسارة في الأداء الوظيفي للخلايا العصبية. ينطبق عليها مفهوم الطلاء laminin أيضا إلى ركائز بيولوجية لتصميميبني هندسة الأنسجة، مثل بولي - caprolactone (PCL) كثيرا ما تستخدم لتصنيع خطوط الأنابيب العصبية 30. أيضا، تظاهر الأعمال السابقة التي المصفوفات الفيبرين هي المواد المناسبة للثقافات العصبية في ثلاثة أبعاد 11.
بالإضافة إلى البروتين والطلاء، وشارك في نماذج من الثقافة توفر الظروف ثمينة للبقاء DRG الخلايا العصبية وبيئة مناسبة لدراسة التفاعلات التي تحدث بين الخلايا العصبية وSC في الجهاز العصبي المحيطي التالية الإصابة. ويمكن أيضا أن خلايا زرعها في الجسم الحي باستخدام الأجهزة العصبية من أجل اختصار الوقت تجنيد خلايا ذاتي في موقع الإصابة. هذا مهم بشكل خاص في إصابات خطيرة، والتي يمكن أن تؤدي إلى الشيخوخة خلية / الموت وضمور العضلات. على الرغم من أن SC هي الخلايا الدبقية أهم المشاركين في عملية تجديد الطرفية العصبية وتكون الميالين، توافرها محدود ومعدل انتشار بطيء بهم يجعلها غير صالحةلتطبيقات هندسة الأنسجة (34). ASC هي بديل صالح بسبب وفرة وقدرتها على التمايز إلى النمط الظاهري للSC، معربا عن علامات الدبقية محددة وإظهار أوجه التشابه وظيفية لالأصلي SC 19. ASC هي أيضا قادرة على انتاج البروتينات ونمو العوامل 5 التي يمكن أن تكون مفيدة لتكوين وتمديد neurites التي كتبها الخلايا العصبية DRG في نظام المشاركة في الثقافة. ومع ذلك، يمكن تعيين نظامين مختلفين ثقافة مشتركة على النحو ظيفة احتياجات التجريبية. الطريقة المقترحة في هذه الورقة هو نسخة منقحة من بروتوكول راسخة في مختبرنا 11 وأنها تنطوي على اتصال مباشر بين أنواع الخلايا اثنين (شارك في ثقافة مباشرة)، والتي هي نوع من الخلايا المصنف الثاني (الخلايا العصبية DRG) في الجزء العلوي من الآخرين (مثل SC ASC). ويستند هذا النهج على النتائج السابقة التي أظهرت أهمية وجود طبقة الخلايا الدبقية على الركيزة عندما البذر الثقافات العصبية 35 - 37. ومن المرجح بسبب التفاعلات خلية خلية من خلال integrins DRG والجزيئات ECM المودعة من ASC والعظة أخرى على سطح الخلايا الجذعية هذا التأثير. ولوحظ أيضا أن خفض البروتين في الدم على المدى المتوسط خفض انتشار تلويث الخلايا الأقمار الصناعية التي يمكن أن تجنيها من تفكك الخلايا العصبية DRG، دون التأثير على وظائف ASC. ومع ذلك، الخلايا الأقمار الصناعية، بما في ذلك عدد صغير من السكان SC، من الصعب القضاء نهائيا من الثقافات من الخلايا العصبية DRG وعدد قليل من الخلايا المتبقية ستكون أيضا موجودة في نظام المشاركة في الثقافة. ولذلك فمن المهم أن نلاحظ أن هؤلاء السكان الفرعي صغير يمكن أن يشارك أيضا في العمليات تكون الميالين خلال الدراسات في المختبر، إذ يشير إلى الخلايا ذاتي التي تكون موجودة في الجسم الحي بعد الاصابة. النهج الثاني (وليس المقدمة هنا) ينطوي على استخدام إدراج ثقافة الخلية، تجنب الاتصال المباشر بين اثنين من أنواع مختلفة من الخلايا (غير المباشرة المشارك الثقافة). Howevإيه، فإنه ليس ممثل الأوضاع في الجسم الحي خلال تجديد الأعصاب (خفض قدرة الخلايا العصبية لتطوير neurites التي طويلة)، ولكن يتم استخدامه لدراسة تأثير العوامل إنتشاري صدر في المتوسط من السكان خلية معينة على 38 آخرين .
The authors confirm that there are no conflicts of interest associated with this publication.
This work is supported by the National Institute for Health Research, Academy of Medical Sciences and the British Society for Surgery of the Hand. We also gratefully acknowledge the continuing supply of GGF-2 from Acorda Therapeutics, USA. The authors would finally like to acknowledge Prof. Giorgio Terenghi for his valuable support and guidance in our group over the past years that led to the development and optimization of this protocol.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 µm cell strainer | BD Biosciences | 352360 | 70 μm strainers (ref. 352350) can be used as alternative |
15 ml plastic tubes | Sarstedt | 62.554.002 | |
50 ml plastic tubes | Sarstedt | 62.547.004 | |
75 cm2 flasks | Corning | BC301 | |
Retinoic Acid >98% HPLC | Sigma | R2625 | |
ARA-C supplement | Sigma | C6645 | |
Recombinant Human FGF-basic (154 aa) | Peprotech | 100-18B | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma | A9205 | |
Collagenase type I | Gibco | 17100-017 | Note: this collagenase is only used for fat tissue digestion |
Collagenase type IV | Worthington Biochemical | LS004188 | Note: this collagenase is only used to dissociate DRG explants |
Foetal Bovine Serum (FBS) | Biosera | FB-1001 | |
Forskolin | Sigma | F3917 | |
Glass pipettes | Fisher Scientific | FB50253 | Sharp material to be disposed accordingly |
Glial Growth Factor-2 (GGF-2) | Acorda Therapeutics | GGF-2 was kindly donated by Acorda Therapeutics. For a commercially available alternative, we recommend NRG1-β1 (R & D Systems, Abingdon) for stem cell differentiation to be used at the final concentration of 200 ng/ml | |
Nutrient Mix F12 HAM | Sigma | N6658 | Warm at 37 °C in a water bath unless specified |
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) | Sigma | H9394 | Warm at 37 °C in a water bath unless specified |
N-2 supplement (100x) | Invitrogen | 17502 | |
Nerve Growth Factor 2.5s Protein, Mouse Submaxillary Glands (NGF) | Millipore | NC011 | |
Penicillin-Streptomycin (PS) | Sigma | P0781 | |
[header] | |||
Petri dishes | Corning | 430165 | |
Recombinant Human PDGF-AA | Peprotech | 100-13A | |
Trypsin | Invitrogen | 25200-056 | Warm at 37 °C in a water bath. This is used for cell detachment from tissue culture flasks |
Trypsin (2x bovine pancreatic) | Worthington Biochemical | LS003703 | This is used for DRG dissociation |
Minimum Essential Medium Eagle (MEM) | Sigma | M8042 | Warm at 37 °C in a water bath unless specified |
2-mercaptoethanol | Sigma | M3148 | Prepare the solution in the biological cabinet |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved