A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يصف هذا البروتوكول الثقافات العضوية طويلة الأجل للقشرة البشرية البالغة جنبا إلى جنب مع الزرع داخل القشرة خارج الجسم الحي للأسلاف القشرية المشتقة من الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات ، والتي تقدم منهجية جديدة لمزيد من اختبار العلاجات القائمة على الخلايا الجذعية للاضطرابات التنكسية العصبية البشرية.
الاضطرابات التنكسية العصبية شائعة وغير متجانسة من حيث أعراضها وتأثيرها الخلوي ، مما يجعل دراستهم معقدة بسبب عدم وجود نماذج حيوانية مناسبة تحاكي تماما الأمراض البشرية وضعف توافر أنسجة المخ البشرية بعد الوفاة. توفر زراعة الأنسجة العصبية البشرية للبالغين إمكانية دراسة جوانب مختلفة من الاضطرابات العصبية. يمكن معالجة الآليات الجزيئية والخلوية والكيميائية الحيوية بسهولة في هذا النظام ، بالإضافة إلى اختبار الأدوية أو العلاجات المختلفة والتحقق من صحتها ، مثل العلاجات القائمة على الخلايا. تجمع هذه الطريقة بين الثقافات العضوية طويلة الأجل للقشرة البشرية البالغة ، والتي تم الحصول عليها من مرضى الصرع الذين يخضعون لجراحة استئصالية ، والزرع داخل القشرة خارج الجسم الحي للأسلاف القشرية المستحثة متعددة القدرات المشتقة من الخلايا الجذعية. ستسمح هذه الطريقة بدراسة بقاء الخلايا ، والتمايز العصبي ، وتشكيل المدخلات والمخرجات المشبكية ، والخصائص الكهربية للخلايا المشتقة من الإنسان بعد الزرع في الأنسجة القشرية البشرية البالغة السليمة. هذا النهج هو خطوة مهمة قبل تطوير منصة نمذجة الأمراض البشرية 3D التي من شأنها أن تجعل البحوث الأساسية أقرب إلى الترجمة السريرية للعلاجات القائمة على الخلايا الجذعية للمرضى الذين يعانون من اضطرابات عصبية مختلفة والسماح بتطوير أدوات جديدة لإعادة بناء الدوائر العصبية التالفة.
الاضطرابات التنكسية العصبية ، مثل مرض باركنسون أو مرض الزهايمر أو السكتة الدماغية الإقفارية ، هي مجموعة من الأمراض التي تشترك في السمة المشتركة لخلل الخلايا العصبية أو الموت. فهي غير متجانسة من حيث منطقة الدماغ والسكان الخلايا العصبية المتأثرة. لسوء الحظ ، فإن علاجات هذه الأمراض نادرة أو ذات فعالية محدودة بسبب عدم وجود نماذج حيوانية تحاكي ما يحدث في الدماغ البشري 1,2. العلاج بالخلايا الجذعية هو واحد من أكثر الاستراتيجيات الواعدة لتجديد الدماغ3. تم تطوير جيل السلف العصبي من الخلايا الجذعية من مصادر مختلفة بشكل كبير في السنوات الأخيرة 4,5. أظهرت المنشورات الحديثة أن الخلايا الجذعية الشبيهة بالظهارة العصبية ذاتية التجدد (lt-NES) المشتقة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات (iPS) المستحثة من قبل الإنسان ، والتي تتبع بروتوكول التمايز القشري وبعد الزرع داخل القشرة في نموذج الفئران مع السكتة الدماغية الإقفارية التي تؤثر على القشرة الحسية الجسدية ، تولد خلايا عصبية قشرية ناضجة. بالإضافة إلى ذلك ، تلقت الخلايا العصبية المشتقة من الكسب غير المشروع اتصالات متشابكة واردة وصادرة من الخلايا العصبية المضيفة ، مما يدل على اندماجها في الشبكة العصبية للفئران 6,7. كانت المحاور المشتقة من الكسب غير المشروع ميالينية ووجدت في مناطق مختلفة من دماغ الفئران ، بما في ذلك منطقة الاحتشاء ، والجسم الثفني ، والقشرة الحسية الجسدية المقابلة. الأهم من ذلك ، أن زرع الخلايا المشتقة من iPS عكس العجز الحركي في السكتة الدماغية7.
حتى لو ساعدت النماذج الحيوانية في دراسة بقاء الزرع ، والتكامل العصبي ، وتأثير الخلايا المطعمة على الوظائف الحركية والمعرفية ، فإن المعلومات حول التفاعل بين الخلايا البشرية (مضيف الكسب غير المشروع) مفقودة في هذا النظام 8,9. لهذا السبب ، يتم وصف طريقة مشتركة لثقافة النمط العضوي للدماغ البشري على المدى الطويل مع زرع خارج الجسم الحي للأسلاف العصبية المشتقة من الخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات البشرية هنا. الثقافات العضوية في الدماغ البشري التي تم الحصول عليها من استئصال جراحة الأعصاب هي نماذج 3D ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية للدماغ التي تسمح للباحثين بزيادة فهمهم لدوائر الجهاز العصبي المركزي البشري والطريقة الأكثر دقة لاختبار العلاجات لاضطرابات الدماغ البشري. ومع ذلك ، لم يتم إجراء أبحاث كافية في هذا السياق ، وفي معظم الحالات ، تم استخدام الثقافات العضوية للدماغ الحصين البشري10,11. تتأثر القشرة الدماغية بالعديد من الاضطرابات التنكسية العصبية ، مثل السكتة الدماغية12 أو مرض الزهايمر13 ، لذلك من المهم أن يكون لدينا نظام ثلاثي الأبعاد قشري بشري يسمح لنا بتوسيع معرفتنا واختبار الاستراتيجيات العلاجية المختلفة والتحقق من صحتها. استخدمت العديد من الدراسات في السنوات القليلة الماضية مزارع من الأنسجة القشرية البشرية البالغة (hACtx) لنمذجة أمراض الدماغ البشري14،15،16،17،18،19 ؛ ومع ذلك ، تتوفر معلومات محدودة في سياق العلاج بالخلايا الجذعية. وقد أثبتت دراستان بالفعل جدوى النظام الموصوف هنا. في عام 2018 ، تبين أن الخلايا الجذعية الجنينية البشرية المبرمجة بعوامل نسخ مختلفة وزرعها في أنسجة hACtx تؤدي إلى ظهور خلايا عصبية قشرية ناضجة يمكن أن تندمج في الشبكات القشرية البشرية البالغة20. في عام 2020 ، كشف زرع خلايا lt-NES في نظام النمط العضوي البشري عن قدرتها على التمايز إلى خلايا عصبية قشرية ناضجة خاصة بالطبقة مع الخصائص الفيزيولوجية الكهربية للخلايا العصبية الوظيفية. أقامت الخلايا العصبية المطعمة اتصالات متشابكة واردة وصادرة مع الخلايا العصبية القشرية البشرية في شرائح الدماغ البالغة ، كما يؤكدها تتبع أحادي المشبك الرجعي لفيروس داء الكلب ، وتسجيلات المشبك التصحيحي للخلية الكاملة ، والمجهر الإلكتروني المناعي21.
يتبع هذا البروتوكول الإرشادات المعتمدة من قبل اللجنة الأخلاقية الإقليمية ، لوند ، السويد (رقم التصريح الأخلاقي 2021-07006-01). تم الحصول على أنسجة القشرة المخية الحديثة السليمة من المرضى الذين يخضعون لجراحة اختيارية لصرع الفص الصدغي. تم الحصول على موافقة مستنيرة من جميع المرضى.
ملاحظة: تمت معالجة جميع الأنسجة التي تم الحصول عليها بغض النظر عن حجمها. ومع ذلك ، فإن الأنسجة الأصغر من 1-1.5 مم3 في الحجم ستكون صعبة تقنيا للتعامل معها وتقسيمها باستخدام اهتزاز.
1. جمع الأنسجة وصيانتها وقطعها وطلائها
حل القطع | تركيز المخزون | التركيز النهائي [mM] | لكل 1 لتر |
سكروز | ذرور | 200 | 68.46 غ |
هيدروكسي الصوديوم 3 | ذرور | 21 | 1.76 غ |
ككل | ذرور | 3 | 0.22 غ |
NaH2PO4 | ذرور | 1.25 | 0.17 غ |
الجلوكوز | ذرور | 10 | 1.80 غ |
مغسو 4 | 1 م | 2 | 2 مل |
CaCl2 | 1 م | 1.6 | 1.6 مل |
إم جي سي إل2 | 2 م | 2 | 1 مل |
الجدول 1: تكوين محلول القطع. يتم استخدام MgCl2 و CaCl2 كمحاليل 1 M معدة مسبقا في الماء منزوع الأيونات.
حل الشطف | تركيز المخزون | التركيز النهائي | لكل 100 مل |
هبس | 1x | 95 مل | |
بنسترب | 10000 وحدة / مل | 500 وحدة / مل | 5 مل |
هيبس | ذرور | 4.76 جم/لتر | 476 ملغ |
الجلوكوز | ذرور | 2 غ/لتر | 200.6 مجم |
الجدول 2: تكوين محلول الشطف.
hACtx المتوسطة | تركيز المخزون | التركيز النهائي | لكل 100 مل | |
وسط عصبي بدون فينول أحمر | 97.4 مل | انظر جدول المواد | ||
ب 27 | 50 ضعفا | 1:50 | 2 مل | |
إل-جلوتامين | 100 ضعف | 1:200 | 500 ميكرولتر | انظر جدول المواد |
الجنتاميسين | 50 ملغ/مل | 1:1000 | 100 ميكرولتر |
الجدول 3: تكوين وسط hACtx.
2. تكاثر وتمايز خلايا lt-NES
ملاحظة: يتم إنشاء خلايا Lt-NES كما هو موضح سابقا21،22 ويتم تحويلها باستخدام ناقل عدسي فيروسي يحمل بروتين الفلورسنت الأخضر (GFP) تحت محفز تأسيسي (خلايا GFP-lt-NES). يتم تخزين قوارير تحتوي على 3 × 106 خلايا في -150 درجة مئوية حتى الاستخدام.
الوسط الأساسي | تركيز المخزون | التركيز النهائي | لكل 100 مل |
DMEM/F12 مع إل-جلوتامين | 1x | 98.7 مل | |
ملحق N-2 | 100 ضعف | 1:100 | 1 مل |
الجلوكوز | 45% | 3.5 مل / لتر | 350 ميكرولتر |
الجدول 4: تكوين وسط انتشار خلايا lt-NES (الوسط الأساسي).
DDM المتوسطة | تركيز المخزون | التركيز النهائي | لكل 100 مل |
DMEM/F12 مع إل-جلوتامين | 96 مل | ||
ن2 | 100 × | 1:100 | 1 مل |
نيا | 100 × | 1:100 | 1 مل |
بيروفات الصوديوم | 100 مللي متر | 1:100 | 1 مل |
BSA V الكسر | 7.5% | 6.6 مل / لتر | 660 ميكرولتر |
2-ميركابتوإيثانول | 50 نيوتن متر | 7 ميكرولتر / لتر | 0.7 ميكرولتر |
الجلوكوز | 45% | 3.2 مل / لتر | 320 ميكرولتر |
الجدول 5: تكوين الوسط المحدد بالتمايز (DDM) لخلايا lt-NES.
3. زرع خلايا GFP-lt-NES في شرائح hACtx ذات النمط العضوي
ملاحظة: يجب زراعة أنسجة hACtx لمدة 1 أسبوع قبل زرع الخلايا. لتسهيل إجراء عملية الزرع ، من الضروري إزالة 2 مل من وسط hACtx من أعلى الملحق لمنع الأنسجة من الطفو.
4. التحقق من الصحة
الاجسام المضاده | التخفيف | تلاحظ |
ابتدائي | ||
دجاج مضاد ل GFP | 1:1000 | |
دجاج مضاد ل MAP2 | 1:1000 | |
الماعز المضادة AiF1 | 1:100 | |
الماوس مكافحة MBP | 1:1000 | مطلوب استرجاع المستضد |
ماوس مضاد SC123 | 1:2000 | |
أرنب مضاد للنيوين | 1:1000 | |
أرنب مضاد أوليج 2 | 1:500 | |
أرنب مضاد Tmem119 | 1:200 | |
ثانوي | ||
488 مترافق AffinityPure Donkey مضاد للفأر IgG | 1:500 | |
488 مترافق تقارب حمار نقي مضاد للأرانب IgG | 1:500 | |
488 مترافق AffinityPure Donkey مضاد للدجاج IgG | 1:500 | |
Cy3-مترافق التقاربالحمار النقي مكافحة الدجاج IgG | 1:500 | |
Cy3-مترافق التقاربحمار نقي مضاد للماعز IgG | 1:500 | |
Cy3-مترافق تقارب حمار نقي مضاد للفأر IgG | 1:500 | |
أليكسا فلور 647 مترافق ستربتافيدين | 1:500 |
الجدول 6: قائمة الأجسام المضادة الأولية والثانوية للكيمياء الهيستولوجية المناعية.
هاكف | تركيز المخزون | التركيز النهائي [mM] | لكل 1 لتر |
كلوريد الصوديوم | ذرور | 129 | 7.54 غ |
هيدروكسي الصوديوم 3 | ذرور | 21 | 1.76 غ |
الجلوكوز | ذرور | 10 | 1.80 غ |
ككل | ذرور | 3 | 0.22 غ |
NaH2PO4 | ذرور | 1.25 | 0.17 غ |
مغسو 4 | 1 م | 2 | 2 مل |
CaCl2 | 1 م | 1.6 | 1.6 مل |
الجدول 7: تكوين السائل النخاعي الاصطناعي (haCSF).
محلول K-غلوكونات الداخلي | تركيز المخزون | التركيز النهائي [mM] | لكل 100 مل |
ك-غلوكونات | ذرور | 122.5 | 2.87 غ |
ككل | ذرور | 12.5 | 93.18 مجم |
كلوريد الصوديوم | ذرور | 8 | 46.76 مجم |
هيبس | ذرور | 10 | 238.32 مجم |
مغاتب | ذرور | 2 | 101.4 مجم |
Na3GTP | ذرور | 0.3 | 17.0 مجم |
ملاحظه: ضبط درجة الحموضة مع KOH / HCl |
الجدول 8: تكوين محلول داخلي قائم على K-gluconate.
باتباع البروتوكول الموصوف ، تم جمع ومعالجة أنسجة hACtx من مريض مصاب بصرع الفص الصدغي ، كما هو موضح أعلاه. تم تثبيت بضع شرائح بعد 24 ساعة في الثقافة لدراسة نقطة البداية للأنسجة المضيفة. أظهر تحليل مجموعات الخلايا العصبية المختلفة مثل الخلايا العصبية (معبرا عن NeuN و Map2 ، الشكل 1A) ، والخلايا قليلة ?...
يعد الحصول على شرائح hACtx ذات الجودة العالية بما يكفي الخطوة الأكثر أهمية في هذا البروتوكول. يتم الحصول على الأنسجة القشرية من مرضى الصرع الذين يخضعون لجراحة استئصالية24. جودة الأنسجة المقطوعة ، وكذلك وقت تعرض الأنسجة بين الاستئصال والثقافة ، أمر بالغ الأهمية. كلما تم...
يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.
يتم دعم هذا العمل من خلال منح من مجلس البحوث السويدي ، ومؤسسة الدماغ السويدية ، والمؤسسة السويدية للسكتة الدماغية ، ومنطقة Skåne ، ومؤسسة Thorsten and Elsa Segerfalk ، ومبادرة الحكومة السويدية لمجالات البحث الاستراتيجي (StemTherapy).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Tissue Cutting and electrophysiology | |||
Adenosine 5'-triphosphate magnesium salt | Sigma | A9187 | |
Bath temperature controller | Luigs & Neumann | TC0511354 | |
Calcium Chloride dihydrate | Merck | 102382 | |
Carbogen gas | Air Liquide | NA | |
Cooler | Julaba FL 300 | 9661012.03 | |
D-(+)Glucose | Sigma-Aldrich | G7021 | |
Double Patch-Clamp amplifier | HEKA electronic | EPC10 | |
Guanosine 5'-Triphosphate disodium salt | Millipore | 371701 | |
HEPES | AppliChem | A1069 | |
Magnesium Chloride hexahydrate | Sigma-Aldrich | M2670 | |
Magnesium Sulfate heptahydrate | Sigma-Aldrich | 230391 | |
Patchmaster | HEKA electronic | Patchmaster 2x91 | |
Pipette Puller | Sutter | P-2000 | |
Plastic Petri dish | Any suitable | ||
Potassium chloride | Merck | 104936 | |
Potassium D-gluconate | ThermoFisher | B25135 | |
Rubber teat + glass pipette | Any suitable | ||
Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich | S5761 | |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | |
Sodium dihydrogen phosphate monohydrate | Merck | 106346 | |
Sucrose | Sigma-Aldrich | S7903 | |
Tissue adhesive: Acryl super glue | Loctite | 2062278 | |
Upright microscope | Olympus | BX51WI | |
Vibratome | Leica | VT1200 S | |
RINSING SOLUTION | |||
D-(+)Glucose | Sigma-Aldrich | G7021 | |
HBSS (without Ca, Mg, or PhenolRed) | ThermoFisher Scientific | 14175095 | |
HEPES | AppliChem | A1069 | |
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | ThermoFisher Scientific | 15-140-122 | |
MANTAINANCE AND CULTURE OF HUMAN NEOCORTICAL TISSUE | |||
6-well plate | ThermoFisher Scientific | 140675 | |
Alvetex scaffold 6 well insert | Reinnervate Ltd | AVP004-96 | |
B27 Supplement (50x) | ThermoFisher Scientific | 17504001 | |
BrainPhys without Phenol Red | StemCell technologies | #05791 | Referenced as neuronal medium in the text |
Filter units 250 mL or 500 mL | Corning Sigma | CLS431096/97 | |
Forceps | Any suitable | ||
Gentamicin (50 mg/mL) | ThermoFisher Scientific | 15750037 | |
Glutamax Supplement (100x) | ThermoFisher Scientific | 35050061 | Referenced as L-glutamine in the text |
Rubber teat + Glass pipette | Any suitable | ||
GENERATION OF lt-NES cells | |||
2-Mercaptoethanol 50 mM | ThermoFisher Scientific | 31350010 | |
Animal Free Recombinant EGF | Peprotech | AF-100-15 | |
B27 Suplemment (50x) | Thermo Fisher Scientific | 17504001 | |
bFGF | Peprotech | AF-100-18B | |
Bovine Albumin Fraction V (7.5% solution) | ThermoFisher Scientific | 15260037 | |
Cyclopamine, V. calcifornicum | Calbiochem | # 239803 | |
D (+) Glucose solution (45%) | Sigma | G8769 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma Aldrich | D2438-10mL | |
DMEM/F12 | ThermoFisher Scientific | 11320074 | |
Dulbecco's Phosphate Buffer Saline (DPBS) | Thermo Fisher Scientific | 14190-144 | Without calcium and magnesium |
Laminin Mouse Protein, Natural | Thermo Fisher Scientific | 23017015 | |
MEM Non-essential aminoacids solutions (100x) | ThermoFisher Scientific | 11140050 | |
N-2 Supplement (100 x) | ThermoFisher Scientific | 17502001 | |
Poly-L-Ornithine | Merk | P3655 | |
Recombinant Human BMP-4 Protein | R&D Systems | 314-BP-010 | |
Recombinant Human Wnt-3a Protein | R&D Systems | 5036-WN | |
Sodium Pyruvate (100 mM) | ThermoFisher Scientific | 11360070 | |
Soybean Trypsin Inhibitor, powder | Thermo Fisher Scientific | 17075029 | |
Sterile deionized water | MilliQ | MilliQ filter system | |
Trypsin EDTA (0.25%) | Sigma | T4049-500ML | |
EQUIPMENT FOR CELL CULTURE | |||
Adjustable volume pipettes 10, 100, 200, 1000 µL | Eppendorf | Various | |
Basement membrane matrix ESC-qualified (Matrigel) | Corning | CLS354277-1EA | |
Centrifuge | Hettich Centrifugen | Rotina 420R | 5% CO2, 37 °C |
Incubator | ThermoForma Steri-Cult CO2 | HEPA Class100 | |
Stem cell cutting tool 0.190-0.210 mm | Vitrolife | 14601 | |
Sterile tubes | Sarstedt | Various | |
Sterile Disposable Glass Pasteur Pipettes 150 mm | VWR | 612-1701 | |
Sterile pipette tips 0.1-1000 µL | Biotix VWR | Various | |
Sterile Serological Pipettes 5, 10, 25, 50 mL | Costar | Various | |
T25 flasks Nunc | ThermoFisher Scientific | 156367 | |
IMMUNOHISTOCHEMISTRY | |||
488-conjugated AffinityPure Donkey anti-mouse IgG | Jackson ImmunoReserach | 715-545-151 | |
488-conjugated AffinityPure Donkey anti-rabbit IgG | Jackson ImmunoReserach | 711-545-152 | |
488-conjugated AffinityPure Donkey anti-chicken IgG | Jackson ImmunoReserach | 703-545-155 | |
Alexa fluor 647-conjugated Streptavidin | Jackson ImmunoReserach | 016-600-084 | |
Bovine Serum Albumin | Jackson ImmunoReserach | 001-000-162 | |
Chicken anti-GFP | Merk Millipore | AB16901 | |
Chicken anti-MAP2 | Abcam | ab5392 | |
Cy3-conjugated AffinityPure Donkey anti-chicken IgG | Jackson ImmunoReserach | 703-165-155 | |
Cy3-conjugated AffinityPure Donkey anti-goat IgG | Jackson ImmunoReserach | 705-165-147 | |
Cy3-conjugated AffinityPure Donkey anti-mouse IgG | Jackson ImmunoReserach | 715-165-151 | |
Diazabicyclooctane (DABCO) | Sigma Aldrich | D27802 | Mounting media |
Goat anti-AIF1 (C-terminal) | Biorad | AHP2024 | |
Hoechst 33342 | Molecular Probes | Nuclear staining | |
Mouse anti-MBP | BioLegend | 808402 | |
Mouse anti-SC123 | Stem Cells Inc | AB-123-U-050 | |
Normal Donkey Serum | Merk Millipore | S30-100 | |
Paint brush | Any suitable | ||
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma Aldrich | 150127 | |
Potassium Phospate Buffer Saline, KPBS (1x) | |||
Distilled water | |||
Potassium dihydrogen Phospate (KH2PO4) | Merk Millipore | 104873 | |
Potassium phospate dibasic (K2HPO4) | Sigma Aldrich | P3786 | |
Sodium chloride (NaCl) | Sigma Aldrich | S3014 | |
Rabbit anti-NeuN | Abcam | ab104225 | |
Rabbit anti-Olig2 | Abcam | ab109186 | |
Rabbit anti-TMEM119 | Abcam | ab185333 | |
Sodium azide | Sigma Aldrich | S2002-5G | |
Sodium citrate | |||
Distilled water | |||
Tri-Sodium Citrate | Sigma Aldrich | S1804-500G | |
Tween-20 | Sigma Aldrich | P1379 | |
Triton X-100 | ThermoFisher Scientific | 327371000 | |
EQUIPMENT FOR IMMUNOHISTOCHEMISTRY | |||
Confocal microscope | Zeiss | LSM 780 | |
Microscope Slides 76 mm x 26 mm | VWR | 630-1985 | |
Microscope Coverslips 24 mm x 60 mm | Marienfeld | 107242 | |
Microscope Software | Zeiss | ZEN Black edition | |
Rubber teat + Glass pipette | Any suitable |
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