Ernte, Einbettung und Kultivierung von dorsalen Wurzelganglien in Geräten mit mehreren Kompartimenten zur Untersuchung peripherer neuronaler Merkmale

Zusammenfassung

Dieses Protokoll bietet eine Technik zur Entnahme und Kultivierung von explantierten Spinalganglien (DRG) von adulten Sprague Dawley-Ratten in einem Multikompartiment-Gerät (MC).

Zusammenfassung

Das häufigste periphere neuronale Merkmal des Schmerzes ist eine erniedrigte Stimulationsschwelle oder Überempfindlichkeit der terminalen Nerven aus den Spinalganglien (DRG). Eine vermutete Ursache für diese Überempfindlichkeit ist die Interaktion zwischen Immunzellen im peripheren Gewebe und Neuronen. In-vitro-Modelle haben grundlegende Erkenntnisse geliefert, um zu verstehen, wie diese Mechanismen zur Überempfindlichkeit von Nozizeptoren führen. In-vitro-Modelle stehen jedoch vor der Herausforderung, die Wirksamkeit auf den Menschen zu übertragen. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wurde ein physiologisch und anatomisch relevantes in vitro-Modell für die Kultur von intakten Spinalganglien (DRGs) in drei isolierten Kompartimenten in einer 48-Well-Platte entwickelt. Primäre DRGs werden von erwachsenen Sprague-Dawley-Ratten nach humaner Euthanasie geerntet. Überschüssige Nervenwurzeln werden beschnitten und das DRG wird in geeignete Größen für die Kultur geschnitten. DRGs werden dann in natürlichen Hydrogelen gezüchtet, was ein robustes Wachstum in allen Kompartimenten ermöglicht. Dieses Multikompartimentsystem bietet anatomisch relevante Isolierung der DRG-Zellkörper aus Neuriten, physiologisch relevante Zelltypen und mechanische Eigenschaften, um die Wechselwirkungen zwischen Nerven- und Immunzellen zu untersuchen. Somit bietet diese Kulturplattform ein wertvolles Werkzeug für die Untersuchung von Behandlungsisolationsstrategien, was letztendlich zu einem verbesserten Screening-Ansatz zur Vorhersage von Schmerzen führt.

Einleitung

Chronische Schmerzen sind weltweit die Hauptursache für Behinderung und Arbeitsverlust¹. Chronische Schmerzen betreffen weltweit etwa 20 % der Erwachsenen und stellen eine erhebliche gesellschaftliche und wirtschaftliche Belastung dar², wobei die Gesamtkosten in den Vereinigten Staaten jedes Jahr auf 560 bis 635 Milliarden US-Dollar geschätzt^{werden 3}.

Das wichtigste periphere Merkmal bei chronischen Schmerzpatienten ist eine abgesenkte Stimulationsschwelle der Nerven, die dazu führt, dass das Nervensystem besser auf Reize reagiert ^4,5<....

Protokoll

Die DRG-Ernte wurde in Übereinstimmung mit dem Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) an der University of Nebraska-Lincoln durchgeführt. Für die Studie wurden weibliche Sprague Dawley-Ratten im Alter von 12 Wochen (~250 g) verwendet. Die Einzelheiten zu den Tieren, Reagenzien und Geräten, die in der Studie verwendet wurden, sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Herstellung und Montage von Geräten mit mehreren Kammern

1. Computergestütztes Design und 3D-Druck des Mehrkammergeräts
   HINWEIS: Das MC-Gerät besteht aus drei Kompartimenten für die Isolierung von DRG-Zellkörpern und Neur....

Diskussion

Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur Ernte adulter Sprague Dawley DRGs und zur Kultivierung in natürlichen 3D-Hydrogelen. Im Gegensatz zu dieser Methode wird bei anderen Ansätzen zur Entnahme von DRGs von Mäusen und Ratten die Wirbelsäule isoliert. Die exzidierte Wirbelsäule wird halbiert und das Rückenmark wird entfernt, um die DRGs 23,24,25 freizulegen. Eine Schädigung des Rückenmarks schränkt die Blutversorgu.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
#5 forceps	Fine Science Tools	11252-00	For trimming and cutting DRG
10x DMEM	MilliporeSigma	D2429
1x PBS (autoclaved)	Prepared in lab		7.3 - 7.5 pH
24 well plates	VWR	82050-892	To temporarily store harvested and cut DRGs
3 mL Syringe sterile, single use	BD	309657
48 well plates	Greiner Bio-One	677180
60 mm Petri dish	Fisher Scientific	FB0875713A	To hold media for trimming and cutting
Aluminium foil	Fisherbrand	01-213-104
B27 Plus 50x	ThermoFisher	17504044	For DRG media
Collagen type I	Ibidi	50205
Curved cup Friedman Pearson Rongeur	Fine Science Tools	16221-14	For dissection
Dumont #3 forceps	Fine Science Tools	11293-00	For dissection
Fetal Bovine Serum (FBS)	ThermoFisher	16000044	For DRG media
Form cure	Form Labs		curing agent
Form wash	Form Labs		To wash excess resins off MC
Glass bead sterilizer	Fisher Scientific	NC9531961
Glass vials (8 mL)	DWK Life Sciences (Wheaton)	224724
GlutaMax	ThermoFisher	35050-061	For DRG media
HEPES (1M)	Millipore Sigma	H0887
High temp V2 resin	FormLabs	FLHTAM02
Hyaluronic Acid Sodium Salt	MilliporeSigma	53747	Used to make MAHA
Irgacure	MilliporeSigma	410896
Laminin	R&D Systems	344600501
Large blunt-nose scissors	Militex	EG5-26	For dissection
Large forceps (serrated tips)	Militex	9538797	For dissection
Large sharp-nosed scissors	Fine Science Tools	14010-15	For dissection
Low Retention pipette tips	Fisher Scientific	02-707-017	For pipetting collagen and MAHA
Methacrylated hyaluronic acid (MAHA)	Prepared in lab	N/A	85 - 115 % methacrylation
Nerve Growth Factor (NGF)	R&D Systems	556-NG-100	For DRG media
Neurobasal A Media	ThermoFisher	10888022	For DRG media
Parafilm	Bemis	PM996
Parafilm	Bemis	PM996
Penicillin/Streptomycin (PS)	EMD Millipore	516106	For DRG media
pH test strips	VWR International	BDH35309.606
Pipette tips (1000 µL)	USA Scientific	1111-2021
Preform 3.23.1 software	Formslab		To upload STL file
Rat	Charles River
Resin 3D printer	Form Labs	Form 3L	3D printing MC device
Small sharp-nosed scissors	Fine Science Tools	14094-11	For dissection
Sodium bicarbonate	MilliporeSigma	S6014
Straight cup rongeur	Fine Science Tools	16004-16	For dissection
Straight edge spring scissors	Fine Science Tools	15024-10	For dissection
Surgical Scaplel blade (No. 10)	Fisher Scientific	22-079-690
Syring filters, PES (0.22 µm)	Celltreat	229747
Tiny spring scissors	World Precision Instruments	14003	For trimming and cutting DRG
UV lamp	Analytik Jena US		To photocrosslink hydrogel (15 - 18 mW/cm2)