This work was funded by grants from the National Multiple Sclerosis Society (RG4179 to A.N.), the National Institutes of Health (NIH R01NS073425 and R01NS074870 to A.N.) and the National Science Foundation (A.N.). We thank Dr. Frank Kirchhoff (University of Saarland, Homburg Germany) for providing PLPDsRed transgenic mice. We thank Youfen Sun for her assistance in maintaining the transgenic mouse colony.

HINWEIS: Alle Tierverfahren werden nach den Richtlinien und wurden von der Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC) an der Universität von Connecticut genehmigt worden. HINWEIS: Für diese Experimente konstitutive NG2cre 18 (JAX # 008533) und induzierbare NG2creER 16 (JAX # 008538) transgenen Mäusen gekreuzt, um Z / EG 19 (JAX # 003920) oder gtRosa26: YFP Reporter 20 (JAX # 006148) Leitungen, die jeweils verwendet wurden Bild zu NG2 Zellen und deren Nachkommen. Um das Bild zu reifen Oligodendrozyten wurden PLPDsRed transgenen Mäusen 21 verwendet. Für eine konsistente Überlebens, können Scheiben von Mäusen bis zu postnatalen Tag 10 sowohl aus dem Vorderhirn und Kleinhirn isoliert werden. 1. Scheibe Vorbereitung <ol><li> In einer Kultur, Haube, legen Gewebekulturplatten in sechs Well-Platten und 1 ml Scheibe Kulturmedium (Rezept in Reagenzien Abschnitt). Platzieren Sie die Platten in Zellkulturbrutschrank bei 37 ° C mit 5% CO 2 bei mindestens 2 h vor der Sektion. </li><li> Sterilisieren alle Werkzeuge und Gewebe Chopper mit 70% Ethanol. </li><li> Blasen Dissektion Puffer (Rezept Reagenzien Schnitt) mit 95% O 2, 5% CO 2 auf Eis für mindestens 15 Minuten vor dem Beginn der Präparation. </li><li> Betäuben Maus Welpen, indem sie auf Eis für 5-10 min nach anerkannten Tier Protokolle. Ermitteln Sie die geeignete Narkosetiefe durch die Bestätigung, dass die Mäuse nicht bis zum Schwanz und Zehen Kneifen reagieren. </li><li> Enthaupten Tiere mit einer scharfen Schere folgenden Tier Protokolle. Entfernen Sie schnell den Schädel über dem Vorderhirn und Kleinhirn, indem zuerst eine sagittale Schnitt, gefolgt von seitlichen Schnitt, mit sterilisierten Werkzeugen. Geschnitten Hirnnerven von der ventralen Oberfläche des Gehirns und des Kleinhirns durch vorsichtiges Aufrollen des Gewebes an der Seite. </li><li> Zeigen Gewebe in einem sterilen 35 mm Schale mit eiskaltem sauerstoffhaltigen Dissektion Puffer. </li><li> Mit einer Rasierklinge, trennen das Kleinhirn und Vorderhirn. Dann machen Sie eine Mitte-Sagittalschnitt through das Vorderhirn und Kleinhirn, die Trennung der Hemisphären. </li><li> Schneiden Sie 300 um dicke koronale und sagittale Abschnitte des Vorderhirns und des Kleinhirns mit einem manuellen Gewebe Chopper. HINWEIS: Ein Handbuch Gewebe Chopper ermöglicht die schnelle Verarbeitung von Präparation zu Kultur Inkubation ohne die Notwendigkeit für Agarose-Einbettung. Ein Vibratom kann auch eingesetzt werden, wie zuvor 9 beschrieben. </li><li> Übertragen getrennt Scheiben in frisch sprudelte kalte Dissektion Puffer auf Eis. </li><li> Verwenden Sie kleine Sezieren oder einem Gewicht von Spachteln, einzelne Teile zu trennen und sie auf sechs und Gerichte mit Kultureinsätze vorinkubiert. </li><li> Überschüssiges Dissektion Puffer von der Oberfläche des Kultureinsatz mit einer Einwegübertragungspipette oder eine P 200 Pipettenspitze. Zwei bis drei Vorderhirn oder drei Kleinhirnscheiben können auf einem Kultureinsatz platziert werden. HINWEIS: Für die konsistente Ergebnisse mit Vorderhirn Kulturen, ist es ideal, um Scheiben nehmen überspannt den vorderen Drittel des Corpus callosum(1A), um die beiden grauen und weißen Substanz Regionen in der gleichen Schicht zu untersuchen. Jedes Tier erhält man in der Regel 6 Scheiben Vorderhirn und Kleinhirn 6 Scheiben schneiden. </li><li> Legen Sie die sechs Well-Platten im Brutschrank und mit 1 ml Medium Scheibe 1 Tag nach Schnittpräparat und dann jeden zweiten Tag, bis Scheibe Fixierung ersetzen Sie die Scheibe Medium. </li><li> Je nach Experiment, verwenden Scheiben nach 5-7 Tagen in Kultur. Verwenden Sie nur Scheiben, die transparent nach den ersten paar Tagen geworden, und entsorgen Sie die, die unebenen opaken Bereichen haben. HINWEIS: Opaque Regionen innerhalb Scheiben sind mit dem Auge sichtbar und erscheinen als ein Klumpen von dunklen Zellen unter Phasenkontrast. Nachdem die Technik bewältigt wurde, auftreten tot undurchsichtigen Scheiben selten, in weniger als 1-5% der Scheiben. </li></ol> 2. Time-Lapse-Imaging von NG2 Zellteilung und Differenzierung der Oligodendrozyten HINWEIS: Um Zeitraffer Bildgebung von NG2 Zellproliferation und Differenzierung führen wir verwenden NG2cre: ZEG-Mäusen 16die EGFP exprimieren in NG2 Zellen und deren Nachkommen (1C-E). Reporterexpression in dieser Zeile ist ausreichend robust, um Live-Bilder der GFP +-Zellen in Scheiben unmittelbar nach Schneiden für einen Zeitraum von mindestens vier Wochen erhalten. Die deutlichsten Bilder werden nach der ersten Durchforstung Zeit der Scheibe, die sich in den ersten 3-5 Tagen in Kultur anfällt. <ol><li> Während des Experiments halten die Scheiben in einem Zellkulturbrutschrank bei 37 ° C, und entfernen Sie nur für kurze Zeit (weniger als 15 min pro Scheibe), halten den Deckel auf die sechs Well-Platte, während Bildgebung. </li><li> Mit einem inversen Fluoreszenzmikroskop mit einer Digitalkamera ausgerüstet ist, zu erfassen Bilder von dem ersten Zeitpunkt mit einem 10X-Objektiv. HINWEIS: Zum ersten Mal Punkte werden durch das Experiment variieren und können den Tag, wenn die Scheiben hergestellt wurden oder einen Zeitpunkt nach sein. </li><li> Machen Sie Bilder von mehreren Regionen zum Zeitpunkt einer in beiden grauen und weißen Substanz Bereiche der Scheibe. Hinweis the Region durch spezifische Sehenswürdigkeiten innerhalb der Scheibe und durch die Abbildung die Lage des Bildes auf einem Schema, das für nachfolgende Imaging-Sitzungen verwendet werden können, abgebildet. Nützlich Sehenswürdigkeiten können Kanten der Scheiben und / oder Orientierung von der weißen Substanz enthalten. Bild vier Minuten vor acht Stellen auf jeder Scheibe zu jedem Zeitpunkt. </li><li> Erfassung nachfolgender Bilder in einem Intervall von 4-6 Stunden, wenn die Prüfung NG2 Zellteilung und Differenzierung Oligodendrozyten, idealerweise über 5-7 Tage. </li><li> Nehmen Sie ein endgültiges Bild von allen Regionen und fixieren die Scheiben sofort. 1 ml der Fixierlösung (4% PFA mit 0,1 M L-Lysin 0,01 M Natriummetaperiodat), um den Boden des Kultureinsatz, dann fügen Sie eine weitere 1 ml oben auf den Scheiben. Achten Sie darauf, die direkt auf dem Fixiermittel Scheibe spritzen, wie es aus der Membran zu lösen. Befestigen Sie das Gewebe für 30 Minuten und fahren Sie mit der Immunhistochemie mit Entwicklungsstadium spezifische Marker, wie in Kapitel 4 beschrieben. </li><li> Wasch Scheiben mit 0,2 M Natriumphosphatpuffer 3 x 10 m. Wenn nötig, speichern Scheiben bei 4 ° C in 0,2 M Natriumphosphat-Puffer für 1-3 Tage vor Immunfärbung durchzuführen, sondern im Idealfall innerhalb von 24 Stunden. Fahren Sie mit der Immunhistochemie, wie unten in Abschnitt 4 beschrieben, den Anteil der Zellen, die in Oligodendrozyten (2D-F) differenziert sind, zu bestimmen. </li></ol> 3. Fate Mapping von NG2 Zelle Nachkommen Mit induzierbare Reporter transgenen Mäusen in Schnittkulturen HINWEIS: Um das Schicksal von NG2 Zellen aus einem bestimmten Zeitpunkt in der Kultur zu verfolgen, induzierbare NG2creER: kann YFP transgenen Mäusen verwendet werden. <ol><li> Cre die Rekombination zu induzieren und Reporter-Expression durch Zugabe von 100 nM 4OHT in Ethanol zu dem Kulturmedium gelöst. HINWEIS: Reporter-positiven Zellen sollte innerhalb von 1-2 Tagen bei einem Induktionseffizienz von ~ 20-25% YFP + NG2 + / NG2 +-Zellen und zu diesem Zeitpunkt erscheinen alle Zellen an der NG2-Zell-Stadium (Abbildung 2a-c) </li><li> Fix und waschen Sie die Scheibeen zu verschiedenen Zeitpunkten nach unterschiedlichen Manipulationen (in den Abschnitten 2.5 und 2.6 beschrieben). </li></ol> 4. Scheibe Immunhistochemie <ol><li> Schneiden Sie die Membranen mit den Scheiben aus den Einsätzen mit einem Skalpell angebracht. </li><li> Übertragen Scheiben auf einzelne Vertiefungen einer 24-Well-Platte, die Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung (PBS) mit einem Satz von Pinzetten, kümmert sich nicht um die Zusammensetzung der Scheibe stören bei der Abholung der Membran. </li><li> Transfer der Scheiben zu einer Platte mit 24 Vertiefungen mit Blockierungslösung, die 5% normales Ziegenserum (NGS) und 0,1% Triton-X100 in PBS für 1 Stunde. </li><li> Die Scheiben in primären Antikörper inkubieren O / N in 5% NGS in PBS bei 4 ° C ist. Zur Identifizierung von Zellen in der Zellstadium NG2, verwenden Sie Antikörper gegen NG2 und PDGFRα. Zur Identifizierung von differenzierten Oligodendrozyten, verwenden Sie ein Antikörpers an die adenomatöse Polyposis coli-Antigen (APC; Klon CC1). </li><li> Am zweiten Tag waschen Scheiben in PBS 3 x15 min, dann im Sekundär Antibo inkubierenstirbt in 5% NGS in PBS für 1 h bei RT. Scheiben waschen in PBS 3 x15 min und montieren auf Folien. Halterung mit Scheiben und Membran mit Blick auf den Objektträger, so dass die Membran nicht zwischen dem Ziel und dem Gewebe sein. </li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests

Myelinisierung im zentralen Nervensystem ist wesentlich für eine effiziente Kommunikation und neuronalen Axonen Überleben 22. NG2-Zellen zu generieren kontinuierlich myelinisierenden Oligodendrozyten in das Erwachsenenalter, während eine Wohnbevölkerung in den meisten Hirnregionen 16,23 - 25. Einige genetische und molekulare Mechanismen die Differenzierung dieser Zellen beschrieben worden, aber es bleibt noch viel zu entdecken. Organotypischen Kulturen sind ein geeignetes Mittel, um diese Mecha...

Organoytpic Schnittkulturen des zentralen Nervensystems haben sich als sehr nützlich für das Studium Neuron und Glia Zellbiologie in semiintact System 1 - 4. Diese Kulturen sind relativ einfach zu übernehmen und behalten viele Vorteile der primären dissoziierten Zellkulturen, wie Manipulationen der die extrazelluläre Umgebung und einfachen Zugang für wiederholte langfristige Live Cell Imaging und elektrophysiologischen Ableitungen 5-9. Außerdem Schnittkulturen pflegen 3-dimensionalen Gewebe Zellarchitektur, regionalen neuronalen Konnektivität, und die meisten großen Zelltypen in dem System vorhanden sind. Diese Eigenschaften machen diese Kulturen ein einzigartiges und bequemes System zur Einzelzellverhalten und Physiologie mit zellulären und Umweltwechselwirkungen zu untersuchen. NG2 Zellen eine Population von Gliazellen im Zentralnervensystem von Säugetieren, die zur Proliferation und erzeugen weiterhin myelinating Oligodendrozyten während der embryonalen und postnatalen Entwicklung 10. Sie sind ausführlich in dissoziierten primären Zellkulturen untersucht, und die jüngsten Entwicklung transgener Mauslinien mit NG2 zellspezifische Expression von fluoreszierenden Proteinen in vivo Schicksal Mapping und elektrophysiologische Ableitungen im spitzen Schnittpräparate erleichtert. Auch bei diesen Studien ist wenig über die zeitliche Dynamik der NG2 Zellproliferation und Differenzierung Oligodendrozyten bekannt. Obwohl dissoziierten Zellkultur in großem Umfang zur relativen Anlage in pharmakologischen und genetischen Manipulationen verwendet werden, ist es nicht geeignet für die Abfragefunktionsunterschiede dieser Zellen in verschiedenen Hirnregionen insbesondere wenn es wünschenswert ist, den Rahmen der zellulären Mikroumgebung aufrechtzuerhalten. Schnittkulturen bieten eine einfache Alternative, die zugänglich für pharmakologische Manipulationen ist und verwendet worden, um Oligodendrozyten Myelinisierung 11,12 untersuchen, Zelldere Reaktion nach Lysolecithin (LPC) oder Antikörper-induzierte Demyelinisierung 13,14, und die Induktion von Remyelinisierung über pharmakologische Behandlung 15. Ein Verfahren zur Untersuchung und Analyse von NG2 führen Zellproliferation und Differenzierung in Oligodendrozyten organotypischen Schnittkulturen sowohl aus dem Vorderhirn und Kleinhirn getroffen wird beschrieben Live-Bildgebung und fixiertem Gewebe (oder Nachfixierung). Dies ist eine leistungsfähige Methode, die verwendet werden können, um die Zelle Schicksal der einzelnen Zellen nach NG2 Abteilung 16 zu studieren und regionale und altersabhängige Unterschiede in der Wachstumsfaktor induzierte Proliferation NG2 17 entdecken. Diese relativ einfache Technik ist allgemein zugänglich, weiter zu untersuchen Zelle intrinsischen und / oder Umweltregulierungsmechanismen die Physiologie dieser Gliazellen und ihre Reaktion auf die neuronale Aktivität oder Myelinschäden.

<table><tbody><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Slice Culture Medium&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Minimum Essential Medium</td><td>Invitrogen</td><td>11090</td><td>50%</td></tr><tr><td>Hank&amp;rsquo;s Balanced Salt Solution</td><td>Invitrogen</td><td>14175</td><td>25%</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H-4034</td><td>25mM</td></tr><tr><td>L-Glutamine</td><td>Invitrogen</td><td>25030</td><td>1mM</td></tr><tr><td>Insulin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>I6634</td><td>1mg/L</td></tr><tr><td>Ascorbic Acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A-0278</td><td>0.4mM</td></tr><tr><td>Horse Serum</td><td>Hyclone</td><td>SH30074.03</td><td>25%</td></tr><tr><td colspan="4">Titrate to pH 7.22 with NaOH, filter with bottle top filter, and store at 4 degrees Celsius</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Dissection Buffer&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S3014</td><td>124mM</td></tr><tr><td>KCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P5405</td><td>3.004mM</td></tr><tr><td>KH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P5655</td><td>1.25mM</td></tr><tr><td>MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; (anhydrous)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M7506</td><td>4.004mM</td></tr><tr><td>CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 2H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C7902</td><td>2mM</td></tr><tr><td>NaHCO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S5761</td><td>26mM</td></tr><tr><td>D-(+)-Glucose</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G7021</td><td>10mM</td></tr><tr><td>Ascorbic Acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A-0278</td><td>2.0mM</td></tr><tr><td>Adenosine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A4036</td><td>0.075mM</td></tr><tr><td colspan="4">Filter with bottle top filter and store at 4 degrees Celsius, oxygenate with 95%O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 5%CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; before use</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Other Reagents and Supplies&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>4-hydroxy tamoxifen (4OHT)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H7904</td><td>100nM</td></tr><tr><td>Paraformaldehyde (PFA)</td><td>EM Sciences</td><td>19200</td><td>4%</td></tr><tr><td>L-Lysine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L-6027</td><td>0.1M</td></tr><tr><td>Sodium Metaperiodate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S-1878</td><td>0.01M</td></tr><tr><td>Rabbit anti NG2 antibody</td><td>Chemicon (Millipore)</td><td>AB5320</td><td>1:500</td></tr><tr><td>Mouse anti CC1 antibody</td><td>Calbiochem (Millipore)</td><td>OP80</td><td>1:200</td></tr><tr><td>Mouse anti Ki67 antibody</td><td>Vision Biosystems</td><td>NCL-Ki67-MM1</td><td>1:300</td></tr><tr><td>Mouse anti NeuN antibody</td><td>Chemicon (Millipore)</td><td>MAB377</td><td>1:500</td></tr><tr><td>Species specific secondary antibodies</td><td>Jackson Immunoresearch</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Normal Goat Serum (NGS)</td><td></td><td></td><td>5%</td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td></td><td></td><td>0.10%</td></tr><tr><td>Mounting medium with DAPI</td><td>Vector Labs</td><td>H-1200</td><td></td></tr><tr><td>Millicell culture membrane inserts 0.45&amp;mu;m pore size</td><td>Fisher Scientific</td><td>PICM03050</td><td></td></tr><tr><td>Bottle top filters</td><td>Fisher Scientific</td><td>09-740-25E</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>95% O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 5% CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; gas mix</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Phosphate Buffered Saline (PBS)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sterile six well plates</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dissecting (hippocampal) or weighing spatulas</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Manual or automatic tissue chopper</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Razor blades</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Disposable transfer pipettes</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>35mm and 60mm sterile Petri dishes</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stereomicroscope</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Inverted Phase Microscope</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laminar Flow Hood</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tissue Culture Incubator</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Inverted Fluorescence Microcope</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

organotypic slice cultures to study oligodendrocyte dynamics and myelination

NG2-exprimierenden Zellen (polydendrocytes, Oligodendrozyten-Vorläuferzellen) sind die vierte große glialen Zellpopulation im zentralen Nervensystem. Während der embryonalen und postnatalen Entwicklung sie aktiv vermehren und erzeugen myelinisierenden Oligodendrozyten. Diese Zellen haben häufig in der Grund dissoziiert Kulturen, Neuron Kokulturen untersucht worden, und in fixiertem Gewebe. Mit neu verfügbaren transgenen Mauslinien schneiden Kultursysteme können verwendet werden, um die Proliferation und Differenzierung von Oligodendrozyten-Linie Zellen in beiden grauen und weißen Substanz Regionen des Vorderhirns und des Kleinhirns zu untersuchen. Schnittkulturen sind aus der frühen postnatalen Mäusen hergestellt und in Kultur für bis zu 1 Monat gehalten. Diese Scheiben kann mehrfach über die Kulturzeit abgebildet werden, um das Zellverhalten und Wechselwirkungen zu untersuchen. Diese Methode ermöglicht die Visualisierung von NG2 Zellteilung und die Schritte, die zu Oligodendrozyten-Differenzierung und ermöglichen detaillierte Analyse der Region-abhängigent NG2 Zelle und Oligodendrozyten funktionelle Heterogenität. Dies ist eine leistungsfähige Technik, die verwendet werden können, um die innere und äußere Signale in einer zellulären Umgebung, die sehr ähnlich, die in vivo gefunden Beeinflussung dieser Zellen mit der Zeit zu untersuchen.

Beispiele für repräsentative Daten sind unten angegeben, die mit Schnittkulturen sowohl aus dem Vorderhirn und Kleinhirn der P8 NG2cre erhalten worden sind: ZEG, NG2creER: YFP und PLPDsRed transgenen Mauslinien. NG2 Zellen über Tage in Vorderhirn und Kleinhirn Scheiben (1B-D, Video 1) und der Phänotyp dieser Zellen abgebildet werden kann, nach der Fixierung bestimmt und Immunfärbung mit NG2 und CC1 Antikörper (1E). Neben der Echtzeit-Bildgebung kann die Zellproliferation auch mit ...

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Organotypic Slice Cultures to Study Oligodendrocyte Dynamics and Myelination

A technique to study NG2 cells and oligodendrocytes using a slice culture system of the forebrain and cerebellum is described. This method allows examination of the dynamics of proliferation and differentiation of cells within the oligodendrocyte lineage where the extracellular environment can be easily manipulated while maintaining tissue cytoarchitecture.

Organotypischen Kulturen zu Oligodendrozyten Dynamik und Myelinisierung Studieren

NG2 expressing cells (polydendrocytes, oligodendrocyte precursor cells) are the fourth major glial cell population in the central nervous system. During ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

18.2K Aufrufe.  University of Connecticut. A technique to study NG2 cells and oligodendrocytes using a slice culture system of the forebrain and cerebellum is described. This method allows examination of the dynamics of proliferation and differentiation of cells within the oligodendrocyte lineage where the extracellular environment can be easily manipulated while maintaining tissue cytoarchitecture.

Serie: Organotypic Slice Cultures to Study Oligodendrocyte Dynamics and Myelination

Organotypic Slice Cultures for Studies of Postnatal Neurogenesis

Here we describe a technique for studying hippocampal postnatal neurogenesis in the rodent brain using the organotypic slice culture technique. This method maintains the characteristic topographical morphology of the hippocampus while allowing direct application of pharmacological agents to the developing hippocampal dentate gyrus. Additionally, slice cultures can be maintained for up to 4 weeks and thus, allow one to study the maturation process of newborn granule neurons. Slice cultures allow for efficient pharmacological manipulation of hippocampal slices while excluding complex variables such as uncertainties related to the deep anatomic location of the hippocampus as well as the blood brain barrier. For these reasons, we sought to optimize organotypic slice cultures specifically for postnatal neurogenesis research.

Here we describe a technique for studying hippocampal postnatal neurogenesis using the organotypic slice culture technique. This method allows for in vitro manipulation of adult neurogenesis and allows for the direct application of pharmacological agents to the cultured hippocampus.

Organotypischen Kulturen für Studien der postnatale Neurogenese

Here we describe a technique for studying hippocampal postnatal neurogenesis in the rodent brain using the organotypic slice culture technique. This ...

Forschung

Entwicklungsbiologie

Whole Cell Recording from an Organotypic Slice Preparation of Neocortex

We have been studying the expression and functional roles of voltage-gated potassium channels in pyramidal neurons from rat neocortex. Because of the lack of specific pharmacological agents for these channels, we have taken a genetic approach to manipulating channel expression. We use an organotypic culture preparation (16) in order to maintain cell morphology and the laminar pattern of cortex. We typically isolate acute neocortical slices at postnatal days 8-10 and maintain the slices in culture for 3-7 days. This allows us to study neurons at a similar age to those in our work with acute slices and minimizes the development of exuberant excitatory connections in the slice. We record from visually-identified pyramidal neurons in layers II/III or V using infrared illumination (IR-) and differential interference contrast microscopy (DIC) with whole cell patch clamp in current- or voltage-clamp. We use biolistic (Gene gun) transfection of wild type or mutant potassium channel DNA to manipulate expression of the channels to study their function. The transfected cells are easily identified by epifluorescence microscopy after co-transfection with cDNA for green fluorescent protein (GFP). We compare recordings of transfected cells to adjacent, untransfected neurons in the same layer from the same slice.

This is a protocol to prepare and maintain a neocortical slice preparation in organotypic culture for the purpose of making electrical recordings from pyramidal neurons.

Whole Cell Aufnahme von einem organotypischen Vorbereitung der Neocortex

We have been studying the expression and functional roles of voltage-gated potassium channels in pyramidal neurons from rat neocortex.  Because of the ...

Neurowissenschaften

Organotypic Slice Cultures of Embryonic Ventral Midbrain: A System to Study Dopaminergic Neuronal Development in vitro

The mouse is an excellent model organism to study mammalian brain development due to the abundance of molecular and genetic data. However, the developing mouse brain is not suitable for easy manipulation and imaging in vivo since the mouse embryo is inaccessible and opaque. Organotypic slice cultures of embryonic brains are therefore widely used to study murine brain development in vitro. Ex-vivo manipulation or the use of transgenic mice allows the modification of gene expression so that subpopulations of neuronal or glial cells can be labeled with fluorescent proteins. The behavior of labeled cells can then be observed using time-lapse imaging. Time-lapse imaging has been particularly successful for studying cell behaviors that underlie the development of the cerebral cortex at late embryonic stages 1-2. Embryonic organotypic slice culture systems in brain regions outside of the forebrain are less well established. Therefore, the wealth of time-lapse imaging data describing neuronal cell migration is restricted to the forebrain 3,4. It is still not known, whether the principles discovered for the dorsal brain hold true for ventral brain areas. In the ventral brain, neurons are organized in neuronal clusters rather than layers and they often have to undergo complicated migratory trajectories to reach their final position. The ventral midbrain is not only a good model system for ventral brain development, but also contains neuronal populations such as dopaminergic neurons that are relevant in disease processes. While the function and degeneration of dopaminergic neurons has been investigated in great detail in the adult and ageing brain, little is known about the behavior of these neurons during their differentiation and migration phase 5. We describe here the generation of slice cultures from the embryonic day (E) 12.5 mouse ventral midbrain. These slice cultures are potentially suitable for monitoring dopaminergic neuron development over several days in vitro. We highlight the critical steps in generating brain slices at these early stages of embryonic development and discuss the conditions necessary for maintaining normal development of dopaminergic neurons in vitro. We also present results from time lapse imaging experiments. In these experiments, ventral midbrain precursors (including dopaminergic precursors) and their descendants were labeled in a mosaic manner using a Cre/loxP based inducible fate mapping system 6.

Organotypic Slice Cultures of Embryonic Ventral Midbrain: A System to Study Dopaminergic Neuronal Development in vitro

A method to generate organotypic slices from the E12.5 murine embryonic midbrain is described. The organotypic slice cultures can be used to observe the behavior of dopaminergic neurons or other ventral midbrain neurons.

Organotypischen Kulturen von embryonalen ventralen Mittelhirn: Ein System zur Dopaminerge Neuronale Development Study In-vitro-</em

The  mouse is an excellent model organism to study mammalian brain development due  to the abundance of molecular and genetic data. However, the ...

An Ex vivo Model of an Oligodendrocyte-directed T-Cell Attack in Acute Brain Slices

Death of oligodendrocytes accompanied by destruction of neurons and axons are typical histopathological findings in cortical and subcortical grey matter lesions in inflammatory demyelinating disorders like multiple sclerosis (MS). In these disorders, mainly CD8+ T-cells of putative specificity for myelin- and oligodendrocyte-related antigens are found, so that neuronal apoptosis in grey matter lesions may be a collateral effect of these cells. Different types of animal models are established to study the underlying mechanisms of the mentioned pathophysiological processes. However, although they mimic some aspects of MS, it is impossible to dissect the exact mechanism and time course of &#8216;&#8216;collateral&#8217;&#8217; neuronal cell death. To address this course, here we show a protocol to study the mechanisms and time response of neuronal damage following an oligodendrocyte-directed CD8+ T cell attack. To target only the myelin sheath and the oligodendrocytes, in vitro activated oligodendrocyte-specific CD8+ T-cells are transferred into acutely isolated brain slices. After a defined incubation period, myelin and neuronal damage can be analysed in different regions of interest. Potential applications and limitations of this model will be discussed.

An Ex vivo Model of an Oligodendrocyte-directed T-Cell Attack in Acute Brain Slices

To address mechanisms of demyelination and neuronal apoptosis in cortical lesions of inflammatory demyelinating disorders, different animal models are used. We here describe an ex vivo approach by using oligodendrocyte-specific CD8+ T-cells on brain slices, resulting in oligodendroglial and neuronal death. Potential applications and limitations of the model are discussed.

Ein<em&gt; Ex-vivo-</em&gt; Modell eines Oligodendrozyten-gerichtete T-Cell Attack in akuten Hirnschnitten

Death of oligodendrocytes accompanied by destruction of neurons and axons are typical histopathological findings in cortical and subcortical grey matter ...

Immunologie und Infektion

Organotypic Hippocampal Slice Cultures As a Model to Study Neuroprotection and Invasiveness of Tumor Cells

In organotypic hippocampal slice cultures (OHSC), the morphological and functional characteristics of both neurons and glial cells are well preserved. This model is suitable for addressing different research questions that involve studies on neuroprotection, electrophysiological experiments on neurons, neuronal networks or tumor invasion. The hippocampal architecture and neuronal activity in multisynaptic circuits are well conserved in OHSC, even though the slicing procedure itself initially lesions and leads to formation of a glial scar. The scar formation alters presumably the mechanical properties and diffusive behavior of small molecules, etc. Slices allow the monitoring of time dependent processes after brain injury without animal surgery, and studies on interactions between various brain-derived cell types, namely astrocytes, microglia and neurons under both physiological and pathological conditions. An ambivalent aspect of this model is the absence of blood flow and immune blood cells. During the progression of the neuronal injury, migrating immune cells from the blood play an important role. As those cells are missing in slices, the intrinsic processes in the culture may be observed without external interference. Moreover, in OHSC the composition of the medium-external environment is precisely controlled. A further advantage of this method is the lower number of sacrificed animals compared to standard preparations. Several OHSC can be obtained from one animal making simultaneous studies with multiple treatments in one animal possible. For these reasons, OHSC are well suited to analyze the effects of new protective therapeutics after tissue damage or during tumor invasion. 
The protocol presented here describes a preparation method of OHSC that allows generating highly reproducible, well preserved slices that can be used for a variety of experimental research, like neuroprotection or tumor invasion studies.

Organotypic hippocampal slice cultures (OHSC) represent an in vitro model that simulates the in vivo situation very well. Here we describe a vibratome-based improved slicing protocol to obtain high quality slices for use in assessing the neuroprotective potential of novel substances or the biological behavior of tumor cells.

Organotypischen Hippocampal Slice Kulturen als Modell zur Studie Neuroprotektion und Invasivität der Tumorzellen

In organotypic hippocampal slice cultures (OHSC), the morphological and functional characteristics of both neurons and glial cells are well preserved. ...

Visualization and Live Imaging of Oligodendrocyte Organelles in Organotypic Brain Slices Using Adeno-associated Virus and Confocal Microscopy

Neurons rely on the electric insulation and trophic support of myelinating oligodendrocytes. Despite the importance of oligodendrocytes, the advanced tools currently used to study neurons, have only partly been taken on by oligodendrocyte researchers. Cell type-specific staining by viral transduction is a useful approach to study live organelle dynamics. This paper describes a protocol for visualizing oligodendrocyte mitochondria in organotypic brain slices by transduction with adeno-associated virus (AAV) carrying genes for mitochondrial targeted fluorescent proteins under the transcriptional control of the myelin basic protein promoter. It includes the protocol for making organotypic coronal mouse brain slices. A procedure for time-lapse imaging of mitochondria then follows. These methods can be transferred to other organelles and may be particularly useful for studying organelles in the myelin sheath. Finally, we describe a readily available technique for visualization of unstained myelin in living slices by Confocal Reflectance microscopy (CoRe). CoRe requires no extra equipment and can be useful to identify the myelin sheath during live imaging.

Myelinating oligodendrocytes promote rapid action potential propagation and neuronal survival. Described here is a protocol for oligodendrocyte-specific expression of fluorescent proteins in organotypic brain slices with subsequent time-lapse imaging. Further, a simple procedure for visualizing unstained myelin is presented.

Visualisierung und Live Imaging Oligodendrozyt Organellen in organotypischen Gehirnscheiben mit Adeno-assoziierten Virus und konfokale Mikroskopie

Neurons rely on the electric insulation and trophic support of myelinating oligodendrocytes. Despite the importance of oligodendrocytes, the advanced ...

Preparation and Immunostaining of Myelinating Organotypic Cerebellar Slice Cultures

In the nervous system, myelin is a complex membrane structure generated by myelinating glial cells, which ensheathes axons and facilitates fast electrical conduction. Myelin alteration has been shown to occur in various neurological diseases, where it is associated with functional deficits. Here, we provide a detailed description of an ex vivo model consisting of mouse organotypic cerebellar slices, which can be maintained in culture for several weeks and further be labeled to visualize myelin.

Here we present a method to prepare organotypic slice cultures from mouse cerebellum and myelin sheath staining by immunohistochemistry suitable for investigating mechanisms of myelination and remyelination in the central nervous system.

Vorbereitung und Immunostaining Myelinating organotypischen zerebelläre Slice Kulturen

In the nervous system, myelin is a complex membrane structure generated by myelinating glial cells, which ensheathes axons and facilitates fast electrical ...

Ex Vivo Oculomotor Slice Culture from Embryonic GFP-Expressing Mice for Time-Lapse Imaging of Oculomotor Nerve Outgrowth

Accurate eye movements are crucial for vision, but the development of the ocular motor system, especially the molecular pathways controlling axon guidance, has not been fully elucidated. This is partly due to technical limitations of traditional axon guidance assays. To identify additional axon guidance cues influencing the oculomotor nerve, an ex vivo slice assay to image the oculomotor nerve in real-time as it grows towards the eye was developed. E10.5 IslMN-GFP embryos are used to generate ex vivo slices by embedding them in agarose, slicing on a vibratome, then growing them in a microscope stage-top incubator with time-lapse photomicroscopy for 24-72 h. Control slices recapitulate the in vivo timing of outgrowth of axons from the nucleus to the orbit. Small molecule inhibitors or recombinant proteins can be added to the culture media to assess the role of different axon guidance pathways. This method has the advantages of maintaining more of the local microenvironment through which axons traverse, not axotomizing the growing axons, and assessing the axons at multiple points along their trajectory. It can also identify effects on specific subsets of axons. For example, inhibition of CXCR4 causes axons still within the midbrain to grow dorsally rather than ventrally, but axons that have already exited ventrally are not affected.

An ex vivo slice assay allows oculomotor nerve outgrowth to be imaged in real time. Slices are generated by embedding E10.5 IslMN:GFP embryos in agarose, slicing on a vibratome, and growing in a stage-top incubator. The role of axon guidance pathways is assessed by adding inhibitors to the culture media.

Ex Vivo Okulomotor Slice Culture von embryonalen GFP-ausdrückenden Mäusen für Time-Lapse Imaging of Oculomotor Nerve Outgrowth

Accurate eye movements are crucial for vision, but the development of the ocular motor system, especially the molecular pathways controlling axon ...

Generation of Oligodendrocytes and Oligodendrocyte-Conditioned Medium for Co-Culture Experiments

In the central nervous system, oligodendrocytes are well-known for their role in axon myelination, that accelerates the propagation of action potentials through saltatory conduction. Moreover, an increasing number of reports suggest that oligodendrocytes interact with neurons beyond myelination, notably through the secretion of soluble factors. Here, we present a detailed protocol allowing purification of oligodendroglial lineage cells from glial cell cultures also containing astrocytes and microglial cells. The method relies on overnight shaking at 37 &#176;C, which allows selective detachment of the overlying oligodendroglial cells and microglial cells, and the elimination of microglia by differential adhesion. We then describe the culture of oligodendrocytes and production of oligodendrocyte-conditioned medium (OCM). We also provide the kinetics of OCM treatment or oligodendrocytes addition to purified hippocampal neurons in co-culture experiments, studying oligodendrocyte-neuron interactions.

Herein, we display an efficient method for the purification of oligodendrocytes and production of oligodendrocyte-conditioned medium that can be used for co-culture experiments.

Generation von Oligodendrozyten und Oligodendrozyten-Konditionierten Mediums für Co-Kultur-Experimente

In the central nervous system, oligodendrocytes are well-known for their role in axon myelination, that accelerates the propagation of action potentials ...

Ex Vivo Myelination and Remyelination in Cerebellar Slice Cultures as a Quantitative Model for Developmental and Disease-Relevant Manipulations

Studying myelination&#160;in vitro&#160;and&#160;in vivo poses numerous challenges. The differentiation of oligodendrocyte precursor cells (OPCs)&#160;in vitro, although scalable,&#160;does not recapitulate axonal myelination. OPC-neuron cocultures and OPC-fiber cultures allow for the examination of in vitro myelination, but they lack additional cell types that are present in vivo, such as astrocytes and microglia. In vivo&#160;mouse models, however, are less amenable to chemical, environmental, and genetic manipulation and are much more labor intensive. Here, we describe&#160;an&#160;ex vivo mouse cerebellar slice culture (CSC) quantitative system that is useful for: 1) studying developmental myelination, 2) modeling demyelination and remyelination, and 3) conducting translational research. Sagittal sections of the cerebellum and hindbrain are isolated from postnatal day (P) 0&#8211;2 mice, after which they myelinate&#160;ex vivo&#160;for 12 days. During this period, slices can be manipulated in various ways, including the addition of compounds to test for an effect on developmental myelination. In addition, tissue can be fixed for electron microscopy to assess myelin ultrastructure and compaction. To model disease, CSC can be subjected to acute hypoxia to induce hypomyelination. Demyelination in these explants can also be induced by lysolecithin, which allows for the identification of factors that promote remyelination. Aside from chemical and environmental modifications, CSC can be isolated from transgenic mice and are responsive to genetic manipulation induced with Ad-Cre adenoviruses and tamoxifen. Thus, cerebellar slice cultures are a fast, reproducible, and quantifiable model for recapitulating myelination.

Presented is a protocol for an ex vivo quantitative model of demyelination and remyelination using mouse cerebellar slice cultures. This method closely recapitulates an in vivo model with its full complement of CNS cell types in intact tissue, while maintaining the chemical, genetic, and environmental amenability of an in vitro system.

Studying myelination&#160;in vitro&#160;and&#160;in vivo poses numerous challenges. The differentiation of oligodendrocyte precursor cells (OPCs)&#160;in ...

Organotypischen Kulturen zu Oligodendrozyten Dynamik und Myelinisierung Studieren

Zusammenfassung

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