Diese Arbeit wurde vom Interdisziplinären Zentrum für Klinische Forschung (IZKF) Münster (SEED 03/12, SB), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt wird, Cells-in-Motion-Exzellenzcluster (EXC 1003 - CIM), Universität Münster (SB und SGM) und von der Else Kröner-Fresenius-Stiftung (2012_A88 SB und SGM). Wir danken Heike Blum für die hervorragenden Abbildungen.

Gemäß dem deutschen Recht des Tierschutzes und dirigierte Alle Tierversuche wurden von den lokalen Behörden (&quot;;; Fachbereich 87, Tiergesundheit, Tierschutz Recklinghausen, Deutschland LandesamtfürNatur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW&quot;) zugelassen. 1. Allgemeine Anmerkungen für Mouse Experimente <ol><li> Führen Sie alle Experimente mit Mäusen in Übereinstimmung mit den Richtlinien der jeweiligen Institutional Animal Care und Use Committee. </li><li> Halten Sie die Mäuse unter keimfreien Bedingungen und es ihnen ermöglichen, den Zugang zu Nahrung und Wasser ad libitum haben. </li><li> Verwenden Alter und Geschlecht abgestimmt Mäusen der experimentellen Gruppen, weil biologischen Eigenschaften können mit dem Alter und Geschlecht variieren. </li><li> Wann immer möglich versuchen, zu reduzieren, zu verfeinern oder ersetzen Tierversuche. </li></ol> 2. Herstellung des Percoll Gradient <ol><li> Mischungs 19 ml 1x PBS mit 1 ml 10-fach PBS, 1 ml FCS und 10 ml Percoll. </li><li> Führen steGiften Filtration in ein Glasrohr (Durchmesser der Filterporen: 0,2 um). Danach speichern die Lösung bei 4 ° C. </li></ol> 3. Herstellung von Endothel Zellmedium und Beschichtung von Zellkulturplatten <ol><li> Endothelzellmedium: <ol><li> Herstellung von 500 ml Medium (. Ca. 20%) 400 ml mischen DMEM-Medium (. Ca. 80%) mit 100 ml PDS, 0,25 ml bFGF (. 20 &amp; mgr; g / ml; ca. 0,05%), 0,5 ml Heparin (100 &amp; mgr; l / ml;. ca. 0,1%) und 0,5 ml pyrumycin (4 mg / ml;. ca. 0,1%). Pyrumycin fügen nur in den ersten 2 Tagen Kultur verwendete Zellkulturmedium. </li><li> Zuführen Sterilfiltration in ein Glasrohr (Durchmesser der Filterporen: 0,2 um). Danach speichern die Lösung bei 4 ° C. </li></ol></li><li> Beschichtung von Zellkulturplatten: <ol><li> 1 ml der Beschichtungslösung, eine Lösung aus 500 &amp; mgr; l ddH 2 O, 400 ul Kollagen IV (0,4 mg / ml) und 100 ul Fibronectin (0,1 mg / ml). </li><li> Decken Sie die ganze Oberfläche des EACh Vertiefung der Zellkulturplatte mit der Beschichtungslösung. Bewahren Sie die Platte bei 4 ° C über Nacht. </li></ol></li></ol> 4. Isolierung von murinen Gehirn mikrovaskulären Endothelzellen (MBMEC) <ol><li> Opfern 10 erwachsenen Mäusen (8. - 12. Wochen alten C57BL / 6), durch zervikale Dislokation. Anschließend isolieren die Maus-Gehirne und Speicher in 5 ml PBS (Caveat: Arbeits steril). </li><li> Entfernen Gehirn stammt, Kleinhirne und thalami mit einer Pinzette. Trennen Hirnhäute durch vorsichtiges Aufrollen die Gehirne auf einem sterilen Löschpapier. Sammeln Sie die resultierende Hirnhäute freien Vorderhirne. </li><li> Übertragen Sie die Gehirne in ein 50 ml Falcon-Röhrchen mit 13,5 ml DMEM gefüllt. </li><li> Hackfleisch das Gewebe zuerst mit einer 25 ml Pipette und dann mit einer 10 ml Pipette bis das Medium wird milchig. </li><li> Dann verdauen das Gewebe mit einer Mischung aus 0,6 ml Kollagenase CLS2 (10 mg / ml in DMEM) und 0,2 ml DNAse (1 mg / ml in PBS) in Dulbeccos modifiziertem Eagle Medium (DMEM) für 1 h bei 37 ° C auf einem Orbital schüttelnr bei 180 rpm. </li><li> 10 ml DMEM zur Gewebesuspension zugegeben und zentrifugiert, die Zellen bei 1000 × g für 10 min bei 4 ° C. </li><li> Überstand verwerfen (Caveat: Pellet wird leicht zu verlieren) </li><li> Um das Myelin bei 1.000 × g für 20 min bei 4 ° C entfernt, das Pellet mit einer 25 ml Pipette in 25 ml BSA-DMEM (20% w / v) (ca. 25 Mal), und zentrifugiert. </li><li> Entsorgen Sie die obere Myelinschicht (milchig) mit einem gebrochenen Glaspasteurpipette mit größerem Durchmesser, und dann werfen Sie die BSA-Schicht mit einer normalen Pasteurpipette. </li><li> Das Pellet in 9 ml DMEM und 1 ml Kollagenase / Dispase (Endkonzentration 1 mg / ml) und 0,1 ml DNAse. Verdauen die Lösung für 1 h bei 37 ° C auf einem Orbitalschüttler bei 180 rpm (Einschränkung: verwenden Sie nicht die Pipette resuspendieren - Zellen können verloren gehen). </li><li> Während der Verdauung, zentrifugieren Sie das Percoll Lösung bei 3.000 × g für 1 h Einrichten des Dichtegradienten mit einer Ultrazentrifuge bei 4 ° C, mit einer Beschleunigung, wiThout Bremse. </li><li> 10 ml DMEM zu der verdauten Zellsuspension. Zentrifugieren Sie die Suspension bei 1000 g für 10 min bei 4 ° C. Dann den Überstand verwerfen und das Pellet in 2 ml DMEM. </li><li> Fügen die resuspendierten Zellen vorsichtig auf der Oberseite des Percoll-Gradienten und Zentrifuge bei 700 × g für 10 min bei 4 ° C ohne Beschleunigung und Bremse. Anmerkung: Die Zellen als Wolke in der Interphase sichtbar sind. </li><li> Nehmen ca. 12 ml der Zwischenphase mit Zellen mit einer langen sterilen Nadel und legen Sie sie in eine neue 50 ml Falcon mit 5 ml DMEM. </li><li> Zentrifugieren der Zellen erneut bei 1.000 xg für 10 min bei 4 ° C. Anschließend das Pellet in endothelialen Zellmedium (Verwendung ca. 0,2 ml Medium pro 1 cm 2 Oberfläche der Zellkulturplatte). </li><li> Entfernen Beschichtungslösung aus beschichteten Zellkulturplatten (siehe Schritt 3.2) und spülen Sie jedes gut mit sterilem PBS in zwei aufeinander folgenden Waschschritte. </li><li> Pflegen Zellkulturen in EndothelzellenZellmedium bei 37 ° C und 5% CO 2 in einem sterilen Inkubator. Ändern Sie das Medium alle zwei bis drei Tage. Split-Zellen bei 90% Konfluenz. </li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

Blut-Hirn-Schrankenstörung ist ein Markenzeichen von verschiedenen schädlichen ZNS-Erkrankungen, zB ein Ausfall der BBB bei Multipler Sklerose ausgiebig erleichtert die CNS Invasion durch autoreaktive Immunzellen und ermöglicht die Begegnung und Zerstörung der Oligodendrozyten. Bei ischämischen Schlaganfall die Störung der BHS und die anschließende Bildung von Hirnödem sind kritische Faktoren, die sekundäre Infarktwachstum und die Gesamtüberlebenszeit der Patienten 6 zu beeinflussen. Darüber hinaus kann durch Veränderungen der BBB in abgelegenen Gebieten fokalen ischämischen Läsionen sind in der Lage, weit verbreiteten funktionellen Veränderungen des Gehirns induzieren. Allerdings sind die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen weitgehend unbekannt 5. Im Gegensatz dazu die hohe Dichte und Vielfalt der Efflux-Transporter in der funktionellen BMECs reduziert die Konzentration von nützlichen Medikamente wie Chemotherapeutika für die Hirnmalignome oder Antibiotika für Infektionskrankheiten. Daher kann ein tieferes Verständnis der Blut-Hirn-barrier Funktion unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen erforderlich ist, um pharmakologische Mittel, die in der Lage, spezifisch die Sperrfunktion in der favorisierten Richtung 21 zu entwickeln. Zuverlässig in vitro-Modellen der BHS sind unverzichtbare Werkzeuge, um die Regulationsmechanismen auf BBB studieren. Viele verewigt Gehirn endothelialen Zelllinien wurden eingerichtet und als in vitro-BBB-Modelle 22 eingesetzt. Diese Zelllinien bieten gewisse Vorteile gegenüber Primär BMECs da sie schneller wachsen und bestimmte BBB Eigenschaften halten über mehrere Passagen. Jedoch kann Endothelzelllinien nicht vollständig ersetzen Primärzellen als wichtige Eigenschaften verändert werden, die mit der Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse auf die in vivo-Situation zu vermischen. Zum Beispiel die murine Hirn Endothelzelllinie bEnd.5 drückt nur geringe diskontinuierlich verteilten tight junction-Proteine, was zu hohen Paraczellulären Permeabilität 23. BEnd.3, ein weiteres häufig verwendeten murinen Gehirn Endothelzelllinie zeigt dichte und kontinuierliche verteilt tight junctions, eine hohe transendotheliale Widerstand, mehrere Effluxtransporter und niedrige parazellulären Permeabilität. Allerdings bEnd.3 Zellschichten im Vergleich zu Primär BMECs fehlt eine echte Diskriminierung in Bezug auf die Permeation von bestimmten transzellulären und parazellulären Substraten 24. In Zubereitungen von primären Zellkulturen, können kontaminierenden Zellen signifikant mit der Gültigkeit der experimentellen Befunde stören. In dem beschriebenen Protokoll wird pyrumicin als selektives Agens verwendet für Endothelzellen hohe Reinheit zu erreichen. Trotzdem ist eine regelmäßige Kontrolle der Qualität der Zellkultur zwangsläufig erforderlich, um für eine zuverlässige Experimenten zu gewährleisten. Es gibt mehrere Verfahren für die Qualitätskontrolle, neben typischen morphologischen Eigenschaften von Endothelzellen (siehe 1A), der transendothelial Widerstand gemessen werden kann oder die Expression des endothelialen Zellmarker, wie CD31 (siehe 1B) und von Willebrand-Faktor (vWF) kann ausgewertet werden. Die Zahl der Gehirn-Endothelzellen aus einer Mausgehirn isoliert ist relativ gering und für mehrere Versuche zu diesem Zweck eine Zellkultur, haben die Gehirne von mehreren Mäusen gepoolt werden. In unserer Erfahrung, müssen mindestens 10 Mäuse für einen Versuch, die abhängig von den Ressourcen der jeweiligen Tiereinrichtung ein begrenzender Faktor sein könnte verwendet werden. Um Bias oder Störfaktoren zu vermeiden, sollte nur Mäuse mit einer identischen genetischen und ökologischen Hintergrund gebündelt. Im Gegensatz dazu Rinder- und Schweinehirn Endothelzellen Präparate bieten eine große Anzahl von Gehirnendothelzellen in einem Gehirn. Doch neben der unkomplizierten Zucht und Gehäuse, der breite und ständig wachsenden Repertoire an verfügbaren transgenen Mäusen macht primären murinen BMECs als idealeModell zur Blut-Hirn-Schrankenfunktion zu untersuchen. Mehrere wichtige Erkenntnisse über die Funktionen der BBB und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen wurden aus Studien mit 2D Gewebekultursystemen kommen. Kürzlich, 3D-Kultursysteme entwickelt worden 25, wobei Endothelzellen in eine Collagenmatrix damit sie Lumen und Rohrnetze bilden gelegt. Diese neue Zellkultursysteme erlauben eine noch genauere Reproduktion des Gefäßprozessen im intakten Organismus in vivo. Die Einbindung weiterer Zellen der NVU in 3D-Zellkultursystemen, wie Perizyten und Astrozyten könnte revolutionieren die in vitro-Studium der Blut-Hirn-Schrankenfunktion; ersten Modelle wurden erst kürzlich entwickelt 26. Es gibt einige Empfehlungen für die Problembehandlung. Zunächst sterilen Arbeits ist wesentlich für die Qualität des Endothelzellenkultur. Zweitens sollte pyrumycin nur für Zelle hinzugefügt werdenin den ersten 2 Tagen Kultivierung verwendete Kulturmedium kann mehr Anwendung erhöht MBMEC Zelltod und geringer Qualität Barrierefunktion führen. Drittens sollte die in diesem Protokoll angewendet Enzyme gemäß den Anweisungen des Herstellers verwendet und gespeichert werden; ansonsten ihre ordnungsgemäße Funktion beeinträchtigt werden könnte. Darüber hinaus könnte die Beschichtung von Zellkulturplatten geändert, wenn Endothelzellen nicht zu befestigen. Konzentrationen von Fibronektin und Kollagen könnte verändert werden oder andere Matrixproteine ​​können zu der Beschichtungslösung zugegeben werden. Schließlich, Alter, Geschlecht, Jahreszeit des Jahres und Umweltbedingungen innerhalb der Tierhaltung sind wichtige Faktoren, die die Qualität MBMEC Isolation und Vergleichbarkeit der Versuche beeinflussen könnten. Es sollte sichergestellt werden, dass die Bedingungen vergleichbar unabhängigen Experimenten sind. Das beschriebene Protokoll sollte als Grundneuroimmunologischen Methode murine BMECs isolieren berücksichtigt werden. Die isolierten Zellen u sein könnteSED für eine Vielzahl von Anwendungen, weitere Einblicke in BBB Funktion, wie Migrationsassays, Gen- und Proteinexpressionsstudien elektro Auswertungen oder Permeabilität Experimenten zu gewinnen. Wie oben erwähnt, können 3D-Zellkultursysteme von BMECs neue Möglichkeiten, um die komplexen Mechanismen in der Regulation der BBB in Zusammenhang mit der NVU beteiligt Studie liefern. Daher wird die Isolierung von primären Endothelzellen eine unschätzbare Technik im Bereich der BBB Forschung in Zukunft so bleiben.

<html> Gehirn mikrovaskuläre Endothelzellen (BMEC) bilden Monoschichten, die ein integraler Teil der hochspezialisierten Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​sind. BMECs durch junctional Proteine ​​an einen Basalmembran befestigt verschaltet. Zusammen mit Perizyten, glatte Muskelzellen, Astrozyten Ende Füße und zirkulierenden Blutzellen bauen sie die sogenannte neurovaskulären Einheit (NVU) 1. Gegen den bisherigen Vorstellung von einer undurchlässigen Barriere zwischen Blut und zentralen Nervensystems (ZNS), die NVU ein dynamisches, hoch spezifische und geregelte Schnittstelle, die den Übergang von Fluiden, Moleküle und Zellen zwischen zerebralen Blutgefäße und des ZNS 2 steuert . Eine Dysfunktion oder Dysregulation des NVU kann initiieren und / oder dazu beitragen, eine Vielzahl von neurovaskulären, infektiöse, entzündliche oder degenerative Erkrankungen des ZNS, wie beispielsweise Schlaganfall, HIV-Enzephalopathie, multiple Sklerose, Morbus Alzheimer oder Morbus Parkinson 3-6. _content &quot;&gt; Die BMEC Monoschicht dicht mit einem Junction-Komplex, der aus dicht verschlossen (TJ) und Adhärenzverbindungen (AJ) 7. Der hohe elektrische Widerstand und die Niederparazelluläre Permeabilität der BBB hauptsächlich auf TJ Proteinen 8. Die TJs sind Komplexe, die durch den Transmembranproteine ​​der claudin und Occludin-Familie, die das Zytoskelett der Endothelzellen durch Adaptermoleküle gebunden sind, gebildet wie die zonulaoccludens (ZO) Proteine ​​ZO1-3 4. Adhärenzverbindungen werden hauptsächlich durch das integrale Membranprotein zusammengebaut Gefäßendothel (VE) -cadherin, das mit dem Zytoskelett via catenins 8 verbunden ist. Die dichte Abdichtung des BBB verhindert den freien Austausch von Substraten und Zellen zwischen Blut und Liquor. Ausnahmen von dieser Regel sind lipophile, kleine Moleküle mit einem Molekulargewicht &lt;400 Da, die Lage, die BBB von Lipid-vermittelte Diffusion 9 überqueren sind. Der Durchgang der größeren und / oderhydrophile Moleküle, wie Glucose, Aminosäuren, Peptide, Proteine ​​und viele Arzneimittel ist für stark gesteuerte transzellulären Transportsysteme 10, die in fünf Hauptkategorien eingeteilt werden können beschränkt: trägervermittelten Transport, Ionentransport, aktive Ausflusstransport, Rezeptor-vermittelte Transport und Caveolae-vermittelten Transport 4. Diese Transportsysteme unterstützen die Aufrechterhaltung der Homöostase des ZNS, die für eine genaue Signalerzeugung, Transduktion und Integration notwendig ist. Außerdem sind BMECs Lage, den Übergang von unterschiedlichen Molekülen aktiv zu steuern, indem die Expression einer Vielzahl von Ectoenzyme. Diese Enzyme sind an der Zelloberfläche lokalisiert und ändern spezifischen endogenen und exogenen Substraten zu behindern oder Zulassen des Übergangs des BBB 11. Während das ZNS wurde als Immunprivilegierten Organ für eine langfris Zeit betrachtet, deuten neuere Erkenntnisse eine eher dynamische und dicht geregelten System der Immun surveillance des ZNS. Die BMECs kritisch bei der Regulation der Immunzelltransmigration beteiligt. Durch die Expression der Selektine auf ihrer Oberfläche Lymphozyten selektiv veranlaßt, locker an das Endothel zu befestigen. Die Sekretion von Chemokinen, die mit spezifischen Rezeptoren auf Leukozyten stoßen führt zu der Expression oder Konformationsänderungen von Leukozyten-Integrine, wie LFA-1 (Lymphozytenfunktion-assoziiertes Antigen-1) und VLA-4 (sehr späte Antigen-4). Die Integrine vermitteln eine feste Adhäsion durch Bindung ihrer endothelialen Gegenrezeptoren, zB VCAM-I (vascular cell adhesion molecule), ICAM-I (interzelluläres Adhäsionsmolekül) ermöglicht die Transmigration in das Hirnparenchym zwischen oder über BMECs des BBB 12-14. Diese und andere Befunde unterstreichen die aktive Rolle des Endothels selbst bei der Regulierung der Immunzellmigration. Weiterhin BMECs als Teil der NVU sind an der Regulation der Hirndurchblutung li beteiligtum lokale neuronale metabolischen Anforderungen nked. Auf Astrozyten Stimulations Endothelzellen vasoaktiven Substanzen wie Stickstoffmonoxid führt zur Entspannung der glatten Gefäßmuskelzellen 15. Angiogenese und Neurogenese in den Entwicklungs sowie im erwachsenen Gehirn Show parallel Strukturierung und Entwicklung und teilen viele Eigenschaften der Verordnung 1, 4. Endothelzellen werden kritisch in diesen Prozessen 16, 17 beteiligt. Zusammenfassend BMECs liefern wichtige Funktionen, um eine richtige Entwicklung und das Funktionieren des ZNS zu rechtfertigen. BBB Dysfunktion ist vielen schweren neurologischen Störungen verbunden. Jedoch haben nur wenige Ziele auf der Gehirngefäß Schnittstelle für eine spezifische und effiziente Behandlung 18 identifiziert. In vitro Modellen vereinfacht wurden verwendet, um die Mechanismen in der Funktion und Regulation von komplexen physiologischen Systeme für eine lo beteiligt verstehenng Zeit. Die Isolierung der durch diese Handschrift und der in-vitro-Studie von murinen BMECs beschrieben, angesichts der Vielzahl von spezifischen Maus-Knockout-Stämme, könnte ein weiteres Verständnis der BBB Funktion und Regulation unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen eröffnen neue therapeutische Wege zu schaffen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="808">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">bFGF</td>
			<td style="width:133px;">Peprotech</td>
			<td style="width:123px;">100-18B</td>
			<td style="width:331px;">Basic fibroblast growth factor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">BSA</td>
			<td style="width:133px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">A9418</td>
			<td>Bovine serum albumine</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Collagenase CLS2</td>
			<td style="width:133px;">Worthington</td>
			<td style="width:123px;">LS004176</td>
			<td>High relative level of protease activity</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Collagenase-dispase</td>
			<td style="width:133px;">Roche</td>
			<td align="right" style="width:123px;">10269638001</td>
			<td style="width:331px;">Collagenase from V. alginolyticus, Dispase from B. polymyxa</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Collagen IV</td>
			<td style="width:133px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">C0543</td>
			<td style="width:331px;">From Engelbreth-Holm-Swarm murine sarcoma basement membrane</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">DMEM</td>
			<td style="width:133px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">D5030</td>
			<td>Warm in 37 &#176;C water bath before use</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">DNAse</td>
			<td style="width:133px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">D4513</td>
			<td>Deoxyribonuclease I from bovine pancreas</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">FCS</td>
			<td style="width:133px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">F6178</td>
			<td>Fetal calf serum (also named fetal bovine serum)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Heparin</td>
			<td style="width:133px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">H3393</td>
			<td>Anticoagulant</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">PDS</td>
			<td style="width:133px;">First Link UK Ltd.</td>
			<td style="width:123px;">60-00-850</td>
			<td>Plasma-derived serum</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Percoll</td>
			<td style="width:133px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">P1644</td>
			<td>Warm to room temperature before use</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Pyrumycin</td>
			<td style="width:133px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">P8833</td>
			<td>Should only be used in first 2 d of culture</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

isolation of primary murine brain microvascular endothelial cells

The blood-brain-barrier is ultrastructurally assembled by a monolayer of brain microvascular endothelial cells (BMEC) interconnected by a junctional complex of tight and adherens junctions. Together with other cell-types such as astrocytes or pericytes, they form the neurovascular unit (NVU), which specifically regulates the interchange of fluids, molecules and cells between the peripheral blood and the CNS. Through this complex and dynamic system BMECs are involved in various processes maintaining the homeostasis of the CNS. A dysfunction of the BBB is observed as an essential step in the pathogenesis of many severe CNS diseases. However, specific and targeted therapies are very limited, as the underlying mechanisms are still far from being understood. 
Animal and in vitro models have been extensively used to gain in-depth understanding of complex physiological and pathophysiological processes. By reduction and simplification it is possible to focus the investigation on the subject of interest and to exclude a variety of confounding factors. However, comparability and transferability are also reduced in model systems, which have to be taken into account for evaluation. The most common animal models are based on mice, among other reasons, mainly due to the constantly increasing possibilities of methodology. In vitro studies of isolated murine BMECs might enable an in-depth analysis of their properties and of the blood-brain-barrier under physiological and pathophysiological conditions. Further insights into the complex mechanisms at the BBB potentially provide the basis for new therapeutic strategies.
This protocol describes a method to isolate primary murine microvascular endothelial cells by a sequence of physical and chemical purification steps. Special considerations for purity and cultivation of MBMECs as well as quality control, potential applications and limitations are discussed.

Unmittelbar nach der Isolierung, murine BMECs und kontaminierenden Zellen zu bilden Konglomerate schwebend in dem Zellkulturmedium (1A, Tag 0). Die Behandlung mit pyrumycin führt zu einer Auswahl von Maus BMECs da sie hohe Effluxtransporter wie P-Glykoprotein, was zu einer relativen Resistenz gegen Toxine exprimieren. Kontaminierenden Zellen sind viel anfälliger für Zytotoxizität 19 pyrumycin. Während des Prozesses der pyrumicin Auswahl kontaminierenden Zellen geben apoptotischen oder nekrotischen Zelltod, während MBMECs beginnen, um das Kollagen IV / Fibronektin beschichtete Zellkulturplatten (1A, Tag 1 und Tag 2) zu befestigen. Bis Tag 5 werden die MBMECs vermehren zu einer Dichte von ca.. 80 bis 90%. Sie werden durch die typische spindelförmiges Aussehen aufweist. Bei Konfluenz werden, bilden sie eine Monoschicht aus dicht gepackten, in Längsrichtung ausgerichteten und nicht-überlappenden Kontakt inhibierten Zellen (1A, Tag 5). Durchpyrumicin Auswahl, eine hohe Reinheit von bis zu 99% MBMEC erreicht wird, wie durch die endotheliale Zellmarker CD31 nachgewiesen (PECAM1; 1B). Die MBMECs bilden dicht versiegelten Monoschichten von Tight Junction-Proteinen verbunden. Nach 7-8 Tagen Kultur bauen die endothelialen Zellschichten bis stabile Werte für den elektrischen Widerstand (Erreichen typische Werte zwischen 20 - 30 Ω x cm 2). Und Kapazität (1C) Zu diesem Zeitpunkt, funktionelle Assays wie zell- Migrationsversuche 3, 20,21 und Durchlässigkeitstests, zB mit Evans Blau oder Dextran, durchgeführt werden. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/52204/52204fig1highres.jpg" width="500" /> Abbildung 1. morphologischen und funktionellen Eigenschaften von Murine BMECs. (A) Repräsentative Zeitverlauf der kultivierten BMECs durch Übertragungslichtmikro angesehenskopie über 5 Tage. Maßstab gilt für alle Bilder. (B) Immunfluoreszenzfärbung für die endotheliale Zellmarker CD31 an Tag 5. CD31 (grün) und DAPI (blau). (C) Zellen wurden für 5 Tage vorkultiviert und dann in einem automatisierten System für die übertragene Analyse der biophysikalischen Eigenschaften (Widerstand und Kapazität). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52204/52204fig1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Isolation of Primary Murine Brain Microvascular Endothelial Cells

Brain microvascular endothelial cells (BMEC) are interconnected by specific junctional proteins forming a highly regulated barrier separating blood and the central nervous system (CNS), the so-called blood-brain-barrier (BBB). The isolation of primary murine brain microvascular endothelial cells, as discussed in this protocol, enables detailed in vitro studies of the BBB.

Isolierung von primären murinen Gehirn mikrovaskulären Endothelzellen

The blood-brain-barrier is ultrastructurally assembled by a monolayer of brain microvascular endothelial cells (BMEC) interconnected by a junctional ...

isolation-of-primary-murine-brain-microvascular-endothelial-cells

Research

JoVE Journal

Neuroscience

32.0K Aufrufe.  University of Münster. Brain microvascular endothelial cells (BMEC) are interconnected by specific junctional proteins forming a highly regulated barrier separating blood and the central nervous system (CNS), the so-called blood-brain-barrier (BBB). The isolation of primary murine brain microvascular endothelial cells, as discussed in this protocol, enables detailed in vitro studies of the BBB. 

Serie: Isolation of Primary Murine Brain Microvascular Endothelial Cells

Generation of an Immortalized Murine Brain Microvascular Endothelial Cell Line as an In Vitro Blood Brain Barrier Model

Epithelial and endothelial cells (EC) are building paracellular barriers which protect the tissue from the external and internal environment. The blood-brain barrier (BBB) consisting of EC, astrocyte end-feet, pericytes and the basal membrane is responsible for the protection and homeostasis of the brain parenchyma. In vitro BBB models are common tools to study the structure and function of the BBB at the cellular level. A considerable number of different in vitro BBB models have been established for research in different laboratories to date. Usually, the cells are obtained from bovine, porcine, rat or mouse brain tissue (discussed in detail in the review by Wilhelm et al. 1). Human tissue samples are available only in a restricted number of laboratories or companies 2,3. While primary cell preparations are time consuming and the EC cultures can differ from batch to batch, the establishment of immortalized EC lines is the focus of scientific interest.
Here, we present a method for establishing an immortalized brain microvascular EC line from neonatal mouse brain. We describe the procedure step-by-step listing the reagents and solutions used. The method established by our lab allows the isolation of a homogenous immortalized endothelial cell line within four to five weeks. The brain microvascular endothelial cell lines termed cEND 4 (from cerebral cortex) and cerebEND 5 (from cerebellar cortex), were isolated according to this procedure in the F&ouml;rster laboratory and have been effectively used for explanation of different physiological and pathological processes at the BBB. Using cEND and cerebEND we have demonstrated that these cells respond to glucocorticoid- 4,6-9 and estrogen-treatment 10 as well as to pro-infammatory mediators, such as TNFalpha 5,8. Moreover, we have studied the pathology of multiple sclerosis 11 and hypoxia 12,13 on the EC-level. The cEND and cerebEND lines can be considered as a good tool for studying the structure and function of the BBB, cellular responses of ECs to different stimuli or interaction of the EC with lymphocytes or cancer cells.

Generation of an Immortalized Murine Brain Microvascular Endothelial Cell Line as an In Vitro Blood Brain Barrier Model

This method describes how to isolate and immortalize microvascular endothelial cells from mouse brain. We describe a step-by-step protocol starting from the homogenization of brain tissue, digestion steps, seeding and immortalization of the cells. Usually, it takes about five weeks to obtain a homogenous, immortalized microvascular endothelial cell line.

Erzeugung eines Immortalisierte Murine Gehirn mikrovaskulären Endothelzellen Zelllinie als<em&gt; In Vitro</em&gt; Blut-Hirn-Barriere Modell

Epithelial and endothelial cells (EC) are building paracellular barriers which protect the tissue from the external and internal environment. The ...

Forschung

Neurowissenschaften

Isolation and Culture of Endothelial Cells from the Embryonic Forebrain

Embryonic brain endothelial cells can serve as an important tool in the study of angiogenesis and neurovascular development and interactions. The two vascular networks of the embryonic forebrain, pial and periventricular, are spatially distinctive and have different origins and growth patterns. Endothelial cells from the pial and periventricular vascular networks have unique gene expression profiles and functions. Here we present a step-by-step protocol for isolation, culture, and verification of pure populations of endothelial cells from the periventricular vascular network (PVECs) of the embryonic forebrain (telencephalon). In this approach, telencephalon devoid of pial membrane obtained from embryonic day 15 mice is minced, digested with collagenase/dispase, and dispersed mechanically into a single cell suspension. PVECs are purified from cell suspension using positive selection with anti-CD-31/PECAM-1 antibody conjugated to MicroBeads using a strong magnetic separation method. Purified cells are cultured on collagen 1&#160;coated culture dishes in endothelial cell culture medium until they become confluent and further subcultured. PVECs obtained with this protocol exhibit cobblestone and spindle shaped phenotypes, as visualized by phase-contrast light microscopy and fluorescence microscopy. Purity of PVEC cultures was established with endothelial cell markers. In our hands, this method reliably and consistently yields pure populations of PVECs. This protocol will benefit studies aimed at gaining mechanistic insights into forebrain angiogenesis, understanding PVEC interactions, and cross-talks with neuronal cell types and holds tremendous potential for therapeutic angiogenesis.

This video demonstrates an easy and reliable strategy for preparation of pure cultures of endothelial cells from the embryonic forebrain within 10-12 days and will be useful for research focused on many aspects of cerebral angiogenesis.

Isolierung und Kultivierung von Endothelzellen aus dem embryonalen Vorderhirn

Embryonic brain endothelial cells can serve as an important tool in the study of angiogenesis and neurovascular development and interactions. The two ...

Isolation, Culture and Long-Term Maintenance of Primary Mesencephalic Dopaminergic Neurons From Embryonic Rodent Brains

Degeneration of mesencephalic dopaminergic (mesDA) neurons is the pathological hallmark of Parkinson&#8217;s diseae. Study of the biological processes involved in physiological functions and vulnerability and death of these neurons is imparative to understanding the underlying causes and unraveling the cure for this common neurodegenerative disorder. Primary cultures of mesDA neurons provide a tool for investigation of the molecular, biochemical and electrophysiological properties, in order to understand the development, long-term survival and degeneration of these neurons during the course of disease. Here we present a detailed method for the isolation, culturing and maintenance of midbrain dopaminergic neurons from E12.5 mouse (or E14.5 rat) embryos. Optimized cell culture conditions in this protocol result in presence of axonal and dendritic projections, synaptic connections and other neuronal morphological properties, which make the cultures suitable for study of the physiological, cell biological and molecular characteristics of this neuronal population.

The causes of degeneration of midbrain dopaminergic neurons during Parkinson&#8217;s disease are not fully understood. Cellular culture systems provide an essential tool for study of the neurophysiological properties of these neurons. Here we present an optimized protocol, which can be utilized for in vitro modeling of neurodegeneration.

Isolation, Kultur und langfristige Wartung von Primär mesencephalen dopaminergen Neuronen aus embryonalen Nagetier Brains

Degeneration of mesencephalic dopaminergic (mesDA) neurons is the pathological hallmark of Parkinson&#8217;s diseae. Study of the biological processes ...

Live Imaging of Primary Cerebral Cortex Cells Using a 2D Culture System

During cerebral cortex development, progenitor cells undergo several rounds of symmetric and asymmetric cell divisions to generate new progenitors or postmitotic neurons. Later, some progenitors switch to a gliogenic fate, adding to the astrocyte and oligodendrocyte populations. Using time-lapse video-microscopy of primary cerebral cortex cell cultures, it is possible to study the cellular and molecular mechanisms controlling the mode of cell division and cell cycle parameters of progenitor cells. Similarly, the fate of postmitotic cells can be examined using cell-specific fluorescent reporter proteins or post-imaging immunocytochemistry. More importantly, all these features can be analyzed at the single-cell level, allowing the identification of progenitors committed to the generation of specific cell types. Manipulation of gene expression can also be performed using viral-mediated transfection, allowing the study of cell-autonomous and non-cell-autonomous phenomena. Finally, the use of fusion fluorescent proteins allows the study of symmetric and asymmetric distribution of selected proteins during division and the correlation with daughter cells fate. Here, we describe the time-lapse video-microscopy method to image primary cerebral cortex murine cells for up to several days and analyze the mode of cell division, cell cycle length and fate of newly generated cells. We also describe a simple method to transfect progenitor cells, which can be applied to manipulate genes of interest or simply label cells with reporter proteins.

Live imaging is a powerful tool to study cellular behaviors in real time. Here, we describe a protocol for time-lapse video-microscopy of primary cerebral cortex cells that allows a detailed examination of the phases enacted during the lineage progression from primary neural stem cells to differentiated neurons and glia.

Bildgebung des primären Hirnrinde Zellen unter Verwendung einer 2D Kultursystem zu leben

During cerebral cortex development, progenitor cells undergo several rounds of symmetric and asymmetric cell divisions to generate new progenitors or ...

Isolation of Primary Murine Skeletal Muscle Microvascular Endothelial Cells

The endothelial cells of skeletal muscle capillaries (muscle microvascular endothelial cells, MMEC) build up the barrier between blood stream and skeletal muscles regulating the exchange of fluids and nutrients as well as the immune response against infectious agents by controlling immune cell migration. For these functions, MMEC form a functional &#34;myovascular unit&#34; (MVU), with further cell types, such as fibroblasts, pericytes and skeletal muscle cells. Consequently, a dysfunction of MMEC and therefore the MVU contributes to a vast variety of myopathies. However, regulatory mechanisms of MMEC in health and disease remain insufficiently understood and their elucidation precedes more specific treatments for myopathies. The isolation and in-depth investigation of primary MMEC functions in the context of the MVU might facilitate a better understanding of these processes.
This article provides a protocol to isolate primary murine MMEC of the skeletal muscle by mechanical and enzymatic dissociation including purification and culture maintenance steps.

Microvascular endothelial cells of skeletal muscles (MMEC) shape the inner wall of muscle capillaries and regulate both, exchange of fluids/molecules and migration of (immune) cells between muscle tissue and blood. Isolation of primary murine MMEC, as described here, enables comprehensive in vitro investigations of the &#34;myovascular unit&#34;.

Isolierung der primären murinen Skelettmuskulatur mikrovaskuläre Endothelzellen

The endothelial cells of skeletal muscle capillaries (muscle microvascular endothelial cells, MMEC) build up the barrier between blood stream and skeletal ...

Identifying Cell Surface Markers of Primary Neural Stem and Progenitor Cells by Metabolic Labeling of Sialoglycan

Neural stem and progenitor cells (NSPCs) are the cellular basis for the complex structures and functions of the brain. They are located in specialized niches in vivo and can be isolated and expanded in vitro, serving as an important resource for cell transplantation to repair brain damage. However, NSPCs are heterogeneous and not clearly defined at the molecular level or purified due to a lack of specific cell surface markers. The protocol presented, which has been previously reported, combines a neural-endothelial co-culture system with a metabolic glycan labeling method to identify the surface sialoglycoproteome of primary NSPCs. The NSPC-endothelial co-culture system allows self-renewal and expansion of primary NSPCs in vitro, generating a sufficient number of NSPCs. Sialoglycans in cultured NSPCs are labeled using an unnatural sialic acid metabolic reporter with bioorthogonal functional groups. By comparing the sialoglycoproteome from self-renewing NSPCs expanded in an endothelial co-culture with differentiating neural culture, we identify a list of membrane proteins that are enriched in NSPCs. In detail, the protocol involves: 1) set-up of an NSPC-endothelial co-culture and NSPC differentiating culture; 2) labeling with azidosugar per-O-acetylated N-azidoacetylmannosamine (Ac4ManNAz); and 3) biotin conjugation to modified sialoglycan for imaging after fixation of neural culture or protein extraction from neural culture for mass spectrometry analysis. Then, the NSPC-enriched surface marker candidates are selected by comparative analysis of mass spectrometry data from both the expanded NSPC and differentiated neural cultures. This protocol is highly sensitive for identifying membrane proteins of low abundance in the starting materials, and it can be applied to marker discovery in other systems with appropriate modifications

Presented here is a protocol that combines an in vitro neural-endothelial co-culture system and metabolic incorporation of sialoglycan with bioorthogonal functional groups to expand primary neural stem and progenitor cells and label their surface sialoglycoproteins for imaging or mass-spectrometry analysis of cell surface markers.

Identifizieren von Zelloberflächenmarkern von primären neuralen Stamm- und Vorläuferzellen durch metabolische Kennzeichnung von Sialoglycan

Neural stem and progenitor cells (NSPCs) are the cellular basis for the complex structures and functions of the brain. They are located in specialized ...

Migration, Chemo-Attraction, and Co-Culture Assays for Human Stem Cell-Derived Endothelial Cells and GABAergic Neurons

Role of brain vasculature in nervous system development and etiology of brain disorders is increasingly gaining attention. Our recent studies have identified a special population of vascular cells, the periventricular endothelial cells, that play a critical role in the migration and distribution of forebrain GABAergic interneurons during embryonic development. This, coupled with their cell-autonomous functions, alludes to novel roles of periventricular endothelial cells in the pathology of neuropsychiatric disorders like schizophrenia, epilepsy, and autism. Here, we have described three different in vitro assays that collectively evaluate the functions of periventricular endothelial cells and their interaction with GABAergic interneurons. Use of these assays, particularly in a human context, will allow us to identify the link between periventricular endothelial cells and brain disorders. These assays are simple, low cost, and reproducible, and can be easily adapted to any adherent cell type.

We present three simple in vitro assays-the long-distance migration assay, the co-culture migration assay, and chemo-attraction assay-that collectively evaluate the functions of human stem cell derived periventricular endothelial cells and their interaction with GABAergic interneurons.

Migration, Chemo-Attraktion und Co-Culture-Assays für menschliche Stammzell-abgeleitete Endothelzellen und GABAerge Neuronen

Role of brain vasculature in nervous system development and etiology of brain disorders is increasingly gaining attention. Our recent studies have ...

Dissection and Isolation of Murine Glia from Multiple Central Nervous System Regions

The methods presented here demonstrate laboratory procedures for the dissection of four different regions of the central nervous system (CNS) from murine neonates for the isolation of glial subpopulations. The purpose of the procedure is to dissociate microglia, oligodendrocyte progenitor cells (OPCs), and astrocytes from cortical, cerebellar, brainstem, and spinal cord tissue to facilitate further in vitro analysis. The CNS region isolation procedures allow for the determination of regional heterogeneity among glia in multiple cell culture systems. Rapid CNS region isolation is performed, followed by the mechanical removal of meninges to prevent meningeal cell contamination of glia. This protocol combines gentle tissue dissociation and plating on a specified matrix designed to preserve cell integrity and adherence. Isolating mixed glia from multiple CNS regions provides a comprehensive analysis of potentially heterogenous glia while maximizing the use of individual experimental animals. Additionally, following dissociation of regional tissue, mixed glia are further divided into multiple cell types including microglia, OPCs, and astrocytes for use in either single cell type, cell culture plate inserts, or co-culture systems. Overall, the demonstrated techniques provide a comprehensive protocol of broad applicability for careful dissection of four individual CNS regions from murine neonates and includes methods for the isolation of three individual glia cell types to examine regional heterogeneity in any number of in vitro cell culture systems or assays.

Here we present a protocol for in vitro isolation of multiple glial cell populations from a mouse CNS. This method allows for the segregation of regional microglia, oligodendrocyte precursor cells, and astrocytes to study the phenotypes of each in a variety of culture systems.

Dissektion und Isolierung von murinen Glia aus mehreren Regionen des zentralen Nervensystems

The methods presented here demonstrate laboratory procedures for the dissection of four different regions of the central nervous system (CNS) from murine ...

Derivation, Expansion, Cryopreservation and Characterization of Brain Microvascular Endothelial Cells from Human Induced Pluripotent Stem Cells

Brain microvascular endothelial cells (BMECs) can be differentiated from human induced pluripotent stem cells (iPSCs) to develop ex vivo cellular models for studying blood-brain barrier (BBB) function. This modified protocol provides detailed steps to derive, expand, and cryopreserve BMECs from human iPSCs using a different donor and reagents than those reported in previous protocols. iPSCs are treated with essential 6 medium for 4 days, followed by 2 days of human endothelial serum-free culture medium supplemented with basic fibroblast growth factor, retinoic acid, and B27 supplement. At day 6, cells are sub-cultured onto a collagen/fibronectin matrix for 2 days. Immunocytochemistry is performed at day 8 for BMEC marker analysis using CLDN5, OCLN, TJP1, PECAM1, and SLC2A1. Western blotting is performed to confirm BMEC marker expression, and absence of SOX17, an endodermal marker. Angiogenic potential is demonstrated with a sprouting assay. Trans-endothelial electrical resistance (TEER) is measured using chopstick electrodes and voltohmmeter starting at day 7. Efflux transporter activity for ATP binding cassette subfamily B member 1 and ATP binding cassette subfamily C member 1 is measured using a multi-plate reader at day 8. Successful derivation of BMECs is confirmed by the presence of relevant cell markers, low levels of SOX17, angiogenic potential, transporter activity, and TEER values ~2000 &#937; x cm2. BMECs are expanded until day 10 before passaging onto freshly coated collagen/fibronectin plates or cryopreserved. This protocol demonstrates that iPSC-derived BMECs can be expanded and passaged at least once. However, lower TEER values and poorer localization of BMEC markers was observed after cryopreservation. BMECs can be utilized in co-culture experiments with other cell types (neurons, glia, pericytes), in three-dimensional brain models (organ-chip and hydrogel), for vascularization of brain organoids, and for studying BBB dysfunction in neuropsychiatric disorders.

This protocol details an adapted method to derive, expand, and cryopreserve brain microvascular endothelial cells obtained by differentiating human induced pluripotent stem cells, and to study blood brain barrier properties in an ex vivo model.

Ableitung, Expansion, Kryokonservierung und Charakterisierung von mikrovaskulären Endothelzellen des Gehirns aus humaninduzierten Pluripotenten Stammzellen

Brain microvascular endothelial cells (BMECs) can be differentiated from human induced pluripotent stem cells (iPSCs) to develop ex vivo cellular models ...

Magnetic Isolation of Microglial Cells from Neonate Mouse for Primary Cell Cultures

Microglia, as brain resident macrophages, are fundamental to several functions, including response to environmental stress and brain homeostasis. Microglia can adopt a large spectrum of activation phenotypes. Moreover, microglia that endorse pro-inflammatory phenotype is associated with both neurodevelopmental and neurodegenerative disorders. In vitro studies are widely used in research to evaluate potential therapeutic strategies in specific cell types. In this context studying microglial activation and neuroinflammation in vitro using primary microglial cultures is more relevant than microglial cell lines or stem-cell-derived microglia. However, the use of some primary cultures might suffer from a lack of reproducibility. This protocol proposes a reproducible and relevant method of magnetically isolating microglia from neonate pups. Microglial activation using several stimuli after 4 h and 24 h by mRNA expression quantification and a Cy3-bead phagocytic assay is demonstrated here. The current work is expected to provide an easily reproducible technique for isolating physiologically relevant microglia from juvenile developmental stages.

Primary microglia cultures are commonly used to evaluate new anti-inflammatory molecules. The present protocol describes a reproducible and relevant method to magnetically isolate microglia from neonate pups.