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Method Article
El protocolo presentado describe un método para un ensayo de crecimiento de neurito y la evaluación de la neurotoxicidad de compuestos de moléculas pequeñas.
El ensayo de crecimiento de la neurita y la evaluación de la neurotoxicidad son dos estudios principales que se pueden realizar utilizando el método presentado en el presente documento. Este protocolo proporciona un análisis fiable de la morfología neuronal junto con mediciones cuantitativas de modificaciones en la longitud de la neurita y la localización de proteínas sinápticas y abundancia en el tratamiento con compuestos de moléculas pequeñas. Además de la aplicación del método presentado en estudios de crecimiento de neuritas, se puede realizar una evaluación de la neurotoxicidad para evaluar, distinguir y clasificar los compuestos químicos comerciales en función de su posible efecto de neurotoxicidad del desarrollo.
A pesar de que las líneas celulares se utilizan hoy en día en ensayos de cribado compuestos en neurociencia, a menudo difieren genética y fenotípicamente de su origen tisular. Las células primarias, por otro lado, mantienen marcadores y funciones importantes observados in vivo. Por lo tanto, debido al potencial de traducción y la relevancia fisiológica que estas células podrían ofrecer un ensayo de crecimiento de neurita y la evaluación de la neurotoxicidad puede beneficiarse considerablemente del uso de células progenitoras neuronales humanas (hNPC) como el modelo de células humanas primarias.
El método presentado aquí se puede utilizar para detectar la capacidad de los compuestos para inducir el crecimiento de la neurita y la neurotoxicidad aprovechando las neuronas derivadas de células progenitoras neuronales humanas, un modelo celular que representa estrechamente la biología humana."
El crecimiento de la neurita es un proceso fundamental para la formación de la red neuronal y la regeneración nerviosa1,2. Después de una lesión, el crecimiento de la neurita juega un papel clave en la regeneración del sistema nervioso. El crecimiento de la neurita es también un elemento importante de la señalización extracelular en la inducción de actividades regenerativas neuronales para mejorar los resultados de los trastornos neurodegenerativos y lesiones neuronales3,,4,5,6.
Al mantener su potencial de diferenciación en la producción de varios linajes neuronales, las células progenitoras neuronales humanas (hNPC) podrían proporcionar un sistema modelo para los estudios de la función del sistema nervioso central (SNC) y el desarrollo7,,8,,9. El alto potencial traslacional y la relevancia fisiológica de los hNPC como modelo de células humanas primarias ofrecen una ventaja considerable en las pruebas de descubrimiento de fármacos relacionadas con el crecimiento de neuritas. Sin embargo, el mantenimiento y escalado de los modelos de células primarias para ensayos de alto rendimiento podría ser lento y laborioso10,,11,12,13.
Además de la aplicación del método presentado en estudios de crecimiento de neuritas, la evaluación de la neurotoxicidad es otra aplicación utilizando las neuronas derivadas de hNPC. Hay miles de compuestos químicos comerciales que no se examinan o con potencial de neurotoxicidad mal entendido. Por lo tanto, experimentos de cribado más fiables y eficaces para evaluar, distinguir y clasificar compuestos en función de su potencial para provocar neurotoxicidad del desarrollo está en alta demanda14. El aumento de la prevalencia y la incidencia de trastornos neurológicos junto con la abundancia de compuestos no probados en el medio ambiente requiere el desarrollo de experimentos más fiables y eficientes para identificar compuestos ambientales peligrosos que puedan suponer neurotoxicidad15.
El método presentado aquí se puede utilizar para detectar la capacidad de los compuestos para inducir el crecimiento de la neurita y la neurotoxicidad aprovechando las neuronas derivadas de células progenitoras neuronales humanas, un modelo celular que representa estrechamente la biología humana.
Declaración de ética: Los especímenes fetales fueron recibidos del Laboratorio de Investigación de Defectos de Nacimiento de la Universidad de Washington en Seattle a través de un programa de distribución de tejidos apoyado por el Instituto Nacional de Salud (NIH). El Laboratorio de Investigación de Defectos De Nacimiento obtuvo el consentimiento fundamentado por escrito apropiado de los padres y la adquisición de tejidos fue monitoreada por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Washington. Todo el trabajo se realizó con la aprobación de la Oficina de Investigación de Sujetos Humanos de la Universidad de Miami8.
1. Aislamiento y cultivo de células progenitoras neuronales humanas (hNPC)
Cantidad | Componente |
100 l | EGF (20 ng/mL) |
100 l | FGF (10 ng/mL) |
2 mL | B-27, Menos vitamina A (50X) |
1 mL | L-alanil-L-glutamina (100X) (ver tabla de materiales) |
4 l | Heparina (2 g/ml) |
96,8 mL | Medio de cultivo celular neuronal (ver tabla de materiales) |
Tabla 1. Componentes necesarios para la fabricación de 100 ml de medios de cultivo
2. Pasar los hNPC
3. Congelación de los hNPC
4. Diferenciación y tratamiento de los hNPC
NOTA: Para inducir la diferenciación, las neuroesferas se desagregan en células individuales, se cuentan y luego se siembran en placas recubiertas durante 5 días. Luego, las células diferenciadas se tratan durante 24 h con compuestos de ensayo antes de la inmunosuferencia y la cuantificación de la fluorescencia.
Cantidad | Componente |
49 mL | DMEM/F-12 |
0,5 mL | N2 suplemento (100X) |
0,5 mL | MeM aminoácidos no esenciales (100X) |
2 l | Heparina (2 g/ml) (Stock Conc. es de 50 mg/ml) |
Tabla 2. Componentes necesarios para fabricar 50 mL de NIM
Cantidad | Componente |
1 mL | B-27 (50X) |
500 l | Antibiótico-antimiótico (100X) |
5 l | Acido retinoico (0,1 m) |
50 l | GDNF (10 g/ml) |
50 l | BDNF (10 g/ml) |
5 l | Acido ascórbico (0,2 g/ml) (Stock Conc. es 2 mg/ml) NOTA: Se recomienda que se haga fresco. |
48,5 mL | Nim |
Cuadro 3. Componentes necesarios para fabricar 50 ml de medios de diferenciación
5. Inmunocitoquímica (ICC)
NOTA: Las celdas se fijan con un 4% de formaldehído. A continuación, se realiza la permeabilización y el bloqueo para mejorar la penetración y prevenir la unión inespecífica de anticuerpos. Luego, las células se incuban con anticuerpos primarios durante la noche. Posteriormente, las células se incuban con anticuerpos secundarios con etiqueta fluorescente. Finalmente, después de usar DAPI para manchar el núcleo, se montan los portaobjetos de la cámara.
Cantidad | Componente |
1,75 g | NaCl (150 mM) |
1,2 g | TrisBase (50 mM) |
2 g | BSA 1% |
3,6 g | L-lisina (100 mM) |
8 g | Azida de sodio (4%) |
200 mL | Agua destilada. NOTA: Disolver inicialmente los componentes requeridos en 150 ml de agua y, a continuación, ajustar a 200 ml. |
Cuadro 4. Componentes necesarios para fabricar 200 ml de tampón de anticuerpos
Cantidad | Componente |
600 l | 20% Suero de cabra |
6 L | 0.2% Tritón-X100 |
2394 L | Búfer de anticuerpos. NOTA: Disolver inicialmente los componentes necesarios en 2 ml del búfer Ab y, a continuación, ajustar a pH 7.4. A continuación, agregue más búfer Ab para ajustar al volumen final de 3 ml y filtrar esterilizar. |
Cuadro 5. Componentes necesarios para hacer 3 ml de permeabilización celular y solución de bloqueo
6. Adquisición de imágenes, crecimiento de neurita y cuantificación de la intensidad de la fluorescencia
NOTA: Después de la tinción, utilice un microscopio confocal con un objetivo de 20x y un tamaño de imagen de 1024 x 1024 píxeles para adquirir las imágenes de las celdas tratadas. Tome la imagen al menos de dos campos por réplica biológica por condición. A continuación, utilice el software de análisis de imágenes de Fiji (ImageJ 1.51u) para cuantificar la longitud del neurito. Brevemente, medir la longitud de la neurita más larga para cada neurona y después de promediar los valores por tratamiento, utilizar la prueba t del estudiante para grupos independientes para comparar los medios entre los grupos experimentales y el grupo de control.
NOTA: Varios programas de procesamiento de imágenes comerciales (Imaris, Volocity, Amira) y de código abierto (ImajeJ, CellProfiler, Vaa3D, BioImageXD, Icy, KNIME) están disponibles. Entre estos programas, ImageJ se ha convertido en la herramienta de elección para el análisis de imágenes biológicas20,,21. El portal ImageJ en https://imagej.net/Introduction es una fuente útil de información que proporciona una descripción completa de las funciones básicas e integradas de ImageJ, incluyendo procesamiento de imágenes, colocación, desconvolución, registro, segmentación, seguimiento y visualización.
7. Evaluación de neurotoxicidad
NOTA: La citotoxicidad de los compuestos de ensayo se evalúa en placas de 384 pozos (ver Tabla de materiales)utilizando un ensayo de viabilidad de celdas luminiscentes (ver Tabla de materiales). Los hNPC se preparan siguiendo el mismo método, excepto ligeras modificaciones, descritas en la sección "Diferenciación y tratamiento de los hNPC". Posteriormente, se mide una señal luminiscente generada por un ensayo de viabilidad de células luminiscentes utilizando un lector de microplacas. La señal luminiscente es proporcional a la concentración celular de ATP que a su vez es directamente proporcional al número de células viables presentes en cada pozo.
El protocolo presentado en el manuscrito se ha utilizado con éxito en dos artículos publicados recientemente22,,23. La Figura 3 demuestra el uso de neuronas derivadas de hNPCs en el examen del efecto de los inhibidores de la HDAC como compuestos epigenéticos en la extensión de las neuritas como marcador para el crecimiento de la neurita y la posterior capacidad neurogénica de compuestos de moléculas pequeñas.
Este protocolo es uno de los pocos artículos publicados que describen la prueba de la longitud de la neurita tras el tratamiento con compuestos de prueba. Además, describimos cómo utilizar hNPCs para un ensayo de crecimiento de neurita y una evaluación de neurotoxicidad. Mediante la utilización de este ensayo de crecimiento de neurita y la evaluación de la neurotoxicidad en las neuronas derivadas de hNPCs, se demuestra el potencial neurogénico de una categoría de compuestos epigenéticos de moléculas pequeñas, ...
Todos los autores no indican posibles conflictos de intereses.
Esta investigación fue financiada por la beca de investigación NIMAD (940714) otorgada a MAF.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-well Glass Chamber Slides | Sigma | PEZGS0816 | |
Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11001 | |
Alexa Fluor 594 | Invitrogen | R37117 | |
Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240062 | |
Anti-β-Tubulin III | Thermo | MA1-118X | |
B27 | Thermo | 17504001 | |
B27 - minus vitamin A | Thermo | 12587010 | |
BDNF | PeproTech | 450-02 | |
BSA | Sigma | A8531 | |
CellTiter-Glo | Promega | G7572 | |
CoolCell | Corning | 432000 | Cell freezing containers ensuring standardized controlled-rate -1°C/minute cell freezing in a -80°C freezer |
CryoStor CS10 | StemCell Technologies | 7930 | Cryopreservation medium containing 10% DMSO |
DAPI | Thermo | D1306 | |
DMEM/F12 | Gibco | 11320033 | |
DMSO | Sigma | 34869-100ML | |
EGF | Gibco | PHG0311 | |
FGF | Gibco | PHG6015 | |
Formaldehyde | Thermo | FB002 | |
GDNF | PeproTech | 450-10 | |
Glutamax | Gibco | 35050061 | L-alanyl-L-glutamine supplement |
Goat Serum | Thermo | 50062Z | |
Heparin | Calbiochem | 375095 | |
Laminin | Sigma | L2020-1MG | |
L-Ascorbic Acid | Sigma | A92902-25G | |
L-lysine | Sigma | L5501 | |
MEM non-essential amino acids | Gibco | 11140050 | |
mFreSR | StemCell Technologies | 5854 | Serum-free cryopreservation medium designed for the cryopreservation of human embryonic and induced pluripotent stem cells |
N2 | Gibco | 17502048 | |
NaCl | Sigma | 71376 | |
Neurobasal Medium | Gibco | 21103049 | |
Nunc 384-Well Polystyrene White Microplates | Thermo | 164610 | |
PBS | Thermo | 10010-049 | |
Poly-L-lysine | Sigma | P5899-5MG | |
ProLong Gold Antifade Mountant | Thermo | P10144 | |
Retinoic Acid | Sigma | R2625 | |
Sodium Azide | Sigma | S2002 | |
StemPro Accutase | Gibco | A1110501 | Cell dissociation reagent containing proteolytic and collagenolytic enzymes |
Synaptophysin | Thermo | MA5-14532 | |
Tris Base | Sigma | 10708976001 | |
Triton X-100 | Sigma | X100-100ML |
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