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En el sistema de cocultivo de los ganglios de la raíz dorsal y las células de Schwann, se puede estudiar la mielinización del sistema nervioso periférico. Este modelo proporciona oportunidades experimentales para observar y cuantificar la mielinización periférica y estudiar los efectos de compuestos de interés en la vaina de mielina.
El proceso de mielinización es esencial para permitir una transducción de señal rápida y suficiente en el sistema nervioso. En el sistema nervioso periférico, las neuronas y las células de Schwann participan en una interacción compleja para controlar la mielinización de los axones. Las alteraciones de esta interacción y la ruptura de la vaina de mielina son características de las neuropatías inflamatorias y ocurren secundariamente en trastornos neurodegenerativos. Aquí, presentamos un modelo de cocultivo de explantes de ganglio de raíz dorsal y células de Schwann, que desarrolla una mielinización robusta de axones periféricos para investigar el proceso de mielinización en el sistema nervioso periférico, estudiar las interacciones axón-célula de Schwann y evaluar los efectos potenciales de los agentes terapéuticos en cada tipo de célula por separado. Metodológicamente, los ganglios de la raíz dorsal de ratas embrionarias (E13.5) fueron cosechados, disociados de su tejido circundante y cultivados como explantes enteros durante 3 días. Las células de Schwann se aislaron de ratas adultas de 3 semanas de edad, y los nervios ciáticos se digirieron enzimáticamente. Las células de Schwann resultantes se purificaron mediante clasificación celular activada magnéticamente y se cultivaron en condiciones enriquecidas con neuregulina y forskolina. Después de 3 días de cultivo de explante del ganglio de la raíz dorsal, se agregaron 30,000 células de Schwann a un explante del ganglio de la raíz dorsal en un medio que contenía ácido ascórbico. Los primeros signos de mielinización se detectaron en el día 10 de cocultivo, a través de señales dispersas para la proteína básica de mielina en la tinción inmunocitoquímica. A partir del día 14, se formaron vainas de mielina y se propagaron a lo largo de los axones. La mielinización se puede cuantificar mediante tinción de proteínas básicas de mielina como una relación entre el área de mielinización y el área del axón, para tener en cuenta las diferencias en la densidad axonal. Este modelo proporciona oportunidades experimentales para estudiar diversos aspectos de la mielinización periférica in vitro, lo cual es crucial para comprender la patología y las posibles oportunidades de tratamiento para la desmielinización y la neurodegeneración en enfermedades inflamatorias y neurodegenerativas del sistema nervioso periférico.
En el sistema nervioso periférico (SNP), la transducción rápida de información está mediada por axones envueltos en mielina. La mielinización de los axones es esencial para permitir la rápida propagación de los impulsos eléctricos, ya que la velocidad de conducción de las fibras nerviosas se correlaciona con el diámetro del axón y el grosor de la mielina1. La señalización sensorial desde la periferia hasta el sistema nervioso central (SNC) se basa en la activación de neuronas sensoriales de primer orden que residen en agrandamientos de la raíz dorsal, denominados ganglios de la raíz dorsal (GRD). Para la formación y el mantenimiento de la mielina, la comunicación continua entre los axones y las células de Schwann, que son las células gliales mielinizantes en el SNP, es obligatoria2.
Muchas enfermedades del SNP perturban la transducción de información por daño axonal primario o desmielinizante, lo que resulta en hipestesia o disestesia. Las neuronas sensoriales de primer orden tienen la capacidad de regenerarse en cierta medida después del daño neuronal, por una interacción compleja entre la neurona y las células de Schwann circundantes3. En este caso, las células de Schwann pueden someterse a una reprogramación celular para eliminar los desechos axonales y de mielina y promover la regeneración axonal, lo que resulta en la remielinización4. Comprender los mecanismos de mielinización en la salud y la enfermedad es importante, con el fin de encontrar posibles opciones de tratamiento para los trastornos desmielinizantes de la SNP. La mielina también puede ser dañada por neurotrauma agudo, y los enfoques para promover la mielinización para avanzar en la recuperación funcional después de la lesión del nervio periférico están bajo investigación5.
Nuestro conocimiento de la mielinización periférica se ha beneficiado en gran medida de los cocultivos mielinizantes de células de Schwann y neuronas sensoriales. Desde que se aplicaron los primeros abordajes 6,7,8, la mielinización ha sido intensamente estudiada con el uso de diferentes sistemas de cocultivo9,10,11. Aquí, proporcionamos un protocolo rápido y fácil para la mielinización in vitro robusta de los axones ganglionares de la raíz dorsal. El protocolo para la preparación de células de Schwann se basa en el protocolo de Andersen et al.12, publicado previamente en Pitarokoili et al.13. Utilizamos células de Schwann derivadas de ratas jóvenes y cultivos embrionarios de explante DRG para el cocultivo, en el que la mielinización ocurre alrededor del día 14. El objetivo del método es proporcionar un sistema para investigar la formación de mielina como resultado de la interacción directa axón-célula de Schwann, y estudiar los moduladores de la mielinización del SNP. En comparación con los cultivos celulares neuronales disociados, los explantes de DRG se conservan más anatómicamente y forman procesos axonales largos. La cuantificación del área del axón mielinizado proporciona una lectura suficiente para la mielinización en el cocultivo. El método es una herramienta valiosa para detectar compuestos terapéuticos por su efecto potencial sobre la mielinización del SNP, y también puede ser utilizado además de estudios in vivo en modelos animales14.
Todos los procedimientos se realizaron de conformidad con la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas para el cuidado y uso de animales de laboratorio.
1. Cultivo celular de Schwann
2. Cultivo de explante DRG
3. Cocultura
La mielinización en el cocultivo se evaluó en los días 10, 12, 14, 16, 18 y 20. Los explantes de DRG y las células de Schwann se tiñeron para MBP, βIII-tubulina y DAPI. La red axonal en el cocultivo fue densa y no cambió visiblemente en el curso temporal de la observación. Los primeros signos de mielina, en forma de pequeños fragmentos, fueron detectables el día 10 y aumentaron el día 12 (Figura 2). Las áreas positivas para MBP aumentaron con el tiempo hasta el día 20 de cultura...
Aquí, presentamos un protocolo rápido y fácil para la generación de mielinización in vitro mediante la fusión de dos cultivos de tipo celular separados, células de Schwann y explantes ganglionares de la raíz dorsal.
Un paso crítico del protocolo es el cultivo de explantes DRG, especialmente en los primeros días de cultivo. Los DRG son muy frágiles antes de que se construya una red axonal fuerte y deben manejarse con mucho cuidado, por ejemplo, cuando se sacan de la incubado...
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
Agradecemos al Prof. Dr. Ralf Gold y a la PD Dra. Gisa Ellrichmann por sus consejos y apoyo.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anti-MBP, rabbit | Novus Biologicals, Centannial, USA | ABIN446360 | |
Anti-ßIII-tubulin, mouse | Biolegend, San Diego, USA | 657402 | |
Ascorbic acid | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | A4403-100MG | |
B27-supplement | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 17504-044 | |
Biosphere Filter Tip, 100 µL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 70760212 | |
Biosphere Filter Tip, 1250 µL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 701186210 | |
Biosphere Filter Tip, 20 µL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 701114210 | |
Biosphere Filter Tip, 300 µL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 70765210 | |
Bovine serum albumin | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | 8076.4 | |
Cell strainer, 100 µM | BD Bioscience, Heidelberg, Germany | 352360 | |
Centrifuge 5810-R | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 5811000015 | |
CO2 Incubator Heracell | Heraeus Instruments, Hanau, Germany | 51017865 | |
Coverslips 12 mm | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | P231.1 | |
Curved fine forceps | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 11370-42 | |
DAPI fluoromount-G(R) | Biozol, Eching, Germany | SBA-0100-20 | |
Dispase II | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | 4942078001 | |
Distilled water (Water Purification System) | Millipore, Molsheim, France | ZLXS5010Y | |
DMEM/F-12, GlutaMAX | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 31331093 | |
DPBS (no Ca2+ and no Mg2+) | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | D8537-6X500ML | |
Ethanol | VWR, Radnor, USA | 1009862500 | |
FCS | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | F7524 | FCS must be tested for Schwann cell culture |
Fine forceps (Dumont #5) | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 11252-20 | |
Forceps | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 11370-40 | |
Forskolin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | F6886-10MG | |
Gelatin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | G1393-20ML | |
Gentamycin | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 5710064 | |
Goat anti-mouse IgG Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | A11036 | |
Goat anti-rabbit IgG Alexa Fluor 568 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | A11001 | |
HBSS (no Ca2+ and no Mg2+) | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 14170138 | |
HERAcell Incubator | Heraeus Instruments, Hanau, Germany | 51017865 | |
Heraguard ECO 1.2 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 51029882 | |
Horse serum | Pan-Biotech, Aidenbach, Germany | P30-0712 | |
Image J Software | HIH, Bethesda, USA | ||
Laminin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | L2020-1MG | |
Leibovitz´s L-15 Medium | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 11415064 | |
L-Glutamine 200 mM | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 25030024 | |
MACS Multistand | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130042303 | |
Microscissors | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 15000-08 | |
Microscope | Motic, Wetzlar, Germany | Motic BA 400 | |
Microscope Axio observer 7 | Zeiss, Oberkochen, Germany | 491917-0001-000 | |
Microscope slide | VWR, Radnor, USA | 630-1985 | |
MiniMACS separator | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130091632 | |
MS columns | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130-042-201 | |
Neubauer counting chamber | Assistant, Erlangen, Germany | 40441 | |
Neuregulin | Peprotech, Rocky Hill, USA | 100-03 | |
Neurobasal medium | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 21103049 | |
NGF | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | N1408 | |
Normal goat serum | Biozol, Eching, Germany | S-1000 | |
Nunclon Δ multidishes, 4 well | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | D6789 | |
Paraformaldehyde | Acros Organics, New Jersey, USA | 10342243 | |
Penicillin/Streptomycin | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 15140-122 | |
Pipetboy | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 4430000018 | |
Pipettes | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 2231300004 | |
Poly-D-Lysin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | P6407-5MG | |
Poly-L-Lysin | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | P4707-50ML | |
Reaction tubes, 15 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 62554502 | |
Reaction tubes, 50 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 62547254 | |
Reaction vessels, 1.5 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 72690001 | |
Safety Cabinet S2020 1.8 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 51026640 | |
Scissors | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 14083-08 | |
Serological pipette, 10 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 861254025 | |
Serological pipette, 25 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 861685001 | |
Serological pipette, 5 mL | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 861253001 | |
Spatula | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 10094-13 | |
Stereomicroscope Discovery.V8 | Zeiss, Oberkochen, Germany | 495015-0012-000 | |
Surgical scissors | Fine Science Tools GmbH, Heidelberg, Germany | 14007-14 | |
TC dish 100, cell + | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 833902300 | |
TC dish 35, cell + | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 833900300 | |
TC dish 60, cell + | Sarstedt, Nümbrecht, Germany | 833901300 | |
Thy-1 Microbeads (MACS Kit) | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, Germany | 130-094-523 | |
Triton X-100 | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | X100-500ML | |
Trypan Blue Solution 0.4% | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 15250061 | |
Trypsin (2.5%), no phenol red | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 15090-046 | |
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 25300-054 | |
Type I Collagenase | Sigma Aldrich GmbH, Steinheim, Germany | C1639 | |
Water bath type 1008 | GFL, Burgwedel, Germany | 4285 |
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