A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן אנו מדווחים על פרוטוקול לפתח מערכת תלת ממדית (3-D) מתאי גזע של האדם המושרה-פלוריפוטנט (hiPSCs) הנקראת גוף העובר החופשי בסרום (SFEB). מודל זה 3-D ניתן להשתמש כמו תרבות פרוסה organotypic כדי מודל התפתחות קליפת המוח האנושי ועל חקירה פיזיולוגית של פיתוח מעגלים עצביים.
למרות שמספר מודלים של מחלות חוץ-גופית פותחו באמצעות hiPSCs, מגבלה אחת היא שמערכות דו-מימדיות אלו (2-D) אינן מייצגות את המורכבות הקיטורית והפונקציונלית הבסיסית של החולים הנגועים הנושאים גרסאות חשודות של המחלה. מודלים 2-D קונבנציונאלי להישאר ייצוגים שלמים במבנים דמויי vivo ואינם ללכוד כראוי את המורכבות של המוח. לכן, יש צורך המתעוררים יותר 3-D מודלים מבוססי hiPSC שיכולים לשחזר טוב יותר את אינטראקציות הסלולר פונקציות לראות במערכת vivo .
כאן אנו מדווחים פרוטוקול לפתח מערכת 3-D מ hiPSCs בלתי מובחנים על בסיס הגוף העובר ללא תמותה (SFEB). מודל תלת-ממדי זה משקף היבטים של ניאוקורטקס מתפתח ומאפשר מחקרים לתפקודים אינטגראליים לתאים עצביים חיים ורקמות שלמות כגון הגירה, קישוריות, תקשורת ומחצלתרוויה. באופן ספציפי, אנו מדגימים כי SFEBs באמצעות פרוטוקול שלנו ניתן לחקור באמצעות מבחני התא רלוונטיות פיזיולוגית גבוהה תוכן מבוסס כגון הדמיה סידן, ומערכות אלקטרודה רב (MEA) הקלטות ללא cryosectioning. במקרה של הקלטות MEA, אנו מראים כי SFEBs להגביר את פעילות ספייק פעילות ברמת הרשת מתפרץ במהלך תרבות לטווח ארוך. פרוטוקול SFEB זה מספק מערכת חזקה וניתנת להרחבה ללימוד פיתוח רשת במודל תלת-ממדי, אשר לוכד היבטים של התפתחות קליפת המוח.
יש לנו בעבר דיווחו על מודל 3-D מודל, שנוצר מחולה נגזר האדם המושרה בתאי גזע pluripotent המושרה (hiPSCs) כי recapitulates כמה היבטים של פיתוח רשת קליפתית מוקדם 1 . זה מודל 3-D, גוף ללא עוברים בסרום (SFEB), משפר על מודלים פשוטים לשעבר hiPSC צבירה 2 , 3 . גוף גדל והולך של עבודה הוא חושף כי 3-D מבנים כמו SFEBs שלנו, ההיבטים המקורבים של התפתחות עצביים נפוץ נצפה in vivo ובנקודת זמן מוקדמת יותר מאשר שנצפה 2 מימדי (2-D) / monolayer hiPSC מודלים 4 , 5 . מחקרים ראשוניים כבר התמקדו המורכבות של ארגון העצמית של גופי 3-D ללא הוכחת המורכבות 2 הפיזיולוגיות שלהם.
הפרוטוקול המתואר כאן נעשה שימוש על hiPSCs מובחנים הנגזרים fibroblasts ו תאי דם מונונוגרעיניים היקפיים (PBMCs). תאים אלה נשמרים על מזוהמים עכבר מזוהמים γ (MEFs). מושבות אלה hiPSC מנוקים באופן ידני של תאים מובחנים ספונטנית, שנקטפו אנזימטית, resuspended בינוני המכיל Rho-Kinase מעכב Y-27632 (ROCKi). Uniferentiated hiPSCs נתונים דיסוציאציה ו צנטריפוגה לפני מועברים 96 נמוך נמוך הידבקות V- צלחות התחתונה. לאחר ציפוי, אינדוקציה עצבית היא יזמה באמצעות עיכוב SMAD כפול (SB431542 ו LDN193189 יחד עם dickkopf 1 (DKK-1)) לנהוג הקדמי חזיתית הקדמית forberrain neuronal- גורל השושלת 6 . לאחר 14 ימים, SFEBs מועברים מוסיף תרבות התא בצלחת 6-היטב. לאחר שהועברו, SFEBs עגול מתחילים להתפשט ודק, תוך שמירה על חיבורי הרשת המקומית כפי שנצפה לעתים קרובות בהכנות בהיפוקמפוס organotypic פרוסה תרבות באמצעות הוספת תאים דומים תרבות 1 ,Ss = "xref"> 7.
השימוש SFEB מבוסס 3-D פלטפורמת בפורמט זה מקובל הייצור היעיל של רשתות קליפת המוח, כי ניתן לחקור באמצעות מבחני פיזיולוגיים מבוססי תא כגון הדמיה סידן או מבחני אלקטרופיזי כגון הקלטות תא בודד או רב אלקטרודה מערך (MEA ) 1 . למרות 3-D מערכות לשאת את סמנים של התפתחות קליפת המוח מוקדם, מחקרים אחרים הראו כי אלה 3-D גופים עשויים לדרוש פעמים הדגירה ארוכה כדי לאפשר את קצב איטי מטבעו של התפתחות רקמת האדם 8 . זה פרוטוקול SFEB בהצלחה מייצר 3-D SFEBs מ hiPSCs לא מובחן כי לוכדת היבטים של התפתחות מוקדמת של קליפת המוח.
הפוטנציאל של SFEBs כדי מודל סטיות רשת בהפרעות נוירולוגיות הוא כוח של מערכת זו. את hiPSCs נגזר רקמת החולה ניתן לגדל לתוך התאים של מערכת העצבים כי הם כפופים התחתAys הקשורים לביולוגיה התא, כמו גם ביטוי גנטי במקביל. משתמשים ב- iPSCs כדי לבדוק את הפרופיל הגנטי של קבוצות גדולות של אנשים עם הפרעות נוירולוגיות שונות עם אטיולוגיות מורכבות כגון הפרעת ספקטרום האוטיזם (ASD), סכיזופרניה 9 , תסמונת רט, 10 ואלצהיימר 11 , 12 . עד לאחרונה, מודלים iPSC היו בדרך כלל ההכנות monolayer, כי בעוד בקיאים בהערכת אינטראקציות מולקולריות, לא היו מספיק לפענח את האינטראקציות הסלולר המורכב לראות in vivo . מודלים של בעלי חיים היו תחליף ברירת המחדל עבור מחדש את פלטפורמת האיבר כולו. מודלים אלה של בעלי חיים סובלים מתרגום גרוע של הממצאים ויש להם יכולת מוגבלת לשכפל פרופילים גנטיים אנושיים שזוהו על ידי מחקרים גדולים של בדיקות גנטיות. לפיכך, הפיתוח של מערכות תלת ממדיות מ- iPSCs מוסיף שכבה של מורכבות אנושיתדוגמנות 13 , 14 . השלב הבא עבור פלטפורמות hiPSC 3D היא להתאים את דרישות בקנה מידה גדול של הקרנה תפוקה גבוהה באמצעות מבחני תאים מבוסס 15 .
1. הדור של תאים עצביים עצביים
2. סרום ללא עוברים גוף Embuction (SFEB) אינדוקציה ( איור 2 )
3. קביעת הרכב SFEB
4. הקלטה הפעילות העצבית SFEBs באמצעות MEAs
SFEBs גדל באמצעות הטכניקה שלנו הניב רקמה עם מאפיינים מורפולוגיים הדומים לאזור תת קליפת המוח המוקדם קליפת המוח גדוש נוירונים חיוביים Tuj1 חיובי, כמו גם אבות עצביים ( איור 3 א ). רבים פיתחו שושנות קליפת המוח נצפו השכבות החיצוניות השכבות הפנ?...
הפרוטוקול המתואר כאן מספק את התנאים להבדיל מקור hiPSC לתוך מבנה 3-D כי recapitulates בשלב התפתחותי מוקדם של קליפת המוח הקדמית. הליך זה מניב מבנים שניתן לחקור עבור electrophysiology בעת גם להיות מקובל למיקרוסקופ. מורפולוגיה הסופי של SFEB דומה לזו של תרבויות פרוסות המוח organotypic ומאפשר הדמיה...
למחברים אין אינטרסים פיננסיים מתחרים.
אנו מודים אליזבת Benevides להגהה את המאמר. אנו מודים לד"ר. ג 'ון Hussman ו ג' ין בלאט על דיונים מועילים שלהם הערות.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
SFEB Neuronal Differentiation Cell culture Media. Reagents. Components | |||
STEMdiff Neural Induction Medium (hiPSC Media) | STEMCELL Technologies | 0-5835 | 250 mL |
PluriQ ES-DMEM Medium (MEF Media) | GlobalStem | GSM-2001 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
DM1 Media Components | |||
D-MEM/F-12 (1x), Glutamax liquid, 1:1 | Invitrogen | 10565018 | 385 mL |
Knockout Serum Replacement | Invitrogen | 10828028 | 20% 100 mL |
Pen/Strep | Invitrogen | 15140122 | 5 mL |
Glutamax 200 mM | Invitrogen | 35050061 | 5 mL |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution 10 mM (100x), liquid | Invitrogen | 11140050 | 5 mL |
2-Mercaptoethanol (1,000x), liquid | Invitrogen | 21985023 | 900 μL |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
DM2 Media Components | |||
D-MEM/F-12 (1x), Glutamax liquid, 1:1 | Invitrogen | 10565018 | 500 mL |
Glutamax 200 mM | Invitrogen | 35050061 | 5 mL |
Pen/Strep | Invitrogen | 15140122 | 5 mL |
N-2 Supplement (100x), liquid | Invitrogen | 17502048 | 10 mL |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
DM3 Media Components | |||
NEUROBASAL Medium (1x), liquid | Invitrogen | 21103049 | 500 mL |
B-27 Supplement Minus Vitamin A (50x), liquid | Invitrogen | 12587010 | 10 mL |
Glutamax 200 mM | Invitrogen | 35050061 | 5 mL |
Pen/Strep | Invitrogen | 15140122 | 5 mL |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Small Molecules | |||
Thiazovivin | Stemgent | 04-0017 | 2 μM |
SB431542 | Stemgent | 04-0010-10 | 1:1,000 (10 μM) |
Dorsomorphin | Stemgent | 04-0024 | 1 μM |
LDN-193189 | Stemgent | 04-0074-10 | 250 nM |
Y27632 (ROCKi) | Stemgent | 04-0012-10 | 10 μM |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Recombinant Protiens | |||
DKK-1 | Peprotech | 120-30 | 200 ng/mL |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Components/Materials | |||
Cell Culture inserts 0.4 μM, 30mm Diameter | Millicell | PICM0RG50 | |
Mouse Embryonic Fibroblasts | GlobalStem | GSC-6301G | |
96 well V bottom w/Lids | Evergreen | 222-8031-01V | |
StemPro Accutase Cell Dissociation Reagent | ThermoFisher | A1110501 | |
TritonX-100 | ThermoFisher | 85111 | |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | ThermoFisher | 10010023 | 500 mL |
Normal Donkey Serum | Jackson Labs | 017-000-121 | |
Leibovitz's L-15 Medium | ThermoFisher | 11415114 | 500 mL |
DRAQ5 (Nuclear Marker) | ThermoFisher | 65-0880-96 | |
MEA Plates | Axion Biosystems | M768-GL1-30Pt200 | |
6 well flat bottom | Falcon | 353046 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibody | |||
Nestin | Millipore | MAB5326 | |
Brn-2 | Protein tech | 14596-1-AP | |
VGLUT1 | Synaptic Systems | 135 303 | |
Pax6 | abcam | ab5790 | |
Calretinin | abcam | ab702 | |
Calbindin | abcam | ab11426 | |
CoupTFII | R&D Systems | PPH714700 | |
Nkx 2.1 | abcam | ab12650 | |
Tuj1 | abcam | ab41489 | |
Reelin | Millipore | MAB5364 | |
Tbr1 | Millipore | MAB2261 | |
NFH | Dako | M0762 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved