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Method Article
Il protocollo presentato descrive un metodo per un saggio di escrescenza neurite e la valutazione della neurotossicità di piccoli composti molecolari.
Neurite analisi di escrescenza e la valutazione della neurotossicità sono due studi principali che possono essere eseguiti utilizzando il metodo presentato qui. Questo protocollo fornisce un'analisi affidabile della morfologia neuronale insieme alle misurazioni quantitative delle modifiche sulla lunghezza dei neuriti e sulla localizzazione delle proteine sinaptiche e sull'abbondanza al trattamento con piccoli composti molecolari. Oltre all'applicazione del metodo presentato negli studi sulla neurite outgrowth, la valutazione della neurotossicità può essere eseguita per valutare, distinguere e classificare i composti chimici commerciali in base al loro potenziale effetto di neurotossicità dello sviluppo.
Anche se le linee cellulari sono oggi ampiamente utilizzate nei saggi di screening composto nelle neuroscienze, spesso differiscono geneticamente e fenotipicamente dalla loro origine tissutale. Le cellule primarie, d'altra parte, mantengono importanti marcatori e funzioni osservate in vivo. Pertanto, a causa del potenziale di traduzione e rilevanza fisiologica che queste cellule potrebbero offrire analisi di crescita neurite e la valutazione della neurotossicità possono notevolmente beneficiare dell'utilizzo di cellule progenitrici neurali umane (hNPC) come modello cellulare umano primario.
Il metodo presentato qui può essere utilizzato per lo screening per la capacità dei composti di indurre la crescita di neurite e neurotossicità sfruttando i neuroni derivati dalla cellula progenitore neurale umano, un modello cellulare che rappresenta da vicino la biologia umana."
La crescita di Neurite è un processo fondamentale per la formazione della rete neuronale e la rigenerazione del nervo1,2. A seguito di un infortunio, la crescita dei neuriti svolge un ruolo chiave nella rigenerazione del sistema nervoso. L'escrescenza di Neurite è anche un elemento importante della segnalazione extracellulare nell'indurre attività rigenerative neuronali per migliorare i risultati per disturbi neurodegenerativi e lesioni neuronali3,4,5,6.
Mantenendo il loro potenziale di differenziazione nella produzione di vari lignaggi neurali, le cellule progenitrici neurali umane (hNMC) potrebbero fornire un sistema modello per gli studi sulla funzione del sistema nervoso centrale (CNS) e sullo sviluppo7,8,9. L'elevato potenziale traslazionale e la rilevanza fisiologica degli hNMC come modello primario di cellule umane offrono un notevole vantaggio negli screening di scoperti di farmaci legati alla crescita neurite. Tuttavia, la manutenzione e il ridimensionamento dei modelli cellulari primari per i test ad alto consumo potrebbero richiedere molto tempo e molta mano doperante10,11,12,13.
Oltre all'applicazione del metodo presentato negli studi sulla neurite outgrowth, la valutazione della neurotossicità è un'altra applicazione che utilizza i neuroni derivati dall'hNPC. Ci sono migliaia di composti chimici commerciali che non vengono esaminati o con un potenziale di neurotossicità poco compreso. Pertanto, esperimenti di screening più affidabili ed efficaci per valutare, distinguere e classificare i composti in base al loro potenziale di provocare neurotossicità dello sviluppo è molto richiesto14. L'aumento della prevalenza e dell'incidenza di disturbi neurologici insieme all'abbondanza di composti non testati nell'ambiente richiede lo sviluppo di esperimenti più affidabili ed efficienti per identificare composti ambientali pericolosi che possono rappresentare la neurotossicità15.
Il metodo presentato qui può essere utilizzato per lo screening per la capacità dei composti di indurre neurite ecrescita e neurotossicità sfruttando i neuroni derivati dalla cellula progenitore neurale umano, un modello cellulare che rappresenta da vicino la biologia umana.
Dichiarazione etica: Gli esemplari fetali sono stati ricevuti dal Birth Defects Research Laboratory dell'Università di Washington a Seattle attraverso un programma di distribuzione dei tessuti sostenuto dal National Institute of Health (NIH). Il Birth Defects Research Laboratory ha ottenuto un adeguato consenso informato scritto dai genitori e l'approvvigionamento dei tessuti è stato monitorato dall'Institutional Review Board dell'Università di Washington. Tutto il lavoro è stato svolto con l'approvazione dell'Ufficio di Ricerca Sulla Materia Umana dell'Università di Miami8.
1. Isolamento e coltura di cellule progenitrici neurali umane (hNPC)
Quantità | Componente |
100 ll | EGF (20 ng/mL) |
100 ll | FGF (10 ng/mL) |
2 mL | B-27, Meno vitamina A (50X) |
1 mL | L-alanyl-L-glutamine (100X) (vedi tabella dei materiali) |
4 ll | Eparina (2 g/mL) |
96,8 mL | Mezzo di coltura cellulare neuronale (vedi tabella dei materiali) |
Tabella 1. Componenti necessari per la produzione di 100 mL di supporti di coltura
2. Passare gli hNPC
3. Congelamento degli hNPC
4. Differenziazione e trattamento degli hNPC
NOTA: Per indurre la differenziazione, le neurosfere vengono disaggregate in singole cellule, conteggiate e poi semiate su piastre rivestite per 5 giorni. Quindi le cellule differenziate vengono trattate per 24 h con composti di prova prima dell'immunostaining e della quantificazione della fluorescenza.
Quantità | Componente |
49 mL | DMEM/F-12 |
0,5 mL | Supplemento N2 (100X) |
0,5 mL | MEM aminoacidi non essenziali (100X) |
2 ll | Eparin (2 g/mL) (Stock Conc. è 50 mg/mL) |
Tabella 2. Componenti necessari per fare 50 mL di NIM
Quantità | Componente |
1 mL | B-27 (50X) |
500 lL | Antibiotico-antimicotico (100X) |
5 ll | Acido retinoico (0,1 m) |
50 ll | GDNF (10 g/mL) |
50 ll | BDNF (10 g/mL) |
5 ll | L'acido ascorbico (0,2 g/mL) (Stock Conc. è 2 mg/mL) NOTA: Consigliato per essere fatto fresco. |
48,5 mL | Nim |
Tabella 3. Componenti necessari per la creazione di 50 mL di supporti di differenziazione
5. Immunocitochimica (ICC)
NOTA: Le cellule sono fissate con il 4% di formaldeide. La permeabilizzazione e il blocco vengono quindi eseguiti per migliorare la penetrazione e prevenire il legame non specifico degli anticorpi. Le cellule vengono poi incubate con anticorpi primari durante la notte. Successivamente, le cellule vengono incubate con anticorpi secondari etichettati fluorescentmente. Infine, dopo aver usato DAPI per macchiare il nucleo, vengono montati scivoli da camera.
Quantità | 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 | Azide di sodio (4%) |
200 mL | Acqua distillata. NOTA: Sciogliere inizialmente i componenti necessari in 150 mL di acqua, quindi regolare a 200 mL. |
Tabella 4. Componenti necessari per la produzione di 200 mL di buffer anticorpo
Quantità | Componente |
600 ll | 20% Siero di capra |
6 ll | 0,2% Triton-X100 |
2394 L L | Buffer anticorpo. NOTA: inizialmente sciogliere i componenti necessari in 2 mL di ab buffer, quindi regolare al pH 7.4. Quindi aggiungere più Ab buffer per regolare al volume finale di 3 mL e filtro sterilizzare. |
Tabella 5. Componenti necessari per la realizzazione di 3 mL di permeabilizzazione cellulare e soluzione di blocco
6. Acquisizione di immagini, escrescenza neurite e quantificazione dell'intensità della fluorescenza
NOTA: Dopo la colorazione, utilizzare un microscopio confocale con un obiettivo 20x e una dimensione dell'immagine di 1024 x 1024 pixel per acquisire le immagini delle cellule trattate. Prendere immagine almeno da due campi per replica biologica per condizione. Quindi utilizzare il software di analisi delle immagini Fiji (ImageJ 1.51u) per la quantificazione della lunghezza neurite. In breve, misurare la lunghezza della neurite più lunga per ogni neurone e dopo aver in media i valori per trattamento, utilizzare il test di sstudente per i gruppi indipendenti per confrontare i mezzi tra gruppi sperimentali e gruppo di controllo.
NOTA: sono disponibili diversi programmi di elaborazione delle immagini commerciali (Imaris, Volocity, Amira) e open source (ImajeJ, CellProfiler, Vaa3D, BioImageXD, Icy, KNIME). Tra questi programmi, ImageJ è diventato lo strumento di scelta per l'analisi biologica delle immagini20,,21. Il portale ImageJ presso https://imagej.net/Introduction è un'utile fonte di informazioni che fornisce una descrizione approfondita delle funzioni di base e predefinite di ImageJ, tra cui l'elaborazione delle immagini, la colocalizzazione, la deconvoluzione, la registrazione, la segmentazione, il monitoraggio e la visualizzazione.
7. Valutazione della neurotossicità
NOTA: la citotossicità dei composti di prova viene valutata in piastre a 384 pozze (vedere Tabella dei materiali)utilizzando un saggio di fattibilità delle cellule luminescenti (vedere Tabella dei materiali). Gli hNMC sono preparati seguendo lo stesso metodo, ad eccezione di lievi modifiche, descritte nella sezione "Differenziazione e trattamento degli hNMC". Successivamente, viene misurato un segnale luminescente generato dal saggio di fattibilità delle cellule luminescenti utilizzando un lettore di microplacia. Il segnale luminescente è proporzionale alla concentrazione cellulare di ATP che a sua volta è direttamente proporzionale al numero di cellule vitali presenti in ogni pozzo.
Il protocollo presentato nel manoscritto è stato utilizzato con successo in due articoli pubblicati di recente22,23. La figura 3 mostra l'uso di neuroni derivati da hNPC nell'esaminare l'effetto degli inibitori HDAC come composti epigenetici sull'estensione dei neuriti come marcatore per la escrescenza dei neuriti e la successiva capacità neurogenica dei composti molecolari di piccole dimensioni.
Inoltre...
Questo protocollo è uno dei pochi articoli pubblicati che descrivono il test per la lunghezza della neurite al trattamento con composti di prova. Inoltre, descriviamo come utilizzare gli hNPC per un saggio di escrescenza di neurite e una valutazione della neurotossicità. Utilizzando questa valutazione di analisi e neurotossicità della neurite e della neurotossicità sui neuroni derivati dagli hNFC, il potenziale neurogenico di una categoria di composti epigenetici di piccole molecole, inibitori HDAC, nell'indurre la c...
Tutti gli autori non indicano potenziali conflitti di interesse.
Questa ricerca è stata finanziata dalla borsa di ricerca NIMAD (940714) assegnata al 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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