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Method Article
Questo protocollo di dissociazione delle cellule neurali è destinato a campioni con una bassa quantità di materiale di partenza e produce una sospensione monocellulare altamente vitale per l'analisi a valle, con fasi opzionali di fissazione e colorazione.
Questo protocollo di dissociazione neurale (un adattamento del protocollo che accompagna un kit di dissociazione cerebrale adulto commerciale) ottimizza l'elaborazione dei tessuti in preparazione di analisi dettagliate a valle come la citometria a flusso o il sequenziamento a singola cellula. La dissociazione neurale può essere condotta tramite dissociazione meccanica (come l'uso di filtri, tecniche di taglio o triturazione di pipette), digestione enzimatica o una combinazione di questi. La natura delicata delle cellule neuronali può complicare gli sforzi per ottenere la vera sospensione monocellulare altamente vitale con detriti cellulari minimi necessari per l'analisi a singola cellula. I dati dimostrano che questa combinazione di dissociazione meccanica automatizzata e digestione enzimatica produce costantemente una sospensione unicellulare altamente vitale (>90%), superando le difficoltà di cui sopra. Mentre alcuni dei passaggi richiedono destrezza manuale, questi passaggi riducono la gestione del campione e la potenziale perdita di cellule. Questo manoscritto descrive in dettaglio ogni fase del processo per dotare altri laboratori di dissociare con successo piccole quantità di tessuto neurale in preparazione per l'analisi a valle.
L'ippocampo fu descritto per la prima volta da un anatomista bolognese, Giulio Cesare Aranzio, nel 15001. Nel nominare questa nuova struttura, Aranzio è stato probabilmente ispirato dalla sua strana somiglianza con il cavalluccio marino del genere Hippocampus1. L'ippocampo è coinvolto nelle risposte allo stress, ma è ampiamente noto per il suo ruolo nell'apprendimento e nella memoria. Più specificamente, l'ippocampo è responsabile della codifica e del recupero della memoria dichiarativa e spaziale1.
L'ippocampo, o ippocampo vero e proprio, è diviso nei sottocampi CA1 (cornu ammonis), CA2 e CA31. Rispetto al resto del sistema nervoso, l'ippocampo ha diverse caratteristiche distintive uniche, tra cui la sua plasticità e il potenziale per la neurogenesi in corso2. La neurogenesi è il processo di proliferazione e differenziazione delle cellule staminali neurali, seguito dalla loro integrazione nella rete neuronale preesistente. La neurogenesi è limitata alla zona subgranulare del giro dentato e alla zona subventricolare dei ventricoli laterali (e dei bulbi olfattivi)3. Mentre la neurogenesi è abbondante nell'embriogenesi, è un processo permanente 3,4. Come tale, questa discussione si concentrerà sulla neurogenesi adulta nell'ippocampo.
Le zone subventricolari e subgranulari sono nicchie neurogeniche contenenti cellule ependimali e vascolari, nonché lignaggi immaturi e maturi di cellule staminali neurali5. Le microglia contribuiscono a queste nicchie come cellule immunitarie per regolare la neurogenesi6. Le cellule progenitrici neurali sono progenie di cellule non staminali delle cellule staminali neurali7. Tre tipi di progenitori neurali sono presenti nella zona subventricolare: cellule radiali di tipo B simili a glia, progenitori di tipo C che amplificano il transito e neuroblasti di tipo A 3,8. Le cellule progenitrici neurali di tipo B che si dividono lentamente nella zona subventricolare possono differenziarsi in cellule di tipo C8 che si dividono rapidamente. Successivamente, le cellule di tipo C si differenziano in cellule di tipo A8. Questi neuroblasti migrano attraverso il flusso migratorio rostrale verso il bulbo olfattivo prima di differenziarsi in interneuroni o oligodendrociti9. Questi interneuroni a bulbo olfattivo sono fondamentali per la memoria olfattiva a breve termine e l'apprendimento associativo, mentre gli oligodendrociti mielinano gli assoni del corpo calloso9. La maggior parte della neurogenesi adulta si verifica nella zona subgranulare del giro dentato, dove si trovano progenitori neurali radiali di tipo 1 e non radiali di tipo 23. La maggior parte delle cellule progenitrici neurali sono destinate a diventare neuroni granulari dentati e astrociti10. Collegati da giunzioni gap, gli astrociti formano reti per modulare la plasticità, l'attività sinaptica e l'eccitabilità neuronale5. Come neurone eccitatorio primario del giro dentato, le cellule del granulo forniscono input dalla corteccia entorinale alla regione CA311.
Le popolazioni di cellule staminali neurali possono essere isolate utilizzando strategie di isolamento immunomagnetico o immunofluorescente12,13. Il tessuto neurale è particolarmente difficile da dissociare; gli sforzi per farlo spesso si traducono in campioni con scarsa vitalità cellulare e/ o non riescono a produrre la necessaria sospensione unicellulare per l'analisi a valle. La dissociazione neurale può essere condotta tramite dissociazione meccanica (come l'uso di filtri, tecniche di taglio o triturazione di pipette), digestione enzimatica o una combinazione di tecniche14,15. In uno studio che ha valutato i metodi di dissociazione neurale, sono state confrontate la vitalità e la qualità della dissociazione meccanica manuale mediante triturazione di pipette rispetto alle combinazioni di triturazione e digestione delle pipette con vari enzimi15. La qualità è stata classificata in base alla quantità di grumi cellulari e DNA o detriti subcellulari nella sospensione preparata15. Le sospensioni di tumori gliali sottoposti a dissociazione meccanica manuale da sole avevano una vitalità cellulare significativamente inferiore rispetto ai trattamenti con dispasi o una combinazione di DNasi, collagenasi e ialuronidasi15. Volovitz et al. hanno riconosciuto la variazione di vitalità e qualità tra i diversi metodi e hanno sottolineato che una dissociazione inadeguata può ridurre l'accuratezza dell'analisi a valle15.
In uno studio separato, gli autori hanno confrontato oltre 60 diversi metodi e combinazioni di dissociazione di cellule neuronali in coltura14. Questi metodi includevano otto diverse varianti di dissociazione meccanica manuale mediante triturazione a pipetta, un confronto dell'incubazione con cinque singoli enzimi a tre diversi intervalli e varie combinazioni di dissociazione meccanica con digestione enzimatica o la combinazione di due enzimi14. Nessuno dei metodi meccanici ha prodotto una sospensione a cella singola14. Quattro dei singoli trattamenti enzimatici, dieci dei trattamenti enzimatici combinati e quattro delle combinazioni di dissociazione meccanica con digestione enzimatica hanno prodotto una sospensione monocellulare14. Digestione enzimatica con TrypLE seguita da Campioni di Tripsina-EDTA più efficacemente dissociati14. Per inciso, i campioni trattati con TrypLE e/o Tripsina-EDTA tendevano a formare grumi gelatinosi14. Mentre questo studio è stato eseguito su cellule in coltura, parla delle carenze della triturazione della pipetta o della digestione enzimatica da sola.
Mancano confronti affiancati tra dissociazione meccanica manuale e automatica. Tuttavia, un gruppo ha eseguito la citometria a flusso per confrontare la dissociazione meccanica manuale e semi-automatizzata di interi cervelli di topo in combinazione con kit di dissociazione enzimatica commerciale di papaina o tripsina16. L'elaborazione con il dissociatore ha prodotto in modo più coerente cellule vitali16. A seguito della dissociazione, gli autori hanno anche isolato le cellule Prominin-1, le cellule precursori neuronali e la microglia16. Per due delle tre popolazioni cellulari isolate, la purezza delle cellule isolate era leggermente superiore quando i campioni venivano elaborati con il dissociatore, rispetto a16 manualmente. Reiß et al. hanno osservato che la variabilità da persona a persona nella tecnica di pipettaggio ostacola la riproducibilità della resa della popolazione cellulare vitale nella dissociazione dei tessuti16. Gli autori hanno concluso che la dissociazione meccanica automatizzata standardizza l'elaborazione dei campioni16.
Il metodo di dissociazione delineato in questo manoscritto è una combinazione di dissociazione meccanica completamente automatizzata e digestione enzimatica, utilizzando soluzioni che accompagnano un kit commerciale di dissociazione cerebrale per adulti17. A differenza dei protocolli standard, questo protocollo ottimizzato riduce la manipolazione del campione, produce una sospensione monocellulare altamente praticabile ed è destinato all'elaborazione di quantità minime di tessuto iniziale.
Gli esperimenti sono stati condotti in conformità con gli standard etici approvati dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali presso l'UAMS. I topi selvatici C57Bl6 /J di 6 mesi di età sono stati acquistati e alloggiati in gruppo (4 topi per gabbia) in un ciclo di luce / buio costante di 12 ore.
1. Preparazione dei reagenti
2. Giorno dell'esperimento
3. Perfusione
4. Dissezione
5. Preparare la miscela di enzimi 1 e 2 per ciascun campione
NOTA: per volumi superiori a 2 ml, utilizzare una pipetta sierologica da 10 ml; per volumi, 200 μL-2 mL, utilizzare una pipetta da 1000 μL; per volumi, 21-199 μL, utilizzare una pipetta da 200 μL; per volumi, 2-20 μL, utilizzare una pipetta da 20 μL; per volumi inferiori a 2 μL, utilizzare una pipetta da 0-2 μL.
6. Protocollo di dissociazione cerebrale adulta17
NOTA: quando si lavora con campioni, i tubi devono essere collocati in un rack per tubi a temperatura ambiente mentre BSA e D-PBS rimangono sul ghiaccio, se non diversamente specificato.
7. Rimozione dei detriti
8. Conteggio delle celle
9. Macchia viva / morta
10. Fissazione (opzionale)
11. Citometria a flusso
I campioni sono stati elaborati con un citometro a flusso in una struttura centrale e i dati risultanti sono stati valutati con un pacchetto software per l'analisi del flusso. In precedenza, venivano analizzati i controlli di compensazione: la macchia viva / morta e il controllo negativo. Se vengono utilizzati più fluorocromi, per ciascun anticorpo devono essere preparati controlli di fluorescenza meno uno (FMO) e controlli a singola macchia. La compensazione per la sovrapposizione spettrale per i campioni sperimentali ...
Diversi passaggi in questo protocollo di dissociazione neurale richiedono una tecnica competente e destrezza: perfusione, aspirazione surnatante e rimozione della mielina. Durante tutto il processo di perfusione, gli organi interni devono rimanere intatti (oltre a rimuovere il diaframma e tagliare il cuore); questo include evitare le camere superiori del cuore con l'ago della farfalla. Mentre la quantità di soluzione salina con eparina necessaria varia, il fluido trasparente che scorre dal cuore indica che il processo ?...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamo Aimee Rogers per aver fornito formazione pratica e supporto continuo al prodotto. Ringraziamo la dott.ssa Amanda Burke per la risoluzione dei problemi in corso e le discussioni chiarificatrici. Ringraziamo Meredith Joheim e l'UAMS Science Communication Group per la modifica grammaticale e la formattazione di questo manoscritto. Questo studio è stato supportato da NIH R25GM083247 e NIH 1R01CA258673 (A.R.A).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 mL Microcentrifuge Tubes | Fisher Scientific | 02-682-003 | Basix, assorted color |
15 mL Falcon Tubes | Becton Dickinson Labware Europe | 352009 | Polystyrene |
25 mL Serological Pipets | Fisher Scientific | 14-955-235 | |
5 mL Round Bottom Polystyrene Test Tube | Falcon | 352052 | |
500 mL Vacuum Filter/ Storage Bottle System | Corning | 431097 | |
70 μm cell strainer | Fisher Scientific | 08-771-2 | |
Adult Brain Dissociation Kit | Miltenyi Biotec | 130-107-677 | Contains Enzyme P, Buffer Z, Buffer Y, Enzyme A, Buffer A, Debris Removal Solution |
Aluminum Foil | Fisher Scientific | 01-213-105 | |
Anti-ACSA-2-PE-Vio770, mouse, clone REA969 | Miltenyi Biotec | 130-116-246 | |
Anti-Myelin Basic Protein | Sigma-Aldrich | M3821-100UG | |
Anti-PSA-NCAM-PE, human, mouse and rat, Clone 2-2B | Miltenyi Biotec | 130-117-394 | |
BD LSRFortessa | BD | ||
BSA | Sigma-Aldrich | A7906-50G | |
CD11b-VioBlue, mouse, Clone REA592 | Miltenyi Biotec | 130-113-810 | |
CD31 Antibody | Miltenyi Biotec | 130-111-541 | |
Ceramic Hot Plate Stirrer | Fisher Scientific | 11-100-100SH | |
Dimethyl Sulfoxide | Fisher Scientific | BP231-100 | |
Ethanol | Pharmco by Greenfield Global | 111000200 | |
Falcon 50 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
Fine Scissors - Sharp | Fine Science Tools | 14060-09 | Perfusion |
FlowJo | BD | (v10.7.0) | |
gentleMACS C Tubes | Miltenyi Biotec | 130-093-237 | |
gentleMACS Octo Dissociator with Heaters | Miltenyi Biotec | 130-096-427 | |
Gibco DPBS (1X) | ThermoFisher Scientific | 14190144 | |
Glass Beaker | Fisher Scientific | 02-555-25A | |
Heparin sodium | Fresenius Kabi | 504011 | |
LIVE/DEAD Fixable Aqua Dead Cell Stain Kit | ThermoFisher | L34965 | |
Magnetic Stir Bar | Fisher Scientific | 14-513-51 | |
Noyes Spring Scissors | Fine Science Tools | 15012-12 | Dissection |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 441244-3KG | Prilled, 95% |
Pipette tips GP LTS 20 µL 960A/10 | Rainin | 30389270 | |
Pipette Tips GP LTS 250 µL 960A/10 | Rainin | 30389277 | |
Pipette tips RT LTS 1000 µL FL 768A/8 | Rainin | 30389213 | |
Rainin Pipet-Lite XLS (2, 20, 200, 1000 μL) | Rainin | 30386597 | |
RBXMO FITC XADS | Fisher Scientific | A16167 | |
Round Ice Bucket with Lid | Fisher Scientific | 07-210-129 | |
Round-Bottom Tubes with Cell Strainer Cap | Falcon | 100-0087 | |
S1 Pipet Fillers | ThermoFisher Scientific | 9541 | |
Spatula & Probe | Fine Science Tools | 10090-13 | Dissection & Perfusion |
Surflo Winged Infusion Set 23 G x 3/4" | Termuno | SV-23BLK | Butterfly needle |
Test Tube Rack | Fisher Scientific | 14-809-37 | |
Thermo Scientific Legend XTR Centrifuge | ThermoFisher | discontinued | Or other standard table top centrifuge |
Variable-Flow Peristaltic Pump | Fisher Scientific | 13-876-2 | Low-flow model |
VetFlo Starter Kit for Mice | Kent Scientific | VetFlo-MSEKIT | Anesthesia mask, tubing, induction chamber, charcoal canisters |
VetFlo Vaporizer Single Channel Anesthesia System | Kent Scientific | VetFlo-1210S | 0.2–4 LPM |
Vi-CELL XR Cell Viability Analyzer | Beckman Coulter Life Sciences | 731196 | Cell Counting |
Vi-CELL XR 4 Bags of Sample Vials | Beckman Coulter Life Sciences | 383721 | Cell Counting |
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