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Method Article
우리는 hSOD1G93A 쥐 모델에서 근 위축성 측삭 경화증의 병태 생리학에 대한 연구를 위해 세포 내Ca 2+의 타임 랩스 비디오 이미징을 위해 쥐 피질에서 신경교 세포, 성상 세포 및 미세 아교 세포의 1 차 배양을 준비하는 방법에 대한 프로토콜을 제시합니다.
이 프로토콜은 Sprague Dawley 쥐의 피질에서 신경교 세포, 성상 세포 및 미세 아교 세포의 1 차 배양을 준비하는 방법과 쥐 hSOD1G93A 모델에서 근 위축성 측삭 경화증 (ALS)의 병태 생리학을 연구 할 목적으로 이러한 세포를 사용하는 방법을 보여줍니다. 먼저, 프로토콜은 출생 후 쥐 피질에서 성상 세포와 미세 아교 세포를 분리 및 배양하는 방법을 보여 주며, 성상 세포의 신경교 섬유 산성 단백질 (GFAP) 마커와 이온화 칼슘 결합 어댑터 분자 1 (Iba1) 소교 세포 마커를 사용하여 면역 세포 화학에 의해 이러한 배양의 순도를 특성화하고 테스트하는 방법을 보여줍니다. 다음 단계에서는 배양 된 세포의 염료 로딩 (칼슘 민감성 Fluo 4-AM) 및 살아있는 세포에 대한 비디오 이미징 실험에서 Ca2+ 변화의 기록에 대한 방법을 설명합니다.
비디오 녹화의 예는 다음으로 구성됩니다 : (1) ALS 환자로부터 분리 된 면역 글로불린 G (IgG)에 급성으로 노출 된 배양 된 성상 세포의Ca 2+ 이미징 사례는 동일한 실험에서 입증 된 바와 같이 ATP에 대한 반응과 비교하여 특징적이고 특이적인 반응을 나타낸다. 예는 또한 비 형질 전환 대조군과 비교하여 hSOD1G93A 성상 세포에서 ALS IgG에 의해 유발되는 세포 내 칼슘 농도의 더 뚜렷한 일시적인 상승을 보여줍니다. (2) 소포체Ca2+ ATPase의 비경쟁적 억제제인 타프시가르긴(Thg)에 의한 칼슘 저장고갈 동안 배양된 성상세포의Ca2+ 이미징, 이어서 기록 용액에 칼슘을 첨가하여 유도된 저장 작동식 칼슘 진입, 이는 hSOD1G93A 및 비-형질전환 성상세포에서의Ca 2+ 저장 작업 간의 차이를 입증함; (3) 배양된 미세아교세포의 Ca2+ 영상화는 주로 ALS IgG에 대한 반응의 결여를 나타내는 반면, ATP 적용은Ca2+ 변화를 유도하였다. 이 논문은 또한 Ca2+ 염료 및 염료 로딩 기술의 올바른 농도를 선택하여 중요한 세포 밀도 및 배양 순도와 관련하여 가능한 주의 사항 및 주의 사항을 강조합니다.
세포 배양 기술은 건강 및 질병 분야의 다양한 세포 신경 생리학 분야에서 수많은 발전을 가져 왔습니다. 특히, 실험실 동물의 신경 조직에서 갓 분리 된 1 차 세포 배양을 통해 실험자는 다양한 생화학 적 배지 및 생리 학적 설정에서 다양한 세포의 행동을 면밀히 연구 할 수 있습니다. Ca2+ 민감성 염료와 같은 다양한 형광 생리학적 지표를 타임랩스 비디오 현미경과 함께 사용하면 실시간으로 세포 생물물리학 및 생화학적 과정에 대한 더 나은 통찰력을 얻을 수 있습니다.
ALS는 상부 및 하부 운동 뉴런에 영향을 미치는 치명적인 신경 퇴행성 질환입니다1. 이 질병은 가족 유형의 복잡한 발병 기전을 가지고 있지만 대부분 산발적 인 형태 (사례의 90 %)2. 비세포 자율 메커니즘이 ALS 병태생리학에 기여한다는 것은 잘 알려져 있으며, 이는 주로 신경교 세포의 필수적인 역할 때문입니다3. ALS는 또한 염증의 체액 성 및 세포 성 요인의 침범과 함께 신경 염증성 질환으로 잘 특성화됩니다.
면역 글로불린 G는 ALS 및 기타 신경 퇴행성 질환에서 분자 마커로 널리 사용됩니다. 이 마커의 혈청 수준을 연구하면 질병 4,5,6에서 신경 염증의 존재와 단계를 나타낼 수 있지만 뇌척수액에 존재하면 혈액 뇌 장벽7의 위반을 나타낼 수 있습니다. IgGs는 또한 ALS 환자7의 척수 운동 뉴런에서 침착 된 것으로 확인되었습니다. 그럼에도 불구하고,이 접근법은 IgGs 수준과 질병의 단계 및 특성의 상관 관계에서 약간의 불일치를 보여 주었다6.
ALS 환자의 혈청에서 분리 된 IgG (ALS IgG)는 나이브 성상 세포8에서 칼슘 반응을 유도하고 뉴런에서 글루타메이트 방출을 유도 할 수 있으며, 이는 ALS 병리학9의 특징 인 흥분 독성 효과를 가리킨다. 그러나, hSOD1G93A ALS 래트 모델 (인간 SOD1 돌연변이 10의 다중 카피 함유)에 대한 연구는 배양된 신경교세포 11, 조직 12,13,14, 또는 살아있는 동물13에서 산화 스트레스의 다수의 마커를 보여주었다. ALS 래트 모델로부터 배양된 성상교세포가 비-형질전환 동료로부터의 성상아교세포보다 과산화물에 의해 유도된 산화 스트레스에 더 취약하다는 것은 주목할 만하다1.
배양 물의 소교 세포는 덜 명백한 방식으로 ALS IgG의 영향을받습니다. 즉, BV-2 소교세포 세포주는 단지 4/11 ALS IgG 환자 샘플15의 적용에 반응하여 산화 스트레스의 형광 마커로부터의 신호의 상승을 나타냈다. 미세아교세포는 많은 신경염증성 병리에 참여하여 ALS16,17의 비세포 자율 메커니즘에서 산화 스트레스와 후기 진행 단계를 추가하는 것으로 잘 알려져 있습니다. 그럼에도 불구하고, ALS IgGs를 사용한 데이터는 이들 세포가 ALS 염증의 이러한 체액성 인자에 대해 성상세포만큼 반응적이지 않을 수 있음을 나타내었다. ALS 쥐 모델의 1 차 성상 세포에 대한 여러 연구가 새끼뿐만 아니라 증상이있는 동물, 뇌 또는 척수18,19,20,21에서 수행되었습니다. 이것은 소교 세포 1 차 배양에도 해당되지만, 성상 세포보다 적고 대부분 배아 단계22,23,24의 뇌 영역에서 발생합니다.
우리는 주로 흥분 독성의 생리적 마커로서이 이온의 세포 내 과도 현상을 따르는 수단으로 배양 된 세포에 대한Ca2+의 타임 랩스 비디오 이미징을 사용합니다. 따라서 이러한 과도 현상 (진폭, 과도 상태에서의 영역, 상승 시간, 주파수)의 생물 물리학 적 특성화를 통해 연구원은 신경 퇴행의 다양한 세포 모델에서 실험적 진단 매개 변수를 얻을 수 있습니다. 따라서이 기술은 질병 바이오 마커로서 IgGs의 정량적 생리 학적 평가의 이점을 제공합니다. ALS의 유도에서 IgGs 및Ca2+의 역할에 관한 많은 문헌이 있다. 이들 연구의 대부분은 환자 IgG를 실험 동물25,26,27,28,29에 주입하여 ALS를 유도함으로써 수행되었으며, 이어서 세포 내Ca2+ 상승 및 IgG 침착을 나타내었다. 일련의 연구는 시험관 내 운동 시냅스에 대한 ALS IgG의 효과를 조사했습니다. 30,31,32. 위의 맥락에서 여기에 제시된 기술은 ALS의 비 세포 자율 메커니즘에서 중요한 역할을하는 신경교 세포에 초점을 맞추고 신경 염증의 체액 성 요인으로서 IgG에 대한 잠재적 인 흥분 독성 반응을 정량화합니다. 이 접근법은 다른 세포 배양 시스템 및 일반적인 염증의 세포 모델에서 전체 혈청, CSF 또는 사이토 카인과 같은 다른 체액 성 인자를 테스트하는 데 더 광범위하게 적용될 수 있습니다.
이 논문은 Sprague Dawley 쥐의 피질에서 신경교 세포, 성상 세포 및 미세 아교 세포의 1 차 배양을 준비하는 방법과 이러한 세포를 추가로 사용하여 환자 혈청 유래 IgG로 ALS 병태 생리학을 연구하는 방법을 설명합니다. 프로토콜은 배양된 세포의 염료 로딩(그림 1) 및 타임랩스 비디오 이미징 실험에서 Ca2+ 변화의 기록에 대해 자세히 설명되어 있습니다. 비디오 녹화의 예는 신경교 세포가 ATP와 비교하여 ALS IgG에 어떻게 반응하는지 보여줄 것이며, 후자는 퓨린성 막 수용체를 활성화합니다. hSOD1G93A ALS 래트 뇌로부터 분리된 성상세포가 비-형질전환 대조군과 비교하여 ALS IgG에 대해 더 뚜렷한Ca 2 + 반응과 어떻게 반응하는지, 그리고 이 과정을Ca2+ 저장 작업의 차이와 연관시키는 방법에 대한 예가 처음으로 도시되었다. 또한 ALS IgG로 심각하게 도전받는 소교 세포에서 칼슘 이미징의 예가 나와 있으며 세포 내 칼슘의 반응은 미미합니다.
모든 실험은 과학적 목적을위한 동물 보호에 관한 EU 지침과 베오그라드 대학교 생물학 학부 윤리위원회 (승인 번호 EK-BF-2016 / 08)의 허가를 받아 수행되었습니다. 환자 물질 (IgGs에 대한 혈청)에 관해서는 인간을 대상으로 한 실험을 위해 세계 의학 협회 윤리 강령 (헬싱키 선언)에 따라 정보에 입각 한 환자의 동의하에 일상적인 임상 검사를 위해 수집되었습니다. 이 프로토콜은 세르비아 임상 센터의 윤리위원회에서 승인되었습니다 (No. 850/6).
1. 1차 세포 배양 제제
2. 면역세포화학
3. 타임랩스 비디오 이미징
알림: 형광 염료가 포함 된 용액은 직사광선으로부터 보호해야합니다. 이미징 실험을 시작하기 전에 관류를 켤 때 유리 커버 슬립이 움직이지 않는지 확인하십시오.
4. 데이터 분석
배양에서 다양한 신경교 세포 유형의 특성 분석
실험을 위해 성상 세포를 생산하는 데 보통 15-21 일이 걸리는 반면, 소교 세포는 자라는 데 10-15 일이 걸립니다. 배양물의 세포 순도를 평가하기 위해 면역염색을 수행하였다. 도 1 은 각각의 배양물에서 성상세포 마커 GFAP 및 미세아교세포 마커 Iba1의 이중 표지의 발현을 나타낸 것이다.
칼슘 ...
이 논문은 쥐 hSOD1G93A 모델에서 ALS와 같은 세포(patho)생리학의 다양한 측면을 연구하기 위한 빠르고 "예산에 맞는" 도구로서 일차 세포 배양 방법을 제시합니다. 따라서이 기술은 더 높은 수준의 조직 (즉, 조직 조각 또는 살아있는 동물)에서 외삽되고 추가로 조사 될 수있는 단일 세포 수준의 연구에 적합합니다. 그러나 기술로서의 세포 배양에는 몇 가지 주의 사항이 있습니다. 얼음 위에서...
저자는 선언 할 이해 상충이 없습니다.
이 작업은 세르비아 공화국 교육 과학 기술 개발부 계약 번호 451-03-9/2021-14/ 200178, FENS - NENS 교육 및 훈련 클러스터 프로젝트 "신경염증의 신경교세포에 대한 삼자 과정" 및 EC H2020 MSCA RISE 보조금 #778405의 지원을 받았습니다. 면역조직화학 이미지를 제공해 주신 Marija Adžić와 Mina Perić, 논문 작성에 도움을 주신 Danijela Bataveljić에게 감사드립니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
15 mL tube | Sarstedt, Germany | 62 554 502 | |
2 mL tube | Sarstedt, Germany | 72.691 | |
21 G needle | Nipro, Japan | HN-2138-ET | |
23 G needle | Nipro, Japan | HN-2338-ET | |
5 mL syringe | Nipro, Japan | SY3-5SC-EC | |
6 mm circular glass coverslip | Menzel Glasser, Germany | 630-2113 | |
60 mm Petri dish | ThermoFisher Sientific, USA | 130181 | |
ATP | Sigma-Aldrich, Germany | A9062 | |
AxioObserver A1 | Carl Zeiss, Germany | ||
Bovine serum albumine | Sigma-Aldrich, Germany | B6917 | |
Calcium chloride | Sigma-Aldrich, Germany | 2110 | |
Centrifuge | Eppendorf, Germany | ||
DAPI | Sigma-Aldrich, Germany | 10236276001 | |
D-glucose | Sigma-Aldrich, Germany | 158968 | |
DMEM | Sigma-Aldrich, Germany | D5648 | |
Donkey-anti goat AlexaFluor 647 IgG antibody | Invitrogen, USA | A-21447 | |
Donkey-anti mouse AlexaFluor 488 IgG antibody | Invitrogen, USA | A-21202 | |
EDTA | Sigma-Aldrich, Germany | EDS-100G | |
EGTA | Sigma-Aldrich, Germany | E4378 | |
”evolve”-EM 512 Digital Camera System | Photometrics, USA | ||
Fetal bovine serum (FBS) | Gibco, ThermoFisher Scientific, USA | 10500064 | |
Fiji ImageJ Software | Open source under the GNU General Public Licence | ||
FITC filter set | Chroma Technology Inc., USA | ||
Fluo-4 AM | Molecular Probes, USA | F14201 | |
Goat anti-Iba1 | Fujifilm Wako Chemicals, USA | 011-27991 | |
HEPES | Biowest, France | P5455 | |
HighSpeed Solution Exchange System | ALA Scientific Instruments, USA | ||
Incubator | Memmert GmbH + Co. KG, Germany | ||
Magnesium chloride | Sigma-Aldrich, Germany | M2393 | |
Matlab software | Math Works, USA | ||
Mouse anti-GFAP | Merck Millipore, USA | MAB360 | |
Mowiol 40-88 | Sigma-Aldrich, Germany | 324590 | |
Normal donkey serum | Sigma-Aldrich, Germany | D9663 | |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich, Germany | 158127 | |
Penicilin and Streptomycin | ThermoFisher Sientific, USA | 15140122 | |
Poly-L-lysine | Sigma-Aldrich, Germany | P5899 | |
Potassium chloride | Sigma-Aldrich, Germany | P5405 | |
Potassium dihydrogen phosphate | Carlo Erba Reagents, Spain | 471686 | |
Shaker DELFIA PlateShake | PerkinElmer Life Sciencies, USA | ||
Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich, Germany | S3817 | |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich, Germany | S5886 | |
Sodium phosphate dibasic heptahydrate | Carl ROTH GmbH | X987.2 | |
Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich, Germany | P5280 | |
Thapsigargine | Tocris Bioscience, UK | 1138 | |
Triton X - 100 | Sigma-Aldrich, Germany | T8787 | |
Trypsin | Sigma-Aldrich, Germany | T4799 | |
Vapro Vapor Pressure Osmometer 5520 | Wescor, ELITechGroup Inc., USA | ||
ViiFluor Imaging System | Visitron System Gmbh, Germany | ||
VisiChrome Polychromator System | Visitron System Gmbh, Germany | ||
VisiView high performance setup | Visitron System Gmbh, Germany | ||
Xenon Short Arc lamp | Ushio, Japan |
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