이 연구는 NSF Grant(2152065)와 NSF CAREER Award(1846857)의 지원을 받았습니다. 저자들은 이 프로토콜에 기여한 Wachs Lab의 모든 현재 및 과거 구성원에게 감사를 표하고 싶습니다. 그림 1 의 다이어그램은 Biorender로 만든 것입니다.

DRG 수확은 네브래스카-링컨 대학교(University of Nebraska-Lincoln)의 IACUC(Institutional Animal Care and Use Committee)에 따라 수행되었습니다. 생후 12주(~250g)의 암컷 Sprague Dawley 쥐를 연구에 사용했습니다. 연구에 사용된 동물, 시약 및 장비의 세부 사항은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 다중 구획 장치 제작 및 조립
<ol><li>다중 구획 장치의 컴퓨터 지원 설계 및 3D 프린팅 참고: MC 장치는 DRG 세포체와 신경돌기를 분리하기 위한 3개의 구획으로 구성됩니다(그림 2A). MC 장치는 상업적으로 사용할 수 없습니다. 그러나, 본 명세서에는 3D 프린팅을 가능하게 하기 위해 STL 파일(보충 코딩 파일 1)이 제공된다. MC 인쇄를 완료하는 데 1일이 걸립니다.</li>
	<li>호환되는 소프트웨어를 사용하여 MC의 STL 파일을 Resin 3D 프린터에 업로드합니다. 참고: 인쇄에 이상적인 재료는 고온 수지입니다. 고온 수지 사용의 주요 장점은 생체 적합성이 있고 고압멸균 및 재사용이 가능하다는 것입니다. DLP(Digital Light Processing) 3D 프린터 또는 기타 3D 프린터를 사용하여 장치를 인쇄할 수도 있습니다.</li>
	<li>인쇄된 MC 장치의 표면에 남아 있는 수지를 제거하기 위해 이소프로판올(>96%)에서 30분 동안 세척 용액에 넣습니다.</li>
	<li>시중에서 판매되는 경화제를 사용하여 80°C에서 120분 동안 장치를 후경화합니다( 재료 표 참조). 경화제는 인쇄된 MC 장치를 온도와 UV에 노출시킴으로써 기계적 특성을 향상시킵니다.</li>
	<li>MC 장치를 160°C의 오븐에서 180분 동안 열로 경화합니다.</li>
	<li>중력 주기에서 45분 동안 오토클레이브를 사용하여 장치를 멸균합니다.</li>
</ol>2. 하이드로겔 준비
<ol><li>메타크릴레이화 히알루론산(MAHA, 85%-115% 메타크릴화)을 합성하고 Seidlits et al.20에 설명된 프로토콜을 사용하여 특성화합니다. 참고: DRG의 성장을 지원하기 위해 메타크릴레이티드 히알루론산, I형 콜라겐 및 라미닌으로 구성된 트리플 하이드로겔이 일반적으로 사용됩니다. 연구 결과에 따르면 DRG는 일반적으로 MAHA에서 1.25-2.5mg/mL, 콜라겐은 2.0-4.5mg/mL에서 자랍니다. 라미닌의 경우, 0.75mg/mL이면 DRG의 강력한 성장을 보장하기에 충분한 것으로 나타났습니다. 여기에서는 1.25mg/mL MAHA, 4.5mg/mL 콜라겐 및 0.75mg/mL 라미닌을 함유한 트리플 겔을 만드는 방법에 대해 자세히 설명합니다. 하이드로겔 준비는 무균 작업 공간을 제공하기 위해 층류 캐비닛에서 수행해야 합니다.</li>
</ol>3. 광개시제 용액 준비
알림: UV 광선 아래에서 MAHA를 가교 연결하려면 광개시제가 필요합니다. 일반적으로 0.3%에서 0.6% 사이의 비율로 사용됩니다.
<ol><li>DRG 수확 3일 전에 광개시제 용액을 준비합니다.</li>
	<li>광개시제 용액을 준비하기 전에 초음파 처리 수조를 37 ° C로 예열하십시오.</li>
	<li>플로우 후드에서 멸균 기법을 사용하여 5x Dulbecco의 DMEM(Modified Eagle Medium)-HEPES 용액에 NaHCO3를 용해시켜 23.125mg/mL 중탄산나트륨(NaHCO3) 용액을 준비합니다.</li>
	<li>유리 바이알에 20% vol/vol 1x 멸균 인산염 완충 식염수(PBS) 및 80% vol/vol 5X DMEM/HEPES 용액에 0.6% 중량/부피(w/v) 광개시제를 혼합합니다.</li>
	<li>빛으로부터 보호하려면 유리 바이알을 알루미늄 호일로 싸십시오. 그러나 바이알을 30-40 분 사이에 초음파 처리로 37 ° C로 가열 된 초음파 처리 수조로 옮기기 전에 알루미늄 호일을 제거해야합니다. 알림: 광개시제 용액은 빛에 노출될 때 라디칼로 분해되어 중합 과정을 시작할 수 있으므로 빛으로부터 보호해야 합니다21.</li>
	<li>0.22μm 주사기 필터로 용액을 멸균 여과하여 새 멸균 유리 바이알에 넣습니다.</li>
</ol>4. 메타크릴레이트 히알루론산 용해
<ol><li>메타크릴레이티드 히알루론산(2단계에서 제조)을 광개시제 용액을 제조한 당일(3단계)에 용해시킨다.</li>
	<li>냉동 동결건조된 MAHA를 건조기에 15분 동안 넣어 실온에 둡니다.</li>
	<li>층류 후드에서 작업하고 멸균 계량 기술을 사용하여 유리 바이알에서 동결건조된 MAHA를 칭량합니다.</li>
	<li>원하는 MAHA 농도에 도달하기 위해 필요한 부피의 여과된 광개시제 용액을 MAHA에 추가합니다. 일반적인 최종 겔 농도는 1.25mg/mL MAHA 및 4.5mg/mL 콜라겐입니다.</li>
	<li>실험실 밀봉 필름으로 캡을 밀봉하고 유리 바이알을 알루미늄 호일로 감싼 다음 완전히 용해될 때까지(보통 3일) 실온에서 궤도 셰이커 플레이트에 놓습니다. 때때로, MAHA의 균일한 용해를 보장하기 위해 MAHA의 큰 덩어리를 부수기 위해 용액을 소용돌이치십시오.</li>
</ol>5. 장치 조립
<ol><li>DRG 수확 하루 전에 MC 장치를 48웰 플레이트에 넣습니다.</li>
	<li>3mL 주사기를 사용하여 MC 장치(그림 2B) 아래의 홈에 얇은 실리콘 젤을 바릅니다. 이렇게 하면 장치가 웰 플레이트에 단단히 부착되는 데 도움이 됩니다.</li>
	<li>#3 겸자를 사용하여 그림 48C와 같이 MC 장치를 2웰 플레이트의 웰에 부드럽게 놓습니다. 알림: 장치의 크기는 의도한 용도에 맞게 수정할 수 있으며 원하는 경우 다른 크기의 플레이트를 사용할 수 있습니다. 장치는 재사용할 수 있습니다. 재사용하려면 하이드로겔을 모든 터널에서 부드럽게 씻어내야 하며 장치 아래의 로딩 홈은 70% 에탄올과 함께 부드럽게 교반하여 사용해야 합니다. 이 작업이 완료되면 장치를 다시 고압멸균하여 사용하기 전에 멸균할 수 있습니다.</li>
</ol>6. 동물 준비
<ol><li>수확을 시작하기 전에 필요한 모든 해부 도구를 고압 멸균하십시오.</li>
	<li>12-20 주 된 성인 남성 또는 여성 Sprague Dawley 쥐를 얻으십시오. 쥐의 성별은 DRG 성장에 영향을 미치지 않습니다.</li>
	<li>미국 수의학 협회 지침22에 따라CO2 과다 투여를 안락사의 주요 방법으로 사용하고 양측 기흉 천자를 안락사의 2차 방법으로 사용하여 승인된 IACUC 프로토콜에 따라 쥐를 안락사시킵니다.</li>
	<li>복부 쪽이 아래로 향하게 하여 해부 테이블의 멸균 언더패드에 쥐를 놓습니다. 털에 70% 에탄올을 뿌립니다.</li>
</ol>7. 등뿌리핵(DRG) 수확
<ol><li>86% Neurobasal A 배지, 10% 소 태아 혈청(FBS), 1% 페니실린-스트렙토마이신(PS), 1% 글루타민 및 2% B27 플러스 50x를 포함하는 트리밍 배지를 준비하고 24웰 플레이트에 옮깁니다. 이 매체와 웰 플레이트는 하이드로겔에 매립하기 전에 수확된 DRG를 임시로 보관하는 데 사용됩니다.</li>
	<li>실험실 가운, 수술용 마스크, 보닛, 보안경 및 장갑을 착용하십시오.</li>
	<li>코가 뭉툭한 큰 가위를 사용하여 경추 기저부의 피부를 절개한 다음 척추 길이를 따라 자릅니다.</li>
	<li>척추관에서 혈액을 더 빼내려면 견갑골 아래를 절개하고 근육을 통해 아래로 절개하여 주요 혈관을 절단합니다.</li>
	<li>크고 날카로운 코가 있는 가위를 사용하여 척추에서 근육을 잘라냅니다. 척추를 시각화하기 위해 가능한 한 많은 근육을 제거합니다.</li>
	<li>척추뼈의 등쪽과 옆쪽 부분을 제거합니다. 직선 룽거와 날카로운 코가 있는 가위를 사용하여 경추 끝에서 시작하여 요추 끝으로 이동하는 척추의 가시 및 횡돌기를 제거합니다.</li>
	<li>척수를 제거합니다. 작고 날카로운 코 가위를 사용하여 척수 양쪽을 따라 DRG에 연결된 신경근을 조심스럽게 자릅니다. 척수의 경추 끝을 자르고 DRG에 연결된 남아 있는 신경근을 절단하여 척추관에서 서서히 조심스럽게 들어 올립니다. 알림: 이 과정에서 DRG 본체가 절단되지 않도록 하려면 소근육 운동 기술이 필수적입니다.</li>
	<li>DRG를 노출시키려면 곡선 룽거(Rongeur)를 사용하여 척추뼈의 측면 부분을 더 많이 제거합니다. 정중선에서 바깥쪽으로 당겨 측면을 번갈아 가며 당깁니다. DRG 본체를 절단하면 세포체와 축삭에 손상을 줄 수 있으므로 절단하지 않도록 주의하십시오.</li>
	<li>#3 겸자와 직선 가장자리 스프링 가위를 사용하여 척추의 각 수준 사이에 있는 DRG를 제거합니다. DRG에서 척추 신경근을 잡고 주머니에서 조심스럽게 빼낸 다음 척추 신경의 다른 쪽 끝을 자릅니다. DRG 본체를 직접 잡지 않도록 주의하십시오.</li>
	<li>DRG를 얼음 위의 24웰 플레이트(트리밍 매체 포함, 7.1단계)의 웰에 놓습니다.</li>
	<li>모든 DRG를 수거한 후 작업 공간을 청소하고 사체를 오토클레이브 백에 넣고 IACUC 프로토콜에 따라 적절하게 보관/폐기합니다.</li>
</ol>8. DRG 트리밍 및 절단
<ol><li>깨끗한 벤치에 있는 60mm 페트리 접시에 트리밍 미디어를 채웁니다(7.1단계). 해부 스코프와 유리 비드 멸균기를 설정하고 스코프 옆에 트리밍 도구(#3 겸자 및 직선 가장자리 스프링 가위)가 있는 오토클레이브 도구 상자를 놓습니다.</li>
	<li>절개 스코프에서 DRG 주변의 과도한 조직을 제거하고 DRG 몸체에 가까운 신경근(일반적으로 주변 신경보다 약간 어둡음)을 다듬습니다.</li>
	<li>두 번째 60mm 페트리 접시에 새 매체를 채웁니다. 절개 범위에서 트리밍된 DRG를 약 0.5mm(또는 0.5mm에서 0.8mm 사이)로 자릅니다. 절단 DRG의 정확한 예상 크기를 갖기 위해 절단하는 동안 눈금자를 페트리 접시 아래에 놓습니다.</li>
	<li>절단된 DRG를 매체를 얼음 위에 놓고 새 24웰 플레이트로 옮깁니다. 알림: DRG 트리밍, 절단 및 매립은 무균 작업 공간을 제공하기 위해 층류 캐비닛에서 수행해야 합니다. 층류 캐비닛이 없는 경우 무균 기술을 준수해야 하며, 최소한의 적절한 개인 보호 장비(PPE)(실험실 가운, 마스크, 고글 및 장갑)를 권장하고 잠재적인 오염을 완화하기 위해 공정 전반에 걸쳐 모든 도구를 멸균해야 합니다.</li>
</ol>9. 콜라겐 중화
<ol><li>DRG를 정돈하고 절단한 후 DRG 수확과 같은 날에 콜라겐을 중화시킵니다.</li>
	<li>얼음, 피펫 작업 ~ 8.16 % 초순수, ~ 1.84 % 1M 수산화 나트륨 (NaOH), ~ 10 % 10x PBS 및 총 용액 부피의 ~ 80 % 콜라겐을 유리 바이알에 넣습니다.</li>
	<li>멸균 저잔류 피펫 팁을 사용하여 혼합물에 피펫 콜라겐(일반적으로 마지막에 추가)에 천천히 혼합합니다. 기포가 생성되지 않도록 혼합하는 동안 피펫 팁을 용액에 유지하십시오. pH 스트립을 사용하여 중화된 콜라겐의 pH를 확인하여 ~7인지 확인합니다. 참고: 중화된 콜라겐은 겔화 없이 2-3시간 동안 얼음에 보관할 수 있습니다. 따라서 하이드로겔 제조는 콜라겐이 중화되면 신속하게 수행해야 합니다.</li>
</ol>10. 하이드로겔 제조
<ol><li>얼음, 피펫 라미닌(최종 농도 0.75mg/mL까지) 및 1x PBS를 유리 바이알에 넣습니다.</li>
	<li>멸균 저잔류 피펫 팁을 사용하여 피펫은 콜라겐과 MAHA 용액을 중화시켜 혼합물에 주입하여 원하는 농도에 도달했습니다.</li>
	<li>천천히 혼합하고 생성된 하이드로겔의 pH를 확인합니다(~7이어야 함).</li>
</ol>11. DRG 임베딩
<ol><li>다중 구획 임베딩을 수행합니다.<ol><li>사전 혼합된 하이드로겔 65.1 μL 및 52.8 μL를 각각 소마 및 신경석 구획에 피펫팅합니다. 알림: 이것은 48웰 플레이트에서 MC 장치를 사용한다고 가정합니다. 이러한 볼륨은 사용하는 MC 장치의 크기에 따라 변경할 수 있습니다.</li>
		<li>절단된 DRG를 소마 구획(그림 2A)에 부드럽게 삽입하여 웰 플레이트의 바닥을 긁지 않도록 합니다. 신경돌기가 터널을 통해 인접한 구획으로 자랄 수 있도록 DRG를 중앙에 배치합니다.</li>
		<li>37°C에서 30분 동안 인큐베이터의 하이드로겔을 열로 가교합니다. 이 경우 UV 램프를 켜서 예열하십시오.</li>
		<li>열가교 후 UV는 하이드로겔을 90초 동안 가교합니다.</li>
		<li>DRG 성장 배지를 하이드로겔 및 DRG에 추가하고 한 시간 후에 전체 배지 교체를 수행하여 배지에 남아 있는 미반응 또는 남아 있는 광개시제의 흔적을 제거합니다.</li>
		<li>3일마다 절반의 매체 교체를 수행하고 현미경으로 관찰하여 DRG의 성장을 모니터링합니다.</li>
		<li>~4주 후 DRG 신경돌기가 자라기 시작하면(그림 3A) 형광판 이미저로 이미지를 캡처하고 FIJI(ImageJ)를 사용하여 신경돌기의 길이를 정량화합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>12. DRG 임베딩 제어
<ol><li>48웰 플레이트에 250μL의 하이드로겔을 피펫팅합니다(MC 제외).</li>
	<li>절단된 DRG를 웰 중앙과 하이드로겔 중간에 부드럽게 배치하여 웰 플레이트의 바닥이 긁히지 않도록 합니다.</li>
	<li>37°C에서 30분 동안 인큐베이터의 하이드로겔을 열로 가교합니다.</li>
	<li>UV는 하이드로겔을 90초 동안 가교합니다.</li>
	<li>DRG 성장 배지를 하이드로겔 및 DRG에 추가하고 한 시간 후에 전체 배지 교체를 수행합니다.</li>
	<li>3일마다 절반의 매체 교체를 수행하고 현미경으로 DRG를 관찰하여 DRG의 성장을 모니터링합니다.</li>
	<li>~4주 후 DRG 신경돌기가 자라기 시작하면(그림 3B) 형광판 이미저로 이미지를 캡처합니다. 참고: 모든 명시야 현미경은 이미징에 사용할 수 있습니다. 자동화된 플레이트 기반 현미경을 사용하면 이 과정을 더 빠르게 수행할 수 있습니다. 장치 없이 일반 겔에 삽입을 제어하여 다중 구획에서 DRG 신경돌기의 성장을 비교합니다. 사용자가 DRG가 MC 및 대조군 겔에서 유사하게 성장한다는 것을 확인하면 매번 대조군 겔을 반복할 필요가 없을 수 있습니다.</li>
</ol>13. DRG 이미징
<ol><li>다양한 초점 거리에서 형광판 이미저를 사용하여 4배 배율로 명시야 이미지를 캡처하여 전체 DRG 및 MC 장치를 시각화할 수 있습니다.</li>
	<li>신경돌기를 더 쉽게 볼 수 있도록 이미지의 밝기와 대비를 조정합니다.</li>
	<li>이미지를 .tiff 파일로 저장합니다.</li>
</ol>14. DRG 신경돌기 정량 분석
<ol><li>FIJI(ImageJ)를 다운로드하여 설치합니다.</li>
	<li>ImageJ를 엽니다. 이미지 파일을 열고 파일이 흑백인지 확인합니다.</li>
	<li>가장 작은 신경돌기가 보이도록 대비를 향상시킵니다. 단축키 Ctrl+Shift+C를 사용하여 밝기 및 대비 옵션을 열면 됩니다.</li>
	<li>필요에 따라 컨트롤러의 슬라이더를 조정하여 신경석을 시각화하고 원하는 밝기와 대비를 위해 Apply( 적용 )를 클릭합니다.</li>
	<li>플러그인(Plugins) 메뉴를 열고 세그멘테이션(Segmentation)을 선택한 다음 Simple Neurite Tracer를 클릭하여 신경돌기 추적기를 엽니다.</li>
	<li>DRG 본체 바로 위에 있는 신경돌기의 한쪽 끝을 클릭하여 새 추적을 시작합니다.</li>
	<li>신경돌기를 따라 다른 점을 클릭하여 신경돌이 끝에서 끝까지 추적될 때까지 추적을 추가합니다. 신경돌기를 추적한 후 Finish Path(마침 경로 )를 클릭합니다.</li>
	<li>추적한 길이를 실제 단위로 변환하고 결과를 복사하여 Excel에 붙여 넣어 저장합니다.</li>
	<li>FIJI의 직선 도구를 사용하여 축척 막대와 동일한 길이의 선을 그리고(선의 끝을 놓지 않음) 도구 모음 아래에 표시되는 길이 값을 확인합니다. 길이 값은 변환에 사용됩니다.</li>
	<li>그림 4와 같이 DRG의 양쪽에서 뻗어 있는 6개의 긴 신경돌기의 길이를 측정하고(그림 3C,D) 이러한 신경돌기의 평균 길이를 계산하여 DRG의 대표적인 평균 길이를 제공합니다. 참고: 면역염색은 비신경세포 지지 세포의 존재를 보여주기 위해 일반 겔의 DRG 외식물에서 테스트되었습니다7. DRG는 실온에서 4% 파라포름알데히드(PFA)에 고정하고 1x PBS로 15분 동안 3회 세척한 후 면역염색이 이루어질 때까지 4°C에서 1x PBS에 보관합니다.</li>
	<li>MC 장치의 이식 식물의 경우 MC 장치를 제거하고 위에서설명한 것과 동일한 프로세스 7을 따르십시오.</li>
</ol>

DRG 배양에서 신경 세포 과민증을 연구하기 위한 고급 체외 모델

<ol>
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R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NGF+controls+axonal+receptivity+to+myelination+by+Schwann+cells+or+oligodendrocytes.">NGF controls axonal receptivity to myelination by Schwann cells or oligodendrocytes.</a> Neuron. 43 (2), 183-191 (2004).</li><li>Ng, B. K., Chen, L., Mandemakers, W., Cosgaya, J. M., Chan, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anterograde+transport+and+secretion+of+brain-derived+neurotrophic+factor+along+sensory+axons+promote+Schwann+cell+myelination.">Anterograde transport and secretion of brain-derived neurotrophic factor along sensory axons promote Schwann cell myelination.</a> J Neurosci. 27 (28), 7597-7603 (2007).</li><li>Xiao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BDNF+exerts+contrasting+effects+on+peripheral+myelination+of+NGF-dependent+and+BDNF-dependent+drg+neurons.">BDNF exerts contrasting effects on peripheral myelination of NGF-dependent and BDNF-dependent drg neurons.</a> J Neurosci. 29 (13), 4016-4022 (2009).</li><li>Seidlits, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+hyaluronic+acid+hydrogels+with+tunable+mechanical+properties+on+neural+progenitor+cell+differentiation.">The effects of hyaluronic acid hydrogels with tunable mechanical properties on neural progenitor cell differentiation.</a> Biomaterials. 31 (14), 3930-3940 (2010).</li><li>Tomal, W., Ortyl, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water-soluble+photoinitiators+in+biomedical+applications.">Water-soluble photoinitiators in biomedical applications.</a> Polymers. 12 (5), 1073 (2020).</li><li>Leary, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Avma+guidelines+for+the+euthanasia+of+animals:+2013+edition.">Avma guidelines for the euthanasia of animals: 2013 edition.</a> Veterinary Medical Association. , (2013).</li><li>Sleigh, J. N., Weir, G. A., Schiavo, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple,+step-by-step+dissection+protocol+for+the+rapid+isolation+of+mouse+dorsal+root+ganglia.">A simple, step-by-step dissection protocol for the rapid isolation of mouse dorsal root ganglia.</a> BMC Res Notes. 9 (1), 82 (2016).</li><li>Naveed, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+methods+of+dissection+protocols+for+the+rapid+isolation+of+rat+dorsal+root+ganglia+under+the+non-microscopic+condition.">Simple methods of dissection protocols for the rapid isolation of rat dorsal root ganglia under the non-microscopic condition.</a> Neuroscience Research Notes. 6 (2), 212 (2023).</li><li>Perner, C., Sokol, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protocol+for+dissection+and+culture+of+murine+dorsal+root+ganglia+neurons+to+study+neuropeptide+release.">Protocol for dissection and culture of murine dorsal root ganglia neurons to study neuropeptide release.</a> STAR Protocols. 2 (1), 100333 (2021).</li><li>Bai, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-resolution+anatomical+rat+atlas.">A high-resolution anatomical rat atlas.</a> J Anatomy. 209 (5), 707-708 (2006).</li><li>Bian, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+hyaluronic+acid+hydrogel+crosslinking+density+and+macromolecular+diffusivity+on+human+MSC+chondrogenesis+and+hypertrophy.">The influence of hyaluronic acid hydrogel crosslinking density and macromolecular diffusivity on human MSC chondrogenesis and hypertrophy.</a> Biomaterials. 34 (2), 413-421 (2013).</li><li>Haberberger, R. V., Barry, C., Dominguez, N., Matusica, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+dorsal+root+ganglia.">Human dorsal root ganglia.</a> Front Cell Neurosci. 13, 271 (2019).</li><li>Schwaid, A. G., Krasowka-Zoladek, A., Chi, A., Cornella-Taracido, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+rat+and+human+dorsal+root+ganglion+proteome.">Comparison of the rat and human dorsal root ganglion proteome.</a> Scientific Rep. 8 (1), 13469 (2018).</li></ol>

이 연구의 저자들은 이해 상충이 없다고 선언합니다.

이 프로토콜은 성체 Sprague Dawley DRG를 수확하여 3D 천연 하이드로겔에서 배양하는 방법을 설명합니다. 이 방법과는 대조적으로, 생쥐와 랫드에서 DRG를 채취하는 다른 접근법은 척추를 분리하는 것입니다. 절제된 척추를 반으로 자르고 척수를 제거하여 DRG 23,24,25를 노출시킵니다. 척수의 손상은 혈액 공급을 제한하며, 이는 DRG와 ...

만성 통증은 전 세계적으로 장애와 실직의 주요 원인입니다1. 만성 통증은 전 세계 성인의 약 20%에게 영향을 미치며 상당한 사회적, 경제적 부담을 초래하고 있습니다.2 미국에서 매년 총 비용은 5,600억 달러에서 6,350억 달러 사이로 추산됩니다3.
만성 통증 환자가 나타내는 주요 말초 특징은 신경의 자극 역치가 낮아져 신경계가 자극에 더 잘 반응한다는 것입니다 4,5. 자극 역치가 낮아지면 이전에는 통증이 없었던 자극에 대한 고통스러운 반응(allodynia) 또는 고통스러운 자극에 대한 반응이 높아질 수 있습니다(통각과민증)6. 현재의 만성 통증 치료법은 효능이 제한적이며, 동물 모델에서 성공한 치료법은 통증 발현의 기계론적 차이로 인해 인간 대상 임상시험에서 실패하는 경우가 많다7. 말초 감작 메커니즘을 보다 정확하게 모방할 수 있는 시험관 내 모델은 새로운 치료제의 번역을 증가시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다 8,9. 또한, 배양 시스템에서 감작된 신경의 주요 측면을 모델링함으로써 연구자들은 낮은 임계값을 유발하는 메커니즘에 대한 더 깊은 이해를 개발하고 이를 역전시키는 새로운 치료 표적을 식별할 수 있습니다10.
이상적인 in vitro 플랫폼 또는 미세생리학적 시스템은 원위 신경돌기와 DRG(dorsal root ganglia) 세포체의 물리적 분리, 3차원(3D) 세포 환경, 생체 내 조건을 밀접하게 모방하기 위한 네이티브 지원 세포의 존재를 통합합니다. 그러나 Caparaso et al.11 의 최근 논문에 따르면 현재 DRG 배양 플랫폼에는 이러한 주요 기능 중 하나 이상이 부족하여 생체 내 조건에서 복제하기에 충분하지 않습니다. 이러한 플랫폼은 설정하기 쉽지만 말초 감작의 생물학적 기초를 모방하지 않으므로 in vivo 효능으로 변환되지 않을 수 있습니다. 이러한 한계를 해결하기 위해, 신경돌기 및 DRG 세포체의 시간적 유체 분리를 가능하게 하는 3개의 격리된 구획이 있는 하이드로겔 매트릭스 내에서 배근 신경절(DRG)의 배양 과정을 위해 생리학적으로 관련된 시험관 내 모델이 개발되었다11. 이 모델은 생리학적 및 해부학적 관련성을 모두 제공하며, 이는 체외에서 뉴런의 말초 감작을 연구할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
3D 배양에서 DRG 외식의 사용에 대한 관심이 높아지는 이유는 DRG 생존력의 간접 지표 역할을 하는 강력한 신경돌기 성장을 촉진할 수 있는 능력 때문이다12. 1차 신생아 또는 배아 DRG 외식은 현재 체외 배양 플랫폼에서 주로 사용되지만(13,14), 성인 설치류의 외식을 사용하는 것은 신생아 또는 배아 설치류의 외식생에 비해 인간 DRG 생리학을 밀접하게 모방하는 성숙한 신경 생리학의 더 나은 모델을 제공한다15. Explant DRG는 주로 native non-neuronal support cell을 유지함으로써 native DRG 조직의 세포 및 분자 조직을 보존하는 것을 말합니다. 여기에서 이 프로토콜은 다중 구획(MC) 장치에서 성인 Sprague Dawley 쥐의 DRG 이식물을 수확하고 배양하는 방법론을 설명합니다(그림 1).
경추, 흉추 및 요추에서 DRG를 배양하는 데 효능이 나타났으며 신경돌기 성장에서 눈에 띄는 차이는 없었습니다. 이 응용 분야의 목표는 장치의 외부 구획으로 신경돌기 성장을 유도하는 것이었습니다. 따라서 이 기사는 DRG 수준을 구분하지 않았습니다. 그러나 특정 실험에 필요한 경우 실험자의 요구에 맞게 DRG 수준을 조정할 수 있습니다. 현재 DRG16의 3D 배양을 위한 다른 구획화된 배양 모델이 있지만, 이러한 장치에는 번역을 제한할 수 있는 보존된 천연 비신경 세포 지원 세포가 포함되어 있지 않습니다. 채취한 DRG의 본래 구조를 보존하는 것은 DRG 뉴런과의 상호 작용이 이러한 뉴런의 기능적 특성을 유지하는 데 필수적인 비뉴런 지원 세포의 유지를 보장하기 때문에 중요합니다. 여러 연구에서는 해리된 DRG를 슈반(Schwann) 세포와 같은 비토착 신경 세포와 공동 배양하여 신경 세포의 수초화를 촉진했습니다 17,18,19.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>#5 forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11252-00</td>
			<td>For trimming and cutting DRG</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10x DMEM</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>D2429</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1x PBS (autoclaved)</td>
			<td>Prepared in lab</td>
			<td></td>
			<td>7.3 - 7.5 pH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 well plates</td>
			<td>VWR</td>
			<td>82050-892</td>
			<td>To temporarily store harvested and cut DRGs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 mL Syringe sterile, single use</td>
			<td>BD</td>
			<td>309657</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>48 well plates</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>677180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60 mm Petri dish</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB0875713A</td>
			<td>To hold media for trimming and cutting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminium foil</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>01-213-104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27 Plus 50x</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>17504044</td>
			<td>For DRG media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagen type I</td>
			<td>Ibidi</td>
			<td>50205</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curved cup Friedman Pearson Rongeur</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>16221-14</td>
			<td>For dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #3 forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11293-00</td>
			<td>For dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>16000044</td>
			<td>For DRG media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form cure</td>
			<td>Form Labs</td>
			<td></td>
			<td>curing agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Form wash</td>
			<td>Form Labs</td>
			<td></td>
			<td>To wash excess resins off MC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass bead sterilizer</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>NC9531961</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass vials (8 mL)</td>
			<td>DWK Life Sciences (Wheaton)</td>
			<td>224724</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMax</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>35050-061</td>
			<td>For DRG media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES (1M)</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>H0887</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High temp V2 resin</td>
			<td>FormLabs</td>
			<td>FLHTAM02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hyaluronic Acid Sodium Salt</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>53747</td>
			<td>Used to make MAHA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Irgacure</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>410896</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminin</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>344600501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Large blunt-nose scissors</td>
			<td>Militex</td>
			<td>EG5-26</td>
			<td>For dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Large forceps (serrated tips)</td>
			<td>Militex</td>
			<td>9538797</td>
			<td>For dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Large sharp-nosed scissors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14010-15</td>
			<td>For dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low Retention pipette tips</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>02-707-017</td>
			<td>For pipetting collagen and MAHA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methacrylated hyaluronic acid (MAHA)</td>
			<td>Prepared in lab</td>
			<td>N/A</td>
			<td>85 - 115 % methacrylation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nerve Growth Factor (NGF)</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>556-NG-100</td>
			<td>For DRG media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neurobasal A Media</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>10888022</td>
			<td>For DRG media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td>Bemis</td>
			<td>PM996</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td>Bemis</td>
			<td>PM996</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/Streptomycin (PS)</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>516106</td>
			<td>For DRG media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH test strips</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>BDH35309.606</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette tips (1000 &#181;L)</td>
			<td>USA Scientific</td>
			<td>1111-2021</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preform 3.23.1 software</td>
			<td>Formslab</td>
			<td></td>
			<td>To upload STL file</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rat</td>
			<td>Charles River</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Resin 3D printer</td>
			<td>Form Labs</td>
			<td>Form 3L</td>
			<td>3D printing MC device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small sharp-nosed scissors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14094-11</td>
			<td>For dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>S6014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Straight cup rongeur</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>16004-16</td>
			<td>For dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Straight edge spring scissors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>15024-10</td>
			<td>For dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical Scaplel blade (No. 10)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-079-690</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syring filters, PES (0.22 &#181;m)</td>
			<td>Celltreat</td>
			<td>229747</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tiny spring scissors</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>14003</td>
			<td>For trimming and cutting DRG</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV lamp</td>
			<td>Analytik Jena US</td>
			<td></td>
			<td>To photocrosslink hydrogel (15 - 18 mW/cm2)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

harvesting, embedding, and culturing dorsal root ganglia in multi-compartment devices to study peripheral neuronal features

통증의 가장 흔한 말초 신경 세포 특징은 자극 역치가 낮아지거나 배근 신경절(DRG)에서 말단 신경이 과민해지는 것입니다. 이러한 과민증의 제안된 원인 중 하나는 말초 조직의 면역 세포와 뉴런 간의 상호 작용과 관련이 있습니다. 체외 모델은 이러한 메커니즘이 어떻게 통각 수용기 과민증을 유발하는지 이해하는 데 기초적인 지식을 제공했습니다. 그러나 체외 모델은 효능을 인간에게 적용해야 하는 과제에 직면해 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 생리학적, 해부학적으로 관련성이 있는 in vitro 모델이 48웰 플레이트의 3개의 격리된 구획에서 온전한 DRG(dorsal root ganglia)의 배양을 위해 개발되었습니다. 1차 DRG는 인도적 안락사 후 성인 Sprague Dawley 쥐에서 수확됩니다. 과도한 신경근을 잘라내고 DRG를 배양에 적합한 크기로 절단합니다. 그런 다음 DRG는 천연 하이드로겔에서 성장하여 모든 구획에서 강력한 성장을 가능하게 합니다. 이 다중 구획 시스템은 신경 세포와 면역 세포 간의 상호 작용을 연구하기 위해 DRG 세포체를 신경돌기에서 해부학적으로 적절하게 분리하고, 생리학적으로 관련된 세포 유형 및 기계적 특성을 제공합니다. 따라서 이 배양 플랫폼은 치료 격리 전략을 조사하기 위한 유용한 도구를 제공하며, 궁극적으로 통증 예측을 위한 개선된 스크리닝 접근법으로 이어집니다.

Chronic pain is the leading cause of disability and loss of work globally1. Chronic pain affects about 20% of adults globally and imposes a significant societal and economic burden2, with total costs estimated between $560 and $635 billion every year in the United States3.
The main peripheral feature exhibited by chronic pain patients is a lowered stimulation threshold of nerves, which leads to the nervous system being more responsive to stimuli4,5. The lowered stimulation threshold can result in a painful response to a previously non-painful stimulus (allodynia) or a heightened response to a painful stimulus (hyperalgesia)6. Current chronic pain treatments have limited efficacy, and treatments that succeed in animal models often fail in human trials due to mechanistic differences in pain manifestation7. In vitro models that can more accurately mimic peripheral sensitization mechanisms have the potential to increase the translation of new therapeutics8,9. Further, by modeling key aspects of sensitized nerves in a culture system, researchers could develop a deeper understanding of the mechanisms that drive lowered thresholds and identify novel therapeutic targets that reverse them10.
The ideal in vitro platforms or microphysiological systems would incorporate the physical separation of distal neurites and dorsal root ganglia (DRG) cell body, a three-dimensional (3D) cellular environment, and the presence of native support cells to closely mimic in vivo conditions. However, a recent paper by Caparaso et al.11 shows that current DRG culture platforms lack one or more of these key features, making them insufficient in replicating in vivo conditions. Even though these platforms are easy to set up, they do not mimic the biological basis of peripheral sensitization and thus may not translate to in vivo efficacy. To address this limitation, a physiologically relevant in vitro model has been developed for the culture of dorsal root ganglia (DRG) within a hydrogel matrix with three isolated compartments to allow temporal fluidic isolation of neurites and DRG cell bodies11. This model offers both physiological and anatomical relevance, which has the potential to study peripheral sensitization of neurons in vitro.
The growing interest in the use of DRG explants in a 3D culture is due to their ability to facilitate robust neurite growth, which serves as an indirect indicator of DRG viability12. While primary neonatal or embryonic DRG explants are predominantly used in current in vitro culture platforms13,14, using explants from adult rodents provides a better model of mature neuronal physiology, which closely mimics human DRG physiology compared to explants from neonatal or embryonic rodents15. Explant DRGs refer to the preservation of the cellular and molecular tissue of native DRG tissue, primarily by maintaining native non-neuronal support cells.Herein, this protocol describes the methodology to harvest and culture DRG explants from adult Sprague Dawley rats in a multi-compartment (MC) device (Figure 1).
Efficacy has been shown in culturing DRGs from the cervical, thoracic, and lumbar spine with no observable differences in neurite growth. For this application, the objective was to elicit neurite growth into the outer compartments of the device; therefore, this article did not discriminate among DRG levels. However, if needed for a specific experiment, the DRG level can be tailored to meet experimenters&#39; needs. There are currently other compartmentalized culture models for the 3D culture of DRGs16, however, these devices do not contain preserved native non-neuronal support cells, which can limit translation. Preserving the native structure of harvested DRGs is important because it ensures the retention of non-neuronal support cells, whose interactions with DRG neurons are essential for maintaining the functional properties of these neurons. Several studies co-cultured dissociated DRGs with non-native neuronal cells such as Schwann cells to promote myelination of neurons17,18,19.

저자 스포트라이트: 만성 통증 치료 효능을 향상시키기 위한 In vitro 및 In vivo 모델

말초 신경 세포의 특징을 연구하기 위해 다중 구획 장치에서 등쪽 뿌리 신경절을 수확, 삽입 및 배양합니다.

본 프로토콜은 다중 구획(MC) 장치에서 성인 Sprague Dawley 쥐에서 DRG를 수확하고 배양하는 기술을 설명했습니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 성체 쥐에서 채취한 DRG를 잘라내어 ~0.5mm로 절단했습니다. 그런 다음 트리밍 및 절단된 DRG를 MC 장치의 소마 영역에 있는 하이드로겔에 삽입하고(그림 2) 신경돌기 정량 분석 전에 27일 동안 배양했습니다. D...

이 프로토콜은 다중 구획(MC) 장치에서 성인 Sprague Dawley 쥐에서 이식된 배근 신경절(DRG)을 수확하고 배양하는 기술을 제공합니다.

The most common peripheral neuronal feature of pain is a lowered stimulation threshold or hypersensitivity of terminal nerves from the dorsal root ganglia ...

harvesting-embedding-culturing-dorsal-root-ganglia-multi-compartment

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Harvesting, Embedding, and Culturing Dorsal Root Ganglia in Multi-compartment Devices to Study Peripheral Neuronal Features

552 조회수.  University of Nebraska-Lincoln. 우리의 연구는 만성 근골격계 통증에 기여하는 몇 가지 근본적인 메커니즘을 이해하여 새로운 표적 치료법을 개발할 수 있도록 하고자 합니다. 따라서 우리는 만성 요통 및 신경 세포 감작에 대한 시험관 내 및 생체 내 모델을 개발했습니다. 동물 모델에서 생체 내에서 작용하는 현재의 치료법은 동물 모델과 인간 피험자의 만성 통증 표현형 간의 기...

비디오: 저자 스포트라이트: 만성 통증 치료 효능을 향상시키기 위한 In vitro 및 In vivo 모델

The most common peripheral neuronal feature of pain is a lowered stimulation threshold or hypersensitivity of terminal nerves from the dorsal root ganglia (DRG). One proposed cause of this hypersensitivity is associated with the interaction between immune cells in the peripheral tissue and neurons. In vitro models have provided foundational knowledge in understanding how these mechanisms result in nociceptor hypersensitivity. However, in vitro models face the challenge of translating efficacy to humans. To address this challenge, a physiologically and anatomically relevant in vitro model has been developed for the culture of intact dorsal root ganglia (DRGs) in three isolated compartments in a 48-well plate. Primary DRGs are harvested from adult Sprague Dawley rats after humane euthanasia. Excess nerve roots are trimmed, and the DRG is cut into appropriate sizes for culture. DRGs are then grown in natural hydrogels, enabling robust growth in all compartments. This multi-compartment system offers anatomically relevant isolation of the DRG cell bodies from neurites, physiologically relevant cell types, and mechanical properties to study the interactions between neural and immune cells. Thus, this culture platform provides a valuable tool for investigating treatment isolation strategies, ultimately leading to an improved screening approach for predicting pain.

This protocol provides a technique to harvest and culture explanted dorsal root ganglion (DRG) from adult Sprague Dawley rats in a multi-compartment (MC) device.