Method Article
Procuramos definir a sinalização neural imunológico responsável por pré-condicionamento frio, como meios para identificar novos alvos para o desenvolvimento de terapias para proteger o cérebro antes do início da lesão. Apresentamos estratégias para esse trabalho que exigem sistemas biológicos, manipulações experimentais mais capacidades técnicas que são altamente reprodutíveis e sensíveis.
Lesão neurológica é uma causa freqüente de morbidade e mortalidade da anestesia geral e relacionados com os procedimentos cirúrgicos que poderia ser atenuado pelo desenvolvimento de medidas eficazes, fácil de administrar e seguro pré-tratamentos. Procuramos definir a sinalização neural imunológico responsável por pré-condicionamento frio, como meios para identificar novos alvos para o desenvolvimento de terapias para proteger o cérebro antes do início da lesão. Baixo nível mediador pró-inflamatório sinalização mudanças ao longo do tempo são essenciais para a frio pré-condicionamento neuroproteção. Esta sinalização é consistente com os princípios básicos da hormese condicionado fisiológicas, as quais requerem que os estímulos irritativos alcançar uma magnitude limite de tempo suficiente para a adaptação aos estímulos para a proteção se torne evidente.
Assim, o delineamento da sinalização imunes envolvidos na neuroproteção frio pré-condicionamento requer que os sistemas biológicos e manipulações experimentais mais capacidades técnicas são altamente reprodutíveis e sensíveis. Nossa abordagem é a utilização de culturas fatia hipocampal como um modelo in vitro que reflete suas contrapartes em vivo com multi-sinápticos de redes neurais influenciadas por macroglia maduro e quiescente / microglia. Este estado glial é particularmente importante para microglia uma vez que são a principal fonte de citocinas, que são operativas na faixa femtomolar. Além disso, culturas fatia pode ser mantida in vitro por várias semanas, que é tempo suficiente para evocar estímulos ativando e avaliar respostas adaptativas. Finalmente, as condições ambientais pode ser controlada com precisão usando culturas fatia para que citocina sinalização de frio pré-condicionamento pode ser medido, imitou, e modulados para dissecar os aspectos nó crítico. Análises de citocinas sistema de sinalização de exigir o uso de técnicas sensíveis e reprodutíveis multiplexados. Usamos PCR quantitativo para o TNF-α para a tela para ativação da microglia seguido de triagem quantitativa array real-time qPCR para avaliar mudanças nos tecidos de largura de citocinas. Este último é um meio mais sensível e reprodutível para medir sistema de sinalização de citocinas várias alterações em simultâneo. Mudanças significativas são confirmadas com qPCR alvo e, em seguida, a detecção da proteína. Nós sonda para o tecido baseado em alterações de citocinas proteína usando ensaios microesfera multiplexados por citometria de fluxo usando a tecnologia Luminex. Células específicas da produção de citocinas é determinada com o dobro de rótulo imuno-histoquímica. Tomados em conjunto, esta preparação tecido cerebral e estilo de uso, juntamente com as estratégias sugeridas de investigação, pode ser uma abordagem ideal para a identificação de alvos potenciais para o desenvolvimento de novas terapêuticas que possam imitar as vantagens de frio pré-condicionamento.
Técnicas estéreis e assepsia são fundamentais para a preparação, manutenção e uso de culturas fatia por períodos prolongados. Além disso, a justificativa para o uso de culturas fatia somente após 18 dias in vitro é baseada na evidência que indica excitatórios e inibitórios transmissão sináptica torna-se mais maduro, e glia (astrócitos e microglia) tornam-se quiescentes e consistente com os seus homólogos em vivo (Figura 1 ).
1. Preparação e manutenção das Culturas Slice Hippocampal
2. Pré-screen vitalidade das culturas Slice
3. Frio Precondicionamento
4. Lesão excitotóxico
5. Co-tratamentos aplicados com frio pré-condicionamento
Uma vantagem importante das culturas fatia é que a condição ambientals pode ser controlada com precisão. Isto significa que a sinalização de citocinas de frio pré-condicionamento pode ser medido, imitou, e modulados para dissecar os aspectos nó crítico.
6. Imediata e tardia ferimento excitotoxic após a frio pré-condicionamento
7. RNA Isolation
Os procedimentos seguinte expressão de genes são escalados para uma cultura única fatia.
8. Quantificação de RNA
9. SYBR Green PCR quantitativa
10. PCR quantitativo para Microarrays
Quantitativa em tempo real triagem série qPCR é um meio altamente sensível e reprodutível para sonda de baixo nível mudanças expressão mediador inflamatório.
11. Multiplexados Microesfera Fluxo Assay citometria Proteômica
12. Imuno-histoquímica
13. Resultados representante
Figura 1. Aparecimento de culturas fatia do hipocampo e microglia. A imagem da esquerda mostra uma típica maduras (ou seja, 21 dias in vitro) cultura fatia hipocampal mancha com NeuN (verde) para ilustrar a citoarquitetura dos neurônios principal. Neurônios piramidais são mostrados em áreas CA1 e CA3 e dentcomeu giro (DG) neurônios para a esquerda. Barra de escala é de 250 mM. A imagem da direita é derivada da área CA1 e mostrado com maior poder para ilustrar a qualidade da microglia ramificada quiescentes dentro das culturas fatia maduro. As células foram marcadas com o marcador de superfície da microglia, CD11b. Barra de escala é 50 mm.
Figura 2. Frio pré-condicionamento neuroproteção em culturas fatia do hipocampo. Culturas são incubadas com Sytox Green, um marcador de células fluorescentes marcados mortos. A linha superior mostra as culturas do grupo controle ea linha inferior mostra fatias expostas a 28 ° C por 90 min. Mão esquerda, pré-seleciona as imagens não mostram nenhuma lesão CA1. Relativa lesão escala de calibração de cores é mostrado na imagem superior esquerda. Imagens linha do meio mostram lesão cultura relativa fatia de 24 horas após a exposição a 20 mM NMDA. Observe que o falso controle de lesão é maior do que culturas expostas a frio pré-condicionamento (PC). Tradicionalmente, as culturas são expostas a 20 mM NMDA durante a noite para maximizar CA1 níveis de lesão neuronal e lesões relativa de CP v. farsa, anotado como uma relação de lesão / lesão máxima. Entretanto, a exposição a estímulos lesão máxima pode não ser suficiente para superar a neuroproteção de pré-condicionamento. Assim, o uso de índices de lesões / ferimentos máxima pode não refletir com precisão a neuroproteção de pré-condicionamento. Isto é evidente nas imagens que mostram a mão direita CP níveis máximos são inferiores aos dos controles sham.
Figura 3. Esquemáticos ilustrando a utilidade de usar inicial, primeiro dia medições para quantificar os níveis de lesão na pré-condicionamento frio experimentos. Como mencionado acima, encontramos que o uso de índices (lesão / lesão máxima) pode obscurecer a neuroproteção de frio pré-condicionamento. Isto pode ser visto a partir do esquema para a esquerda, onde ferimentos farsa é mostrado em vermelho e que, depois de frio pré-condicionamento em azul. Um dia após a exposição ao frio NMDA pré-condicionamento mostra um parente nível "3" de lesão v. sham ("5") de controle, de acordo com neuroproteção 40%. No entanto, se um formato tradicional com ratios (ou seja, lesões / ferimentos máxima) é usado, nenhuma proteção é evidente [ie, (10/05) = 50% para sham v. (06/03) = 50% para cold-pré-condicionamento ].
Figura 4. Resultado qPCR Typial são mostrados. Superior curva do número de cópias de RNA v. ciclo limite para a amplificação mostrando controles (azul) e amostras experimentais (vermelho). Imagem inferior mostra perfis de amplificação típico para quatro amostras (preto, verde, amarelo e roxo). Observe o último ciclos limite Ct (marcado pela linha laranja) ocorrem em 26,0, 29,5, 31,0 e 32,5.
Figura 5. Duplo-label imunocoloração usado para confirmar qPCR e resultados disposição qPCR A cultura fatia foi processado para IL-11 (vermelho) e NeuN (verde, para marcar os neurônios). Sondar qual o loci expressão celular de IL-11. Observe que alguns neurônios piramidais (setas) mostram IL-11 e coloração NeuN (amarelo), enquanto algumas células menores (setas), presume-se que os astrócitos, mostram só aumentou IL-11 coloração (vermelho).
Dois conceitos de fundamental importância importante para o delineamento do sistema de sinalização de citocinas envolvidas no frio pré-condicionamento neuroproteção são ilustrados nas Figuras 6 e 7. Primeiro, as citocinas são concentração extremamente baixa moléculas de sinalização no cérebro normal. No entanto, as mudanças fisiológicas concentração de citocinas têm um imenso potencial para alterar a estrutura e função cerebral (ie, fenótipo) por causa de sua capacidade de alterar a expressão gênica (Figura 6). Além disso, as citocinas são altamente redundante e pleiotrópicos em que múltiplas citocinas podem ter efeitos semelhantes e uma citocina pode ter efeitos única variável (Figura 7). Assim, estabelecer com precisão a inata citocinas bases para a neuroproteção de frio pré-condicionamento (ou outros estímulos fisiológicos pré-condicionamento), análise de composição de variáveis relacionadas com a sinalização deve ser determinada. Isto é conseguido através de estratégias de ensaio multiplex. Isto irá estabelecer a citocina "assinatura" de frio pré-condicionamento neuroproteção.
Figura 6. Poder de sinalização de citocinas no cérebro. As ilustrações transmitir o imenso poder de sinalização de concentrações fisiológicas de citocinas cerebrais em comparação com as concentrações de outros bem conhecidos homólogos. Concentração é representada como o inverso da distância, começando com um bigode de gato único como ponto de referência. De sódio (10 -1 M ilustrado por um grão de pimenta) e potássio (10 -3 M ilustrado por um tomate) estão presentes no espaço intersticial do cérebro em níveis de cerca de 150 mM e 3, respectivamente, e têm bem reconhecida em papéis função das células neurais eletrofisiológico. Da mesma forma, pH (ou seja, ~ 10 -7 M níveis de íons de hidrogênio e ilustrado como 780 metros ao longo das proximidades do lago de Chicago) e cálcio (ie, ~ 10 -8 níveis M mostrado como 7,8 km visto de uma imagem de satélite do Google ao longo do lago de Chicago McCormick lugar para Promontory Point no Hyde Park, perto da Universidade de Chicago). Além disso, os neurotransmissores liberados no espaço intersticial sobre estas concentrações afetar a atividade cerebral região local. Em contraste, as citocinas (mostrado como a distância da Terra a Marte) podem alterar a função cerebral em concentrações mais de dez milhões de vezes menos.
Figura 7. Sinalização de vias interativas citocina inata. Citocinas são altamente redundantes e pleiotrópicos em que múltiplas citocinas podem ter efeitos semelhantes e uma citocina único pode ter vários efeitos. Essa diversidade decorre de sinalização interativo complexo que ocorre no nível de ligantes, receptores e fosfoproteínas. Maior complexidade decorre do fato de que o cérebro é composto por diferentes tipos de células, com cada um capaz de células específicas de citocinas inata, receptor, e as mudanças fosfoproteína relacionados. Para fins ilustrativos aqui, só citocina inata vias de sinalização (derivado de estudos com células imune) são mostrados. Para simplificar, o cérebro é desenhada como uma única célula (linha branca), mostrando as interações potencial de citocinas inata (IL-1α e IL-1β (referido aqui como IL-1α / β), TNF-α, IL-6, IFN-γ e IL-10), receptores (IL-1R1, TNFR1, IL-6/gp130, IFNγR, e IL-10R), e fosfoproteínas (ie, quinases ERK1 / 2, P38 (P38-MAPK) e JNK) e fatores de transcrição (ATF-2, NFκB e STAT3). Por exemplo, TNF-α sinais via TNFR1 de JNK, p38-MAPK e ERK1 / 2, o que desencadeia a expressão do gene através de ATF-2. TNF-α também altera a expressão do gene diretamente através da ativação NFκB. Juntos, ativação desses fatores de transcrição evocar aumentada (seta) e diminuição (fim blunt) expressão de citocinas e seus receptores, como indicado. Importante, essas vias mostram que as mudanças em uma citocina (por exemplo, TNF-α) de produção influência de outros (por exemplo, IL-1β) citocinas. Assim, para estabelecer com precisão a citocina-bases para a neuroproteção de frio pré-condicionamento, análise composta de variáveis relacionadas com a sinalização deve ser determinada. Isso irá estabelecer o inato citocina "assinatura" de frio pré-condicionamento. (A imagem foi compilado a partir de dados de referência # 25.)
Este trabalho foi financiado por doações do Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame (NS-19108), a Fundação de Pesquisa de enxaqueca, ea Fundação Branca Richard P. Kraig. Ms. Marcia P. Kraig assistida na preparação de meios de cultura e manutenção de culturas fatia. Agradecemos a Yelena Grinberg por seus comentários e revisões sobre a versão final deste artigo.
Preparação das Culturas Slice
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
Millicell-CM tecido insere a cultura (30 mm) | Thermo Fisher | PICM0-3050 | |
Basal Medium Águia | Invitrogen | 21010 | |
Solução salina balanceada de Earle s | Sigma | E2888 | |
Soro de cavalo | Invitrogen | 26050-088 | |
Glutamax | Invitrogen | 35050 | |
Gentamicina | Invitrogen | 15710-064 | |
Fungizone | Invitrogen | 15295 | |
D-glucose | Sigma | G8769 | |
BSL-1 coifa | Padeiro | ||
McIlwain helicóptero tecido | Brinkmann | ||
Discos de teflon | Brinkmann | 023-49-310-1 | |
Espátula | Thermo Fisher | 14-373-25A | |
Curvo íris tesoura | Multa Ferramentas Ciência | 14091-09 | |
Tesoura reta longa | Multa Ferramentas Ciência | 14002-14 | |
Forceps longo | Thermo Fisher | 13-812-40 | |
Pinças anguladas | Multa Ferramentas Ciência | 11808-02 | |
Fórceps curta | Thermo Fisher | 13-812-38 | |
# 5 Inox forceps | Multa Ferramentas Ciência | 11254-20 | |
Iris 2 espátulas | Multa Ferramentas Ciência | 10094-13 | |
150 x 15 mm placas de Petri | Thermo Fisher | 08-757-148 | |
60 x 15 mm placas de Petri | Thermo Fisher | 08-757-100B | |
Estereomicroscópio M8 selvagens | Selvagens Heerbrugg | ||
Solução Gey s sal equilíbrio | Sigma | G9779 | |
Blak-Ray ondas curtas metros medição Ultraviolet | UVP | J-225 | |
6-cultura bem pratos Falcon | Thermo Fisher | 08-772-1B | |
Neurobasal | Invitrogen | 21103 | |
B27 suplemento | Invitrogen | 17504 | |
Gem21 Neuroplex | Bioproducts gemini | 400-160-010 | |
Ácido ascórbico | Sigma | A4544 | |
CO 2 Analyzer | Bacharach | # 2820 |
Pré-seleção para a vitalidade das culturas Slice
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
Sytox Verde | Invitrogen | S7020 | |
DMIBRE microscópio invertido | Leica |
Frio Precondicionamento
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
BSL-2 coifa | NuAire |
Lesão excitotóxico
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
CoolSnap fx câmera CCD | Fotométricos | ||
Fluoroscein | Invitrogen | F36915 | |
Metamorph software | Os dispositivos moleculares | v. 7.5.04 | |
100 mM hemacitómetro profunda | Hausser Scientific | ||
N-metil-D-aspartato | Calbiochem | 454575 | |
SigmaStat software | Systat Software Inc. | v. 3.5 |
Co-tratamentos aplicados com frio Precondicionamento
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
sTNFR1 | R & D Systems | 425-R1-050 | |
Albumina de soro bovino | Sigma | A-4503 |
RNA Isolation
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
Ater RNAl | Ambion | AM7021 | |
Micro RNEasy Kit | Qiagen | 74004 | |
β-mercaptoetanol | Pescador | 03446-100 | |
Diposable 1,5 RNAse-free Pestle | Ferramenta de precisão do Sul Jersey e Mold, Inc. | 749521-1590 | |
RNasin | Promega | N261A | |
Tris [hidroximetil] aminometano | Sigma | T3069 | |
EDTA (ácido etilenodiaminotetracético sal dissódico hidratado | Sigma | # E7889 |
Quantificação de RNA
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
RiboGreen Assay | Invitrogen | R11491 | |
Levedura tRNA | Invitrogen | 15401-011 | |
1,5 mL tubos de centrífuga | EUA Scientific | 16155500 | |
De 96 poços da placa do teste de fluorescência | Nunc | DK-4000 | |
De 96 poços leitor de placas fluorescentes | Tecan | Safire II |
PCR quantitativo
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
iScript kit de transcrição reversa | Bio-Rad | 170-8891 | |
SYBR Green | Invitrogen | S7563 | |
Polimerase Taq Platinum | Invitrogen | RNA Ultrasense 11732-927 | |
iCycler termociclador | Bio-Rad | iCycler Módulo Óptico | |
iCycler software do sistema | Bio-Rad | v. 3.1 |
PCR quantitativo para Microarrays
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
RNase Fora | Bioprodutos Molecular | # 7000 | |
RT 2 Kit First Strand | SABiosciences | C-03 | |
SYBR Green PCR baseado mix | SABiosciences | PA-011 | Específicas para iCycler |
RT 2 Profiler Matriz PCR | SABiosciences | Parn-011A |
Ensaio proteômica
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | CatálogoNúmero / Modelo | Comentários |
Kit lise celular | Bio-Rad | 171-304011 | |
Microcentrífuga | Fisher Scientific | Micro 7 | |
BSA estoque de proteína | Bio-Rad | 500-0007 | |
BCA kit ensaio de proteína | Thermo Scientific | 23225 | |
Imuno 96 poços da microplaca | Nunc | 449824 | |
Fita de vedação | Bio-Rad | 2239444 | |
De 96 poços leitor de placas | Perkin Elmer | 1420-mulilabel counter | |
Bioplex Rat dosagem de citocinas TNF-α | Bio-Rad | X0000001T |
Imunomarcação
Nome do reagente / Equipamentos | Companhia | Catálogo / Número modelo | Comentários |
Paraformaldeído 16% | Alfa Aesar | 43368 | |
Lisina | Sigma | L-6001 | |
Fosfato de sódio | Fisher Scientific | S374-1 | |
Periodato de sódio | Sigma | S-1878 | |
Azida de sódio | Sigma | S-2002 | |
Peróxido de hidrogênio (30%) | Sigma | H1009 | |
Soro de cabra | Colorado Empresa Serum | CS 0920 | |
Triton X-100 | Sigma | T-8787 | |
Pratos coloração | Ted Pella, Inc. | 14511 | |
Placa Shaker | Lab-Line Instruments, Inc. | 3520 | |
# 1 papéis de filtro (185 mm) | Whatman | 1001-185 | |
3,3-diaminobenzidina | Sigma | D8001 | |
Dimetilsulfóxido | Sigma | D8418 | |
Etanol | Pharmco-AAPER | 111000200 | |
Xileno | Fisher Scientific | X3s-4 | |
Permount meios de montagem | Fisher Scientific | SP15-100 | |
Criostato | Leica | 050 cm 3 S | |
Tissue-Tek | Ted Pella, Inc. | 27050 | |
Fina ponta pincel | Ted Pella | 11806 | |
Caneta PAP bloqueio | Ted Pella, Inc. | 22309 | |
SFX sinal enhancer | Invitrogen | A31631 | |
Prolongar Antifade | Invitrogen | P7481 |
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