Isolando Nasal Células-Tronco olfativo dos roedores ou humanos

Resumo

Descrevemos aqui um método para biopsying mucosa olfativa de ratos e humanos cavidades nasais. Essas biópsias podem ser utilizados tanto para identificar anomalias molecular em doenças cerebrais ou isolar células-tronco adultas multipotentes que podem ser utilizados para o transplante de células em modelos animais de trauma cerebral / doença.

Resumo

A mucosa olfativa, situado na cavidade nasal, é responsável pela detecção de odores. É também o único tecido nervoso que está exposta ao ambiente externo e de fácil acesso em cada indivíduo vivo. Como resultado, este tecido é única para qualquer pessoa com o objetivo de identificar anomalias molecular no cérebro patológico ou isolar células-tronco adultas para terapia celular.

Anormalidades moleculares em doenças cerebrais são frequentemente estudadas usando amostras de tecido nervoso coletado post-mortem. No entanto, este material tem limitações numerosas. Em contraste, a mucosa olfativa é facilmente acessível e pode ser biopsiados com segurança, sem qualquer perda de sentido do olfacto ^1. Assim, a mucosa olfativa fornece uma "janela aberta" no ser humano adulto através da qual se pode estudar de desenvolvimento (por exemplo, autismo, esquizofrenia) ^2-4 ou neurodegenerativas (Parkinson, por exemplo, Alzheimer) doenças ^4,5. Mucosa olfativa pode ser usado tanto para estudos comparativos molecular ^4,6 ou em experimentos in vitro na neurogênese ^3,7.

O epitélio olfativo também é um tecido nervoso que produz novos neurônios a cada dia para substituir aqueles que estão danificados pela poluição, bacteriana de infecções virais. Este neurogênese permanente é sustentada pelos progenitores, mas também células-tronco que residem em ambos os compartimentos da mucosa, ou seja, o neuroepitélio e ^10/08 lâmina própria subjacente. Recentemente, desenvolveu um método para purificar as células-tronco adultas localizadas na lâmina própria e, depois de ter demonstrado que elas estão intimamente relacionadas com a medula óssea células-tronco mesenquimais (MSC-BM), que nomeou células olfativas ecto-mesenquimais (OE- MSC) ^11.

Curiosamente, quando comparado ao BM-MSCs, OE-MSCs exibir uma alta taxa de proliferação, uma clonogenicity elevada e uma inclinação de se diferenciar em células neurais. Aproveitamos essas características para realizar estudos dedicados a desvendar genes novo candidato na esquizofrenia e ⁴ da doença de Parkinson. Nós e os outros também têm demonstrado que OE-MSCs são promissores candidatos para terapia celular, depois de um trauma na medula espinhal ^12,13, a lesão coclear ¹⁴ ou em um modelo animal da doença de Parkinson ¹⁵ ou amnésia ^16.

Neste estudo, apresentamos métodos para biópsia da mucosa olfativa em ratos e seres humanos. Após a coleta, a lâmina própria é enzimaticamente separada do epitélio e as células-tronco são purificados usando um enzimáticos ou um método não-enzimática. Purificada de células-tronco olfativas pode então ser cultivado em grande número e depositado em nitrogênio líquido ou induzido a formar esferas ou diferenciados em células neurais. Essas células-tronco também podem ser usados ​​para omics comparativa (genômica, transcriptomic, epigenômico, proteômica) estudos.

Protocolo

1. Coleção de Mucosa olfatória em Ratos

1. Comece preparando três pratos de 35 milímetros Petri cheia de DMEM / HAM F12 meio de cultura em uma capa cultura limpa.
2. Qualquer método de eutanásia deve ser previamente aprovado pelo cuidado da instituição animal e comissão de uso e realizado por pessoal qualificado. Depois que o rato entrou anestesia profunda com pentobarbital sódico ou outras formas de anestesia injetável, tais como a cetamina / xilazina, decapitar e remover a pele. Os anestésicos inalantes deve ser evitado. Adequação da anestesia será avaliada por pinch pés antes de decapitação. Remova o maxilar inferior com uma tesoura e com a ajuda de um rongeur, eliminar os músculos faciais de ambos os lados.
3. A partir da volta dos incisivos, retire com uma rongeur o osso que cobre a cavidade nasal, um lado de cada vez. Cornetos olfativa entram em vista como laranja / marrom órgãos localizados na parte de trás do nariz.
4. Delicadamente descartar as conchas com uma pinça. Usando uma agulha de calibre 26, isolar a mucosa olfativa deitado no septo, cortando o tecido ao longo de três linhas: o arco da placa perpendicular, lâmina crivosa e teto da cavidade nasal.
5. Coletar biópsias de ambos os lados e transferi-los em um DMEM / HAM placa de Petri F12-cheia. Este procedimento não deve demorar mais do que 10 minutos do início da eutanásia.
6. Agora, a fim de remover o muco, a transferência das biópsias duas vezes em pratos de Petri cheia médio.

2. Coleção de Mucosa olfatória em seres humanos

1. Este procedimento deve ser realizado por um Ouvido, Nariz e Garganta (ENT) cirurgião, de acordo com o comitê de ética local relevante (s), e cada ambulatorial deve assinar um termo de consentimento informado.
2. Usando um 0 ° ou 30 ° endoscópio rígido (4 mm de diâmetro), inspecionar ambas as fossas nasais e avaliar a presença de pólipos putativa ou qualquer lesão inflamatória. Escolher a melhor cavidade nasal, tendo em conta o desvio do septo.
3. Usando um aplicador de algodão, aplicar uma anestesia local, como a lidocaína com epinefrina, por 10 minutos.
4. Com uma pinça throughcut etmóide, coletar uma biópsia dois quadrados milímetros ou na raiz do aspecto medial da concha média ou no septo na área dorsomedial.
5. A biópsia olfativa é então transferido, usando uma agulha estéril, em um tubo estéril 2 ml preenchida com 1 ml de DMEM / HAM F12. Dica do tubo de cabeça para baixo para se certificar de que a biópsia está imerso em meio de cultura.
6. Insira o tubo em um recipiente refrigerado e transportá-lo para o laboratório de pesquisa. Nesta fase, a biópsia pode ser usado por si para estudos comparativos molecular focada em doenças específicas do cérebro ou processados ​​para gerar células-tronco.

3. Isolamento de células estaminais da mucosa olfativa Humanos e Rat

1. Lavar as biópsias em DMEM / HAM F12. Incubar as biópsias em um prato de Petri preenchida com 1 ml de solução dispase II (2,4 UI / ml), por 1 hora a 37 ° C.
2. Em seguida, sob um microscópio de dissecação com uma luz difratada invertido, o epitélio olfativo é removido da lâmina própria subjacente usando uma espátula de micro.
3. O epitélio olfativo é mais fino e olha translúcido sobre um fundo preto em comparação com a lâmina própria que é listrada de laranja / marrom. Sobre um fundo branco, o epitélio parece cinza e lâmina própria, marrom.
4. Uma vez purificado, transferir a lâmina em uma placa de Petri cheia de DMEM / HAM F12.
5. Se o tecido é de um roedor, em seguida, corte da lâmina própria em pequenos pedaços com duas agulhas 25. Em seguida, transferir as peças para um tubo de 15 ml preenchida com 1 ml de colagenase IA.
6. No tubo, com uma pipeta de plástico estéril, dissociar o tecido. Então, incubar o tubo por 10 minutos a 37 ° C.
7. Para terminar a dissociação, agite levemente o tubo e adicionar 9 ml de Ca-Mg-livre e livre PBS e centrifugar a 200 g por 5 minutos.
8. Ressuspender o pellet celular em DMEM / HAM F12 meio de cultura suplementado com soro bovino fetal a 10%, antibióticos e placa em placas de cultura de plástico.
9. Agora, se o tecido é humano, então a fatia de lâmina em 3 a 4 peças com uma espessura variando de 200 a 500 mm.
10. Inserir cada tira em seu prato 2 centímetros de diâmetro própria cultura e cobrir o tecido com 1,3 centímetros de diâmetro estéril lamínulas de vidro.
11. Então, adicionar 500 mL de meio de cultura (DMEM / HAM F12 suplementado com soro bovino fetal 10% e antibióticos) para cada placa de cultura.
12. Para qualquer tipo de tecido, renovar o meio de cultura a cada 2 a 3 dias.
13. Cinco a sete dias após, as células-tronco começará a invadir a placa de cultura e após duas semanas devem ser confluentes. Quando confluência é atingido, a passagem e transferência das células para frascos de cultura.

4. Formação esfera e difere Neuronalntiation de Células-Tronco Olfactory

1. Para gerar esferas de células-tronco, incubar os frascos por duas horas a 37 ° C com poli-L-lisina. (TEXTO: 5 g/cm2).
2. Placa as células com uma densidade de 16.000 células por centímetro quadrado nos frascos tratada.
3. A cada dois dias, alimentar as células com 0,2 ml por centímetro quadrado de meio suplementado (DMEM / HAM F12 suplementado com insulina, transferrina, selênio (ITS-X, 1%), EGF (50 ng / ml) e FGF2 (50 ng / ml)).
4. Dois a cinco dias depois, recolher as esferas de células de flutuação e ou re-plate ou dissociá-los antes do miocárdio em modelos animais de terapia celular.
5. Para diferenciar as células-tronco em neurônios olfativos células semelhantes, cultivá-las por 21 dias em meio contendo Neurobasal B-27, a penicilina, estreptomicina glutamina e glutamato.
6. Em seguida, fazer mudanças de médio a cada 3 dias. Neurônio-como pilhas deve aparecer após 2-3 semanas.

5. Resultados representativos:

Nasal humana explante-outgrowing células-tronco (Figura 2A) estão se dividindo rapidamente e confluência pode ser alcançado dentro de 1-2 semanas. Uma característica chave da stemness, expressão nestina, foi avaliado (Figura 2B). Quando cultivada em poli-L-lisina com um meio de cultura sem soro suplementado com EGF (50 ng / ml) e FGF2 (50 ng / ml), as células-tronco olfativas dar origem a esferas (figura 2C). Quando cultivada em soro contendo meio de cultura recém-esferas banhado dar origem a células que expressam GFAP (~ 50%), tubulina células que expressam (~ 10-15%) e O4 células que expressam (~ 2-5%) ⁹ (Figuras 2D-F). No entanto, o destino das células-esfera derivada pode ser modificado. Por exemplo, quando cultivada em meio de cultura suplementado com B27 Neurobasal e glutamato, a maioria dos nasal células-tronco em neurônios olfativos semelhantes células expressando β-tubulina III (Figura 2G) e MAP2 (Figura 2H).

Figura 1. Esquema geral do experimento. Biópsias mucosa olfativa são excisadas de rato ou cavidade nasal humana. Explantes podem ser usados ​​por si só para fins comparativos, estudos moleculares visando identificar biomarcadores em doenças cérebro. Para isolar células-tronco olfativas, as interações entre a lâmina própria eo epitélio neuro-são interrompidas com o II dispase enzima e, após 45 minutos, o epitélio é removido com uma espátula micro. Células-tronco de roedores olfativos são mais selecionados por dissociar a lâmina com colagenase IA. Para o tecido humano, pedaços de lâmina olfativa são cultivadas em lamínula de vidro até que as células-tronco outgrowing invadir todo o bem. Depois de proliferação, usando um meio de cultura apropriado, células-tronco olfativas pode gerar esferas ou se diferenciar em neurônio-como pilhas. Células-tronco olfativas pode ser usado para i) doenças reparação cerebral ou trauma ou ii) identificar marcadores moleculares do centro de doenças do sistema nervoso. Ilustrações são feitas com a ajuda de Servier Arte Médica.

Figura 2. Cultura e diferenciação de células-tronco humanas nasal olfativo. Células-tronco humanas crescem fora da lâmina própria explante (A) se dividem rapidamente, quando cultivadas em meio de soro contendo. Células-tronco expressar a stemness marcador nestina (B). Quando semeadas em poli-L-lisina revestido de plástico e cultivadas em meio de cultura sem soro suplementado com EGF e FGF2, células-tronco olfativas gerar esferas (C). Esfera células derivadas, quando banhado no soro contendo meio de cultura, dar origem a células que expressam GFAP (~ 50%), tubulina células que expressam (~ 10-15%) e O4 células que expressam (~ 2-5%) ⁹ (DF). Quando cultivada em meio de cultura suplementado com B27 Neurobasal e glutamato, que se diferenciar em neurônio-como células que expressam β-tubulina III (G) e MAP2 (H).

Discussão

As técnicas apresentadas aqui fazer o roedor e mucosa olfativa humana um modelo útil para a investigação clínica sobre as causas de doenças neurodegenerativas e do desenvolvimento neurológico, bem como uma ferramenta para reparar o cérebro patológicos ou traumatizados. O protocolo é relativamente simples e pode ser facilmente realizado por um biólogo celular experientes. A taxa de sucesso para as técnicas de biópsia e cultura é alto.

Etapas críticas

• Para a coleta de mucosa olfativa em roedores, é recomendado não exceder um limite de tempo de 10 minutos entre a eutanásia ea excisão final do tecido olfativo.
• A dissociação da lâmina própria de roedores olfativa é geralmente obtida após 10 min. incubação em colagenase IA. Se não, recomendamos a recolher no dia seguinte o sobrenadante em que os bits não dissociado do flutuador lâmina própria, centrífuga que em 200 g e mecanicamente dissociar a lâmina flutuante usando uma pipeta Pasteur antes repique as células em um novo poço. O primeiro poço que contém as células já anexado é preenchido com meio de cultura fresco.
• Para a lâmina própria humana, que é mais compacto que o tecido de roedores, não recomendamos uma dissociação enzimática. O tecido é cortado e cada explante é inserido entre o fundo do prato de plástico e uma lamela de vidro. Culturas bem sucedidas incluem explantes cuja espessura variam de 200 a 500 mm.

Possíveis modificações

• O protocolo atual pode ser ligeiramente modificada, a fim de gerar neurônios olfativos in vitro. Para esse efeito, o neuro-epitélio não é removido ea mucosa olfativa é todo cortado com um helicóptero McIlwain (200 espessura mm). Cada explante é banhado em um prato, parcialmente secos durante uma hora e depois reidratados com FCS contendo meio de cultura. Durante os primeiros dias pós-revestimento, células epiteliais e mesenquimais crescer fora do explante. Então, progenitores neurônio vai migrar no topo desta camada de células e se diferenciar em neurônios.
• Purificação de células-tronco olfativas pode ser conseguido usando citometria de fluxo. Marcadores de superfície específicos podem ser recuperadas a partir da lista publicada no jornal caracterização ^11.
• Para experimentos de transplante, é possível usar uma linhagem de ratos cujas olfativa células-tronco são GFP-positivo. Esta cepa de ratos (Sprague Dawley, eGFP conduzido pelo promotor PGK) está disponível em ITERT (Nantes, França). Para inserir o gene GFP em células-tronco olfativas, nós usamos um método baseado na infecção lentivírus.
• Este trabalho está focado em células olfativas ecto-mesenquimais. No entanto, outro tipo de célula de interesse, as células olfativas ensheathing, pode ser purificado a partir do mesmo tecido. Nós descrevemos um método para a sua recolha e tratamento ^1,17 e usamos nasal humana células ensheathing para um ensaio clínico de fase I / IIa clínicos em pacientes paraplégicos ^18.
• Como um membro da superfamília de células-tronco mesenquimais, OE-CTMs são capazes, sob condições de cultivo adequado, para se diferenciar em adipócitos, osteócitos e miócitos ^11.

Aplicações futuras

• Nós já usamos humana biópsias olfativa para estudar anomalias celulares e moleculares em pacientes com autismo, transtorno bipolar, disautonomia familial, doença de Parkinson, doença de Alzheimer e esquizofrenia ^2-7. Teoricamente, todas as doenças do cérebro podem ser estudadas usando biópsias nasais ou periférico de células-tronco olfativas.
• Roedores e humanos nasal células-tronco olfativas já foram enxertados em modelos animais de amnésia, doença de Parkinson, lesão coclear e traumas da medula espinhal ^12-16. É concebível para o transplante destas células em modelos animais da doença de Alzheimer, isquemia cerebral, esclerose múltipla.

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Nome do reagente	Companhia	Número de catálogo
Coleção de mucosa olfativa em ratos
DMEM / HAM F12	Invitrogen	31331-028
Pentobarbital sódico
Rongeur	FST
Agulha de calibre 26	Terumo	NN-2613R
Fórceps
Coleção de mucosa olfactiva em humanos
Endoscópio rígido	Karl Storz ou Richard Wolf Medical
Lidocaína
Epinefrina
Throughcut etmóide forceps	Karl Storz ou Richard Wolf Medical
Isolamento de células-tronco olfativas
Dispase II	Roche	10 295 825 001
Microscópio de dissecação
Espátula Micro	FST
Colagenase IA	Sigma-Aldrich	C9891
Ca-free/Mg-free PBS	Invitrogen	14190-250
Soro fetal bovino	Invitrogen	10270098
Lamínula de vidro	Knittel Glaser	001/35
Formação de esfera e diferenciação neuronal
Poli-L-lisina	Sigma-Aldrich	P-1274
Insulina transferrina selênio (ITS)	Invitrogen	51500056
EGF	R & D Systems	236-EG
FGF2	R & D Systems	233-FB
Médio Neurobasal	Invitrogen	21103-049
B-27 Suplemento Serum-Free	Invitrogen	17504-044
Penicilina / estreptomicina	Invitrogen	15140122
Glutamina	Invitrogen	25030024
Glutamato	Sigma-Aldrich