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Method Article
O protocolo apresentado descreve um método para um ensaio de crescimento de neurite e avaliação neurotoxicidade de compostos de moléculas pequenas.
O ensaio de crescimento de neurita e a avaliação da neurotoxicidade são dois estudos importantes que podem ser realizados utilizando o método aqui apresentado. Este protocolo fornece uma análise confiável da morfologia neuronal juntamente com medições quantitativas de modificações no comprimento do neurite e localização de proteína sináptica e abundância após o tratamento com pequenos compostos de moléculas. Além da aplicação do método apresentado em estudos de crescimento de neurite, a avaliação da neurotoxicidade pode ser realizada para avaliar, distinguir e classificar compostos químicos comerciais com base em seu potencial efeito neurotoxicidade no desenvolvimento.
Embora as linhas celulares sejam hoje amplamente utilizadas em ensaios de triagem composta em neurociência, elas geralmente diferem geneticamente e fenotipicamente de sua origem tecidual. As células primárias, por outro lado, mantêm marcadores e funções importantes observados in vivo. Portanto, devido ao potencial de tradução e relevância fisiológica que essas células poderiam oferecer ensaio de crescimento neurite e avaliação da neurotoxicidade pode beneficiar consideravelmente do uso de células progenitoras neurais humanas (hNPCs) como o modelo primário de células humanas.
O método aqui apresentado pode ser utilizado para testar a capacidade dos compostos de induzir o crescimento e neurotoxicidade neurita, aproveitando-se dos neurônios derivados de células progenitoras neurais, um modelo celular que representa de perto a biologia humana."
O crescimento da neurita é um processo fundamental para a formação da rede neuronal e da regeneração nervosa1,2. Após uma lesão, o crescimento de neurite desempenha um papel fundamental na regeneração do sistema nervoso. O crescimento da neurita também é um elemento importante da sinalização extracelular na indução de atividades regenerativas neuronais para melhorar os desfechos para distúrbios neurodegenerativos e lesões neuronais3,,4,,5,6.
Mantendo seu potencial de diferenciação na produção de várias linhagens neurais, as células progenitoras neurais humanas (hNPCs) poderiam fornecer um sistema modelo para estudos da função e desenvolvimento do sistema nervoso central (SNC)7,,8,,9. Alto potencial translacional e relevância fisiológica dos hNPCs como modelo primário de células humanas oferecem uma vantagem considerável nos exames de descoberta de drogas relacionados ao crescimento de neurite. No entanto, a manutenção e o dimensionamento dos modelos de células primárias para ensaios de alto rendimento podem ser demorados e intensivos em mão-de-obra10,11,,12,13.
Além da aplicação do método apresentado em estudos de crescimento de neurite, a avaliação da neurotoxicidade é outra aplicação utilizando os neurônios derivados do hNPC. Existem milhares de compostos químicos comerciais que não são examinados ou com potencial de neurotoxicidade mal compreendido. Portanto, experimentos de triagem mais confiáveis e eficazes para avaliar, distinguir e classificar compostos com base em seu potencial para obter neurotoxicidade do desenvolvimento está em alta demanda14. O aumento da prevalência e incidência de distúrbios neurológicos, juntamente com a abundância de compostos não testados no ambiente, requer o desenvolvimento de experimentos mais confiáveis e eficientes para identificar compostos ambientais perigosos que possam representar neurotoxicidade15.
O método aqui apresentado pode ser utilizado para testar a capacidade dos compostos de induzir o crescimento e neurotoxicidade neurita, aproveitando-se dos neurônios derivados de células progenitoras neurais humanas, um modelo celular que representa de perto a biologia humana.
Declaração ética: Os espécimes fetais foram recebidos do Laboratório de Pesquisa de Defeitos de Nascimento da Universidade de Washington, em Seattle, por meio de um programa de distribuição de tecidos apoiado pelo Instituto Nacional de Saúde (NIH). O Laboratório de Pesquisa de Defeitos de Nascimento obteve o consentimento informado por escrito adequado dos pais e a aquisição de tecidos foi monitorada pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Washington. Todo o trabalho foi realizado com aprovação do Escritório de Pesquisa de Sujeitos Humanos da Universidade de Miami8.
1. Isolamento e cultura de células progenitoras neurais humanas (hNPCs)
Quantidade | Componente |
100 μL | EGF (20 ng/mL) |
100 μL | FGF (10 ng/mL) |
2 mL | B-27, Menos vitamina A (50X) |
1 mL | L-alanyl-L-glutamina (100X) (ver tabela de materiais) |
4 μL | Heparina (2 μg/mL) |
96,8 mL | Meio de cultura celular neuronal (ver tabela de materiais) |
Mesa 1. Componentes necessários para fazer 100 mL de mídia cultural
2. Passaging the hNPCs
3. Congelamento dos hNPCs
4. Diferenciação e tratamento de hNPCs
NOTA: Para induzir a diferenciação, as neurosferas são desagregadas em células únicas, contadas e semeadas em placas revestidas por 5 dias. Em seguida, as células diferenciadas são tratadas por 24 h com compostos de teste antes da imunossão e quantificação da fluorescência.
Quantidade | Componente |
49 mL | DMEM/F-12 |
0,5 mL | Suplemento N2 (100X) |
0,5 mL | Aminoácidos não essenciais MEM (100X) |
2 μL | Heparina (2 μg/mL) (Stock Conc. is 50 mg/mL) |
Tabela 2. Componentes necessários para fazer 50 mL de NIM
Quantidade | Componente |
1 mL | B-27 (50X) |
500 μL | Antibiótico-antimíctico (100X) |
5 μL | Ácido retinóico (0,1 μM) |
50 μL | GDNF (10 μg/mL) |
50 μL | BDNF (10 μg/mL) |
5 μL | Ácido ascórbico (0,2 μg/mL) (Stock Conc. is 2 mg/mL) NOTA: Recomendado para ser fresco. |
48,5 mL | Nim |
Mesa 3. Componentes necessários para fazer 50 mL de mídia de diferenciação
5. Imunocytoquímica (ICC)
NOTA: As células são fixadas com 4% de formaldeído. A permeabilização e o bloqueio são então realizados para melhorar a penetração e prevenir a ligação inespecífica de anticorpos. As células são então incubadas com anticorpos primários durante a noite. Posteriormente, as células são incubadas com anticorpos secundários fluorescentes rotulados. Finalmente, depois de usar o DAPI para manchar o núcleo, os slides da câmara são montados.
Quantidade | Componente |
1,75 g | NaCl (150 mM) |
1,2 g | TrisBase (50 mM) |
2 g | BSA 1% |
3,6 g | L-lysine (100 mM) |
8 g | Azida de Sódio (4%) |
200 mL | Água destilada. NOTA: Inicialmente dissolva os componentes necessários em 150 mL de água e, em seguida, ajuste para 200 mL. |
Mesa 4. Componentes necessários para fazer 200 mL de tampão de anticorpos
Quantidade | Componente |
600 μL | Soro de cabra de 20% |
6 μL | 0,2% Triton-X100 |
2394 μL | Tampão de anticorpos. NOTA: Inicialmente dissolva os componentes necessários em 2 mL de tampão Ab e, em seguida, ajuste para pH 7.4. Em seguida, adicione mais tampão Ab para ajustar ao volume final de 3 mL e o filtro esterilizar. |
Mesa 5. Componentes necessários para fazer 3 mL de solução de permeabilização e bloqueio de células
6. Aquisição de imagem, crescimento de neurite e quantificação da intensidade da fluorescência
NOTA: Após a coloração, use um microscópio confocal com um objetivo de 20x e um tamanho de imagem de 1024 x 1024 pixels para adquirir as imagens das células tratadas. Tirar a imagem pelo menos de dois campos por réplica biológica por condição. Em seguida, use o software de análise de imagem Fiji (ImageJ 1.51u) para quantificação do comprimento do neurite. Brevemente, meça o comprimento do neurite mais longo para cada neurônio e, após a média dos valores por tratamento, use o teste t do aluno para grupos independentes para comparar os meios entre grupos experimentais e grupo controle.
NOTA: Vários programas comerciais (Imaris, Volocity, Amira) e open source (ImajeJ, CellProfiler, Vaa3D, BioImageXD, Icy, KNIME) estão disponíveis. Entre esses programas, o ImageJ tornou-se a ferramenta de escolha para análise biológica de imagens20,21. O portal ImageJ em https://imagej.net/Introduction é uma fonte útil de informações que fornecem uma descrição completa das funções básicas e incorporadas do ImageJ, incluindo processamento de imagem, colocalização, desconvolução, registro, segmentação, rastreamento e visualização.
7. Avaliação da neurotoxicidade
NOTA: A citotoxicidade dos compostos de ensaio é avaliada em placas de 384 poços (ver Tabela de Materiais) utilizando um ensaio de viabilidade celular luminescente (ver Tabela de Materiais). Os hNPCs são preparados seguindo o mesmo método, exceto pequenas modificações, descritas na seção "Diferenciação e Tratamento de hNPCs". Posteriormente, um sinal luminescente gerado pelo ensaio de viabilidade celular luminescente é medido utilizando um leitor de microplaca. O sinal luminescente é proporcional à concentração de ATP celular que em si é diretamente proporcional ao número de células viáveis presentes em cada poço.
O protocolo apresentado no manuscrito foi utilizado com sucesso em dois artigos publicados recentemente22,23. A Figura 3 demonstra o uso de neurônios derivados de hNPCs na análise do efeito dos inibidores de HDAC como compostos epigenéticos na extensão dos neurites como um marcador para o crescimento de neurite e subsequente capacidade neurogênica de compostos de pequenas moléculas.
Além disso, na <...
Este protocolo é um dos poucos artigos publicados que descrevem o teste para o comprimento de neurite após o tratamento com compostos de teste. Além disso, descrevemos como usar hNPCs para um ensaio de crescimento de neurito e avaliação da neurotoxicidade. Utilizando este ensaio de crescimento neurite e avaliação neurotoxicidade em neurônios derivados de hNPCs, o potencial neurogênico de uma categoria de compostos epigenéticos de pequenas moléculas, inibidores de HDAC, na indução do crescimento de neurite é...
Todos os autores não indicam potenciais conflitos de interesse.
Esta pesquisa foi financiada pela nimad research grant (940714) concedida à MAF.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-well Glass Chamber Slides | Sigma | PEZGS0816 | |
Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11001 | |
Alexa Fluor 594 | Invitrogen | R37117 | |
Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240062 | |
Anti-β-Tubulin III | Thermo | MA1-118X | |
B27 | Thermo | 17504001 | |
B27 - minus vitamin A | Thermo | 12587010 | |
BDNF | PeproTech | 450-02 | |
BSA | Sigma | A8531 | |
CellTiter-Glo | Promega | G7572 | |
CoolCell | Corning | 432000 | Cell freezing containers ensuring standardized controlled-rate -1°C/minute cell freezing in a -80°C freezer |
CryoStor CS10 | StemCell Technologies | 7930 | Cryopreservation medium containing 10% DMSO |
DAPI | Thermo | D1306 | |
DMEM/F12 | Gibco | 11320033 | |
DMSO | Sigma | 34869-100ML | |
EGF | Gibco | PHG0311 | |
FGF | Gibco | PHG6015 | |
Formaldehyde | Thermo | FB002 | |
GDNF | PeproTech | 450-10 | |
Glutamax | Gibco | 35050061 | L-alanyl-L-glutamine supplement |
Goat Serum | Thermo | 50062Z | |
Heparin | Calbiochem | 375095 | |
Laminin | Sigma | L2020-1MG | |
L-Ascorbic Acid | Sigma | A92902-25G | |
L-lysine | Sigma | L5501 | |
MEM non-essential amino acids | Gibco | 11140050 | |
mFreSR | StemCell Technologies | 5854 | Serum-free cryopreservation medium designed for the cryopreservation of human embryonic and induced pluripotent stem cells |
N2 | Gibco | 17502048 | |
NaCl | Sigma | 71376 | |
Neurobasal Medium | Gibco | 21103049 | |
Nunc 384-Well Polystyrene White Microplates | Thermo | 164610 | |
PBS | Thermo | 10010-049 | |
Poly-L-lysine | Sigma | P5899-5MG | |
ProLong Gold Antifade Mountant | Thermo | P10144 | |
Retinoic Acid | Sigma | R2625 | |
Sodium Azide | Sigma | S2002 | |
StemPro Accutase | Gibco | A1110501 | Cell dissociation reagent containing proteolytic and collagenolytic enzymes |
Synaptophysin | Thermo | MA5-14532 | |
Tris Base | Sigma | 10708976001 | |
Triton X-100 | Sigma | X100-100ML |
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