Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Мы представляем трехмерный (3D) протокол дифференцировки in vitro , генерирующий нейросферы воспроизводимого размера для производства клеток черепного нервного гребня из эмбриональных стволовых клеток мыши. Мы показываем, что эта методология снижает вариабельность по сравнению с предыдущими протоколами и как она может быть использована для мультиплексного анализа для изучения развития клеток черепного нервного гребня.
Обладая замечательной способностью генерировать как эктодермальные, так и мезенхимальные производные, клетки черепного нервного гребня (CNCC) привлекли большой интерес к изучению механизмов, регулирующих решения о судьбе и пластичность клеток. Возникнув в дорсальном нейроэпителии, эта клеточная популяция является преходящей и относительно редкой в развивающемся эмбрионе, что затрудняет проведение функциональных тестов, геномных скринингов и биохимических анализов in vivo. Чтобы преодолеть эти ограничения, было разработано несколько методов моделирования развития CNCC in vitro. Методы культивирования, основанные на нейросфере (NS), обеспечивают сложное микроокружение, которое повторяет развивающийся передний нейроэпителий в 3D. Эти системы позволяют выращивать много NS в одной и той же пластине для получения большого количества CNCC, но полученные NS имеют высокую вариабельность формы, размера и количества образующихся CNCC, что затрудняет проведение количественных анализов. В этом протоколе описан воспроизводимый метод получения NS из эмбриональных стволовых клеток мыши (mESC) в формате 96 лунок. НС, генерируемые в 96-луночных планшетах, производят клетки черепного нервного гребня (CNCC), которые могут быть дополнительно культивированы. Контролируя количество исходных ячеек, этот подход уменьшает вариабельность размера и формы между NS и повышает воспроизводимость в экспериментах. Наконец, эта система культивирования может быть адаптирована к нескольким приложениям и обеспечивает более высокую степень гибкости, что делает ее легко настраиваемой и пригодной для экспериментальных условий мультиплексирования.
Клетки нервного гребня черепа (CNCC) представляют собой популяцию стволовых клеток, которая возникает в самой передней части развивающегося эмбриона, на границе между нервной пластинкой и поверхностной эктодермой1. Затем CNCC подвергаются эпителиально-мезенхимальному переходу (EMT), отделяются от нейроэпителия и мигрируют дорсовентрально к различным местам эмбриона, где они дифференцируются в широкий спектр типов клеток2. Изучение этой клеточной популяции представляет большой интерес, поскольку она обладает замечательной пластичностью3 и уникальной способностью дифференцироваться как в эктодермальные, так и в мезенхимальные производные, такие как черепно-лицевые кости и хрящи4. Несмотря на то, что CNCC относительно доступны в эмбрионах, они представляют собой транзиторную популяцию с низким количеством клеток, что затрудняет проведение системных механистических исследований in vivo. В последние несколько лет клеточные линии CNCC были выделены и охарактеризованы для преодоления этих ограничений. В частности, клеточная линия O9-1 CNCC является отличным инструментом для изучения мигрирующего и постмиграционного развития нервного гребня 5,6; Однако эта клеточная линия не позволяет изучать ранние события, предшествующие миграции, что приводит к индукции и спецификации нервного гребня. В связи с этим были достигнуты значительные успехи в разработке протоколов дифференцировки in vitro для дифференцировки CNCC в чашке с использованием 3D-структур, напоминающих развивающийся нейроэпителий, называемый нейросферами (NS)7,8-, полученными после дифференцировки колоний эмбриональных стволовых клеток (ЭСК). Эти 3D-протоколы надежно производят большое количество CNCC, что позволяет проводить биохимические и геномные механистические исследования 9,10. NS культивируют на пластинах с низким прикреплением в среде с добавками N2B27 вместе с фактором роста фибробластов (FGF) и эпидермальным фактором роста (EGF)10,11 для стимуляции пролиферации клеток. Эти протоколы проводят в чашках Петри, культивируя многочисленные НС в одной и той же тарелке. В растущем НС клетки агрегируются и продолжают делиться, достигая при созревании диаметра 100-200 мкм. При созревании (примерно на 5-й день) NS прикрепляются к субстрату и дифференцируются в CNCC, напоминая их in vivo аналоги 9,12. Затем эти ЧПУ проходят ЭМП и расслаиваются на поверхности пластины. Морфологические различия могут наблюдаться в зависимости от размера NS, так как более крупные сферы будут казаться темнее в ядре из-за меньшей доступности питательных веществ и кислорода, что приведет к апоптозуклеток 13. Несмотря на то, что этот тип процедуры генерирует большое количество CNCC в конечной точке дифференцировки, он имеет ряд ограничений, что делает изучение различной молекулярной динамики, происходящей в процессе дифференцировки, практически невозможным. Во-первых, использование колоний ЭСК, которые различаются по размеру, затрудняет контроль начального количества клеток для каждого эксперимента. Это приводит к образованию НС различной формы и диаметра, которые развиваются по-разному за счет активации специфических сигнальных путей, что приводит к изменению дифференцировки клеток и, таким образом, не образует однородную выборку в данный момент времени. Во-вторых, культивирование нескольких NS в одной пластине часто приводит к тому, что они сливаютсявместе и потенциально высвобождают сигнальные молекулы, которые влияют на микроокружение их соседей и, таким образом, на их развитие. В целом, эти процедуры порождают большую вариативность между образцами и экспериментами.
В данной статье мы представляем стратегию преодоления этих трудностей, которая позволяет создавать одиночные НСЗ, способные производить CNCC, путем агрегации мышиного ESC (mESC) в 96-луночных планшетах с U-образным дном, не обработанных TC. Начиная с mESC позволяет изучить процесс спецификации и ранние стадии развития CNCC по сравнению с началом работы с уже созданными линиями клеток нервного гребня. Этот протокол начинается с дезагрегации колоний mESC для получения суспензии одиночных клеток, за которым следует посев определенного количества mESC в каждую лунку 96-луночного планшета с U-образным дном, не обработанным TC. Ячейки оставляют для агрегатирования в течение двух дней, а затем перемещают в 96-луночный планшет с плоским дном, не обработанный ТС, в котором NS сможет прикрепиться к дну планшета. Контролируя количество исходных клеток и микроокружение каждой NS в процессе дифференцировки, этот протокол снижает вариабельность образца, что повышает воспроизводимость эксперимента. Мы считаем, что это будет удобная платформа для разработки мультиплексных экспериментов, таких как тестирование влияния различных условий культивирования или проведение скрининга генных возмущений.
1. Получение суспензии одиночных клеток из колоний ESC мышей
Примечание: Данный протокол адаптирован к использованию CK35 mESC (линия mESC, отвечающая за передачу зародышевой линии, чтобы затем иметь возможность разработки in vivo модели15), выращенной на инактивированных питателях в покрытом желатином 6-луночном планшете, обработанном TC. Одна скважина из 6-луночной пластины, обработанной ТС, должна давать примерно 1,5 × 106 мЭСК, что достаточно для остальной части протокола. При необходимости его можно масштабировать. Отрегулируйте начальные шаги в соответствии с выбранным штаммом ESC и методом поддерживающей культуры, а также с подходящей питательной средой. Этот протокол должен выполняться в стерильных условиях. Подробные сведения обо всех материалах, реагентах и оборудовании, используемых в этом протоколе, см. в Таблице материалов .
2. Перенос в 96-луночный планшет с плоским дном для дифференциации CNCC
3. Приемка и техническое обслуживание CNCC
ПРИМЕЧАНИЕ: Пассирование CNCC может быть выполнено, как только вокруг NS будет видно достаточное количество клеток. Это может произойти уже на 7-й день, так как более ранние временные точки не обеспечивают достаточного количества CNCC.
4. Фиксация и крепление NS для иммунофлюоресценции
5. Фиксация и крепление CNCC для иммунофлюоресценции
В соответствии с протоколом колонии mESC были диссоциированы, и 3000 клеток были засеяны в 96-луночные планшеты, не обработанные TC. На 2-й день агрегированные NS были перенесены в 96-луночные планшеты с плоским дном, не обработанные TC, чтобы их можно было прикрепить. Упрощенная...
Модели 3D-дифференцировки in vitro позволяют анализировать сложные клеточные взаимодействия, которые могут быть затруднены или не могут наблюдаться в двухмерных культурах клеток. Было разработано несколько моделей для изучения развития CNCC in vitro. Как правило, он...
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Мы благодарим доктора Реми Ксавье Коу за советы по разработке праймеров и опыт в области клеточных культур. Эта работа была поддержана Европейским исследовательским советом (ERC Starting Grant 101039995 - REGENECREST) и Fondation pour la Recherche Médicale (Amorçage - AJE202205015403).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22 μm syringe filters | ClearLine | 146560 | |
15 mL High-Clarity Polypropylene Conical Tube | Falcon | 352096 | |
200 µL ClearLine Plus Low Binding Filter Tips | Dutscher | 713263 | |
40 µm filters | Falcon | 352340 | |
5 mL Serological pipette | Starstedt | 86.1253.001 | |
50 mL High-Clarity Polypropylene Conical Tube | Falcon | 352070 | |
Accutase | Merck-Sigma | A6964 | |
Alexa Fluor 488 donkey anti rabbit IgG (H+L) | Thermofisher Scientific | A21206 | |
Alexa Fluor 594 donkey anti mouse IgG (H+L) | Thermofisher Scientific | A21203 | |
Alexa Fluor 647 donkey anti goat IgG (H+L) | Thermofisher Scientific | A31571 | |
Antibiotic-antimycotic solution | Merck-Sigma | A5955 | |
B27 PLUS supplement | Thermofisher Scientific | 17504044 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Merck-Sigma | A9418 | |
Chloroform | Carlo Erba | 438601 | |
Collagenase Type IV | Thermofisher Scientific, Gibco | 17104019 | |
Costar 6 well clear TC-treated multiple well plates | Corning | 3516 | |
Cover glasses, round | VWR | 630-2113 | |
DMEM KnockOut | Thermofisher Scientific | 10829018 | |
DMEM/F12+Glutamax | Thermofisher Scientific | 10565018 | |
DMEM high glucose | Merck-Sigma | D0822 | |
DNA LoBind Tubes, 2 mL | Eppendorf | 30108078 | |
DNase/RNase-Free Distilled Water | Thermofisher Scientific | 10977-035 | |
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (PBS) | Thermofisher Scientific | 14190144 | |
Eppendorf Safe-Lock Tubes, 0.5 mL | Eppendorf | 30121023 | |
Eppendorf Safe-Lock Tubes, 2 mL | Eppendorf | 30120094 | |
ESGRO mLIF Medium Supplement | Merck-Sigma | ESG1107 | |
Ethanol 70% | Carlo Erba | 528170 | |
Fetal Bovine Serum | Merck-Sigma | F7524 | |
Fibronectin | Merck-Sigma | F085-2MG | |
Fluoromount-G | Invitrogen | 00-4958-02 | |
Gelatin solution | Merck-Sigma | ES-006-B | |
GlutaMAX | Thermofisher Scientific | 35050061 | |
Human EGF | Peprotech | AF-100-15-500UG | |
Human FGF-basic | Peprotech | 100-18B | |
Human SOX9 Antibody | R&Dsystems | AF3075 | |
Insulin from bovine pancreas | Merck-Sigma | I6634 | |
iScript cDNA Synthesis Kit | Biorad | 1708891 | |
Mouse Anti-Human AP-2 alpha Monoclonal Antibody, Unconjugated | DSHB | 3B5 | |
Mouse Anti-Human PAX7 Monoclonal Antibody, Unconjugated | DSHB | PAX7 | |
N2 supplement | Thermofisher Scientific | 17502048 | |
Neurobasal Medium | Thermofisher Scientific | 21103049 | |
Non-Tissue culture treated plate, 96 well, Flat bottom | Falcon | 351172 | |
Non-Tissue culture treated plate, 96 well, U-bottom | Falcon | 351177 | |
Paraformaldehyde 16% solution, em grade | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Propan-2-ol | Carlo Erba | 415154 | |
Purified anti-Tubulin β 3 (TUJ1) Antibody | Biolegend | MMS-435P | |
RapiClear 1.47 | Sunjin Lab | RC147001 | |
RapiClear 1.52 | Sunjin Lab | RC152001 | |
Scotch Double Sided 12.7 mm × 22.8 m | Clear fibreless double sided tape | ||
SensiFAST SYBR No-ROX Kit | Meridian Bioscience | BIO-98020 | |
Sterile Disposable Surgical Scalpels | Swann-Morton | 05XX | |
Superfrost Plus Adhesion Microscope Slides | Epredia | J1800AMNZ | |
Triton X-100 | Thermofisher Scientific | A16046.AP | |
TRIzol Reagent | FisherScientific | 15596026 | |
Trypsine-EDTA (0.05%) | Thermofisher Scientific | 25300054 | |
Tween-20 | Fisher Scientific | 10113103 | |
TWIST1 Rabbit mAb (IF Formulated) | Cell signaling technology | E7E2G | |
β-mercaptoethanol | Thermofisher Scientific | 31350010 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены