* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bugüne kadar, tüm ana merkezi sinir sisteminde yerleşik hücre tiplerinin aynı fareden eşzamanlı izolasyonu için protokoller karşılanmamış bir taleptir. Protokol, nöroinflamasyon sırasında karmaşık hücresel ağları araştırmak ve aynı anda gerekli fare sayılarını azaltmak için naif ve deneysel otoimmün ensefalomiyelit farelerinde uygulanabilir bir prosedürü göstermektedir.
Deneysel otoimmün ensefalomiyelit (EAE), multipl skleroz (MS) için en yaygın murin modelidir ve MS'in hala bilinmeyen etiyolojisini daha fazla aydınlatmak ve yeni tedavi stratejileri geliştirmek için sıklıkla kullanılmaktadır. Miyelin oligodendrosit glikoprotein peptidi 35-55 (MOG35-55) EAE modeli, bağışıklamadan sonraki 10 gün içinde artan felç ile kendi kendini sınırlayan bir monofazik hastalık seyrini yeniden üretir. Fareler, klinik bir puanlama sistemi kullanılarak günlük olarak incelenir. MS, belirli bir zamansal paterne sahip farklı patomekanizmalar tarafından yönlendirilir, bu nedenle hastalığın ilerlemesi sırasında merkezi sinir sistemi (MSS) yerleşik hücre tiplerinin rolünün araştırılması büyük ilgi görmektedir. Bu protokolün benzersiz özelliği, yetişkin EAE ve sağlıklı farelerde uygulanabilen tüm ana CNS'de yerleşik hücre tiplerinin (mikroglia, oligodendrositler, astrositler ve nöronlar) eşzamanlı izolasyonudur. Beynin ve omuriliğin yetişkin farelerden ayrılmasını, mikroglia, oligodendrositler, astrositler ve nöronları izole etmek için manyetik olarak aktive edilen hücre sınıflandırması (MACS) takip eder. Saflaştırılmış tek hücreli süspansiyonların kalite analizlerini yapmak için akış sitometrisi kullanıldı, hücre izolasyonundan sonra canlılığı doğruladı ve her hücre tipinin saflığını yaklaşık %90 olarak gösterdi. Sonuç olarak, bu protokol, sağlıklı ve EAE farelerinde karmaşık hücresel ağları analiz etmek için kesin ve kapsamlı bir yol sunar. Ayrıca, dört hücre tipinin tümü aynı farelerden izole edildiğinden, gerekli fare sayıları önemli ölçüde azaltılabilir.
Multipl skleroz (MS), santral sinir sisteminin (SSS) demiyelinizasyon, aksonal hasar, gliozis ve nörodejenerasyon ile karakterize kronik inflamatuar otoimmün bir hastalığıdır. Bu alandaki çok sayıda araştırma yaklaşımına rağmen, MS'in patofizyolojisi hala tam olarak anlaşılamamıştır 1,2,3,4. MS'i araştırmak için en yaygın hayvan modeli, klinik ve patofizyolojik özelliklerinin çoğunu paylaşan miyelin oligodendrosit glikoprotein peptidi 35-55 (MOG35-55) ile indüklenen deneysel otoimmün ensefalomiyelittir (EAE) 5,6,7,8,9 . Bağışıklık sisteminin inflamasyona, demiyelinizasyona ve nöroaksonal dejenerasyona yol açan CNS'ye özgü antijenlere karşı tepkisine dayanır. Deneysel otoimmün ensefalomiyelit (EAE), MS'de bulunan nöroinflamatuar yolakların ve sinyal kaskadlarının araştırılması için uygun bir modeldir.
MS için mevcut tedavi seçenekleri sadece kısmen etkilidir ve öncelikle hastalığın ilk inflamatuar fazına odaklanır. Bununla birlikte, MS'in nörodejeneratif bileşeni, uzun vadeli terapötik yaklaşımlar için en büyük zorluk gibi görünmektedir. Bu nedenle, otoimmün hastalıklarda moleküler ve hücresel mekanizmaların kapsamlı bir şekilde araştırılması için tekrarlanabilir ve hassas hücre izolasyon protokollerine ihtiyaç vardır. Tek bir hücre tipinin izolasyonu için bazı protokoller mevcut olsa bile 10,11,12,13,14,15, aynı anda birkaç CNS'de yerleşik hücre popülasyonunun aynı anda izolasyonu için karşılanmamış bir ihtiyaç vardır. CNS'de yerleşik hücrelerin izolasyonu için önceki protokoller, hücresel işlevselliği ve saflığı korumada eksiktir, bu da komşu hücrelerle birlikte yetiştirme 16,17,18 veya hücre içi ağların ex vivo19,20,21,22 karmaşık analizleri için uygun olmama ile sonuçlanır.
Bu protokolün amacı, yetişkin, sağlıklı ve EAE farelerinde uygulanabilen tüm ana CNS'de yerleşik hücre tiplerinin saf, canlı, tek hücreli süspansiyonlarının eşzamanlı izolasyonu için tekrarlanabilir ve kapsamlı bir yöntem oluşturmaktı. Farklı hücre tipleri, manyetik olarak aktive edilen hücre sıralaması (MACS)23 kullanılarak izole edildi. Hücre ayrımı, pozitif seleksiyonla, yani hücre tipine özgü yüzey işaretleyicilerinin manyetik olarak etiketlenmesiyle veya biyotinilasyon ve tüm istenmeyen hücrelerin tükenmesi yoluyla negatif seleksiyonla gerçekleştirilebilir. İzole edilmiş tek hücreli süspansiyonların %90'ın üzerinde bir saflık ve en az %80'inin canlılığını sağlamak için akış sitometrisi uygulandı.
Sonuç olarak, ana amaç, sağlıklı ve EAE farelerinde karmaşık hücresel ağların ve biyokimyasal sinyal kaskadlarının kapsamlı ve kesin bir analizini sunan nöroinflamatuar yolların araştırılması için çok yönlü bir araç olarak tüm ana CNS'de yerleşik hücre tiplerinin eşzamanlı izolasyonu için bir protokol oluşturmaktı.
Tüm EAE deneyleri, 10-12 haftalıkken dişi C57BL/6J farelerde indüklendi ve yerel yetkililer (Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen) tarafından onaylandı. Deneylerin herhangi bir zamanında Alman ve AB hayvan koruma yasasına uygunluk da sağlandı. Tüm fareler ayrı ayrı havalandırılan kafes hayvan barınağı koşullarında tutuldu.
NOT: Aşağıdaki reaktif hacimleri, aşağıda CNS hücre süspansiyonu olarak adlandırılan ve yaklaşık 20 mg ila 500 mg ağırlığında olan bir yetişkin murin beyni ve omuriliğini ifade eder. Birden fazla CNS hücre süspansiyonunun ayrışması planlanıyorsa, tüm reaktif hacimleri ve malzemeleri buna göre ölçeklendirilmelidir. Dulbecco'nun fosfat tamponlu salininin (D-PBS; 1x) kalsiyum ve magnezyum içeren, 1 g/L glikoz ve 36 mg/L sodyum piruvat ile desteklenmiş) tüm deney boyunca sürekli olarak buz üzerinde saklanması önerilir. Hücre ekimi daha sonra planlanıyorsa, tüm adımları steril koşullar altında davlumbaz kullanarak gerçekleştirin. Aksi takdirde, aşağıdaki protokol bölümlerinden hiçbirinin bir başlık altında gerçekleştirilmesi gerekmez. Tamponları buz üzerinde saklayın. Yalnızca önceden soğutulmuş çözeltiler kullanın ve tüm deney boyunca girdap oluşmasını önleyin. Genel iş akışı için Şekil 1'e bakın.
Şekil 1: Naif ve EAE farelerde oligodendrositlerin, mikrogliaların, astrositlerin ve nöronların eşzamanlı izolasyonu için iş akışı. İş akışının ilk adımları hem saf hem de EAE fareler için aynıdır. Bir EAE kopyası ile çalışmak isteniyorsa, EAE indüksiyonu önceden yapılmalıdır (1). Protokol kısaca, murin beyni ve omuriliğinin diseksiyonu (2) ve ayrışması (3) ile başlar, ardından enkaz (4) ve kırmızı kan hücrelerinin (5) çıkarılması ile devam eder. Daha sonra, elde edilen saflaştırılmış CNS hücre süspansiyonu, oligodendrositlerin ve mikroglia'nın MACS yoluyla eşzamanlı izolasyonu için iki fraksiyona bölünür (6). Mikroglia, anti-CD11b mikro boncuklar aracılığıyla tespit edilirken, oligodendrositler anti-O4 mikro boncuklar (pozitif seçimler) kullanılarak izole edilir. Oligodendrositlerin (8) negatif akışından astrositler, anti-ACSA-2 mikro boncukları (pozitif seçim) ve nöronlar, biyotin etiketlemesi ve tüm nöronal olmayan hücrelerin tükenmesi (negatif seçim) yoluyla izole edilir. EAE farelerinde, CD11b+ hücrelerinin izolasyonunu, makrofajlar, dendritik hücreler, monositler, granülositler ve EAE seyri sırasında nöroinflamasyon süreçlerine katıldığı bilinen doğal öldürücü hücreler gibi diğer CD11b+ bağışıklık hücrelerini ortadan kaldırmak için CD45intCD11byüksek hücrelerinin floresanla aktive edilen hücre sınıflandırması takip eder (7)27,28,48. Farklı CNS'de yerleşik hücre tiplerinin izolasyonundan sonra saflık analizleri yapılabilir (9). Kısaltmalar: Abs = antikorlar; ACSA-2 = astrosit hücre yüzeyi antijeni-2; CD11b = sikline bağımlı kinaz 11B; CD45 = reseptör tipi tirozin-protein fosfataz C; CNS = merkezi sinir sistemi; EAE = deneysel otoimmün ensefalomiyelit; MACS = manyetik olarak aktive edilen hücre sıralaması; O4 = oligodendrosit belirteci O4. Bu rakam49'dan değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
1. Aktif EAE'nin indüksiyonu
2. CNS doku hazırlığı (Süre: fare başına yaklaşık 10 dakika)
3. CNS doku ayrışması (Süre: CNS hücre süspansiyonlarının sayısına bağlı olarak yaklaşık 1-1.5 saat)
NOT: Yetişkin farelerden alınan nöral doku, mekanik ayrışmanın hücre dışı matrisin enzimatik bozunması ile birleştirilmesiyle ayrıştırılır. Böylece yapısal bütünlük korunur ve hücre süspansiyonu daha ileri hücre izolasyon prosedürleri için kullanılabilir.
4. Enkaz kaldırma (Süre: CNS hücre süspansiyonlarının sayısına bağlı olarak yaklaşık 1.5-2 saat)
NOT: Doku ayrışması genellikle aşağı akış analizini bozabilecek miyelin ve hücre kalıntılarına yol açar. Bir enkaz temizleme çözümü ekleyerek, bu kalıntı CNS hücre süspansiyonundan verimli bir şekilde çıkarılabilir.
Şekil 2: Enkaz kaldırma sırasında yapılması ve yapılmaması gerekenler. (A) 4 mL PBS ile bindirildikten sonra gradyan için pozitif örnek. 4 mL PBS'den oluşan üst faz, enkaz giderme solüsyonu ile CNS hücre süspansiyonundan oluşan alt fazdan açıkça ayırt edilebilir. (B) 4 mL PBS ile üst üste bindirildikten sonra gradyan için negatif örnek. Gradyan, PBS ile aşağıdaki hücre süspansiyonu arasında net bir ayrımdan yoksundur. PBS'nin bir kısmı hücre süspansiyonuna yayılır. (C) Santrifüjlemeden sonraki gradyan için pozitif örnek. Üç ayrı faz kolayca ayırt edilebilir. Gradyanın üst (1) veya alt fazında (3) miyelin kalıntısı görünmez. Orta faz tüm miyelini içerir (2). Hücre peleti 15 mL'lik tüpün dibinde görülebilir. (D) Santrifüjlemeden sonra gradyan için negatif örnek. Mümkün olan üç faz arasında kesin bir ayrım yoktur. Bazı miyelin kalıntıları, gradyanın üst (1) ve alt fazında (3) görülebilir. (E) İki üst fazı aspire ettikten sonra gradyan için olumlu örnek. Elde edilen numune sadece hücre peletini ve yukarıda berrak bir süpernatant içerir. Geride miyelin kalıntısı kalmaz. (F) İki üst fazı aspire ettikten sonra gradyan için negatif örnek. Numune hala bazı miyelin kalıntıları (siyah ok) içeriyor. Kısaltmalar: CNS = merkezi sinir sistemi; PBS = fosfat tamponlu salin Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
5. Kırmızı kan hücresi çıkarılması (Süre: CNS hücre süspansiyonlarının sayısına bağlı olarak yaklaşık 1 saat)
NOT: Bu adım, daha sonra kırmızı kan hücreleri tarafından kontaminasyonu önler ve CNS dokusundan izole edilen diğer hücre tipleri üzerinde minimum etki ile eritrositlerin optimal bir şekilde parçalanmasını sağlar. Aşağıdaki hacimler, iki yetişkin fare beynine ve omuriliğine karşılık gelen 100 mg ila 1 g nöronal dokudan türetilen hücre süspansiyonları için endikedir. İkiden fazla CNS hücre süspansiyonu ile çalışıyorsanız, tüm reaktifleri ve toplam hacimleri buna göre ölçeklendirin.
6. Naif ve EAE farelerde manyetik boncuk protokolü (Süre: Yaklaşık 1 saat)
Tablo 1: Saf ve EAE farelerinden oligodendrositlerin ve mikrogliaların eşzamanlı manyetik etiketlemesi ve izolasyonu için iş akışı. Her iki hücre tipi de pozitif bir seçim yoluyla izole edilir. Aynı satırda listelenen adımların bir kerede gerçekleştirileceği belirtilir. Kısaltmalar: CD11b = siklin bağımlı kinaz 11B; EAE = deneysel otoimmün ensefalomiyelit; FcR = Fc reseptörü benzeri protein; O4 = oligodendrosit belirteci O4. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
7. Protokol değişikliği: EAE farelerinde mikroglia izolasyonu için ek sıralama (Süre: Yaklaşık 1.5-2 saat)
NOT: EAE fareleri ile çalışırken, mikroglia dışındaki CD11b + hücre popülasyonlarını (örneğin, monositler, makrofajlar, doğal öldürücü hücreler, granülositler veya dendritik hücreler) CD11b + hücre fraksiyonundan çıkarmak için MACS tabanlı hücre izolasyon protokolünü FACS ile tamamlamak gerekir. Aksi takdirde, bu adım göz ardı edilebilir.
8. Nöronların ve astrositlerin izolasyonu için oligodendrositlerin negatif akışının hazırlanması (Süre: Yaklaşık 1 saat)
NOT: Adım 6'dan oligodendrositlerin negatif akışı, nöronların ve astrositlerin daha fazla izolasyonu için toplanır. Bu amaçla, hücre süspansiyonu iki parçaya bölünür. Oligodendrositlerin CNS hücre süspansiyonundan önceki izolasyonu nedeniyle, aksi takdirde gözlemlenecek olan O4+ hücreleri tarafından kontaminasyon en aza indirilir.
Tablo 2: Saf ve EAE farelerinden nöronların ve astrositlerin eşzamanlı manyetik etiketlemesi ve izolasyonu için iş akışı. Her iki hücre tipi de oligodendrositlerin negatif akışından izole edilir. Astrositler, anti-ACSA-2 mikro boncukları yoluyla pozitif bir seleksiyon olarak ayrılırken, nöronlar, negatif bir seleksiyon olarak tüm nöronal olmayan hücrelerin biyotinilasyonu ve tükenmesi yoluyla saflaştırılır. Aynı satırda listelenen adımların bir kerede gerçekleştirileceği belirtilir. Kısaltmalar: Anti-ACSA-2 = astrosit hücre yüzeyi antijeni-2; EAE = deneysel otoimmün ensefalomiyelit; FcR = Fc reseptörü benzeri protein; MACS = manyetik olarak etkinleştirilen hücre sıralaması. Bu Tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
9. İzole CNS'de yerleşik hücre tiplerinin saflık analizleri (Süre: Yaklaşık 2 saat)
NOT: Saflıklarını ve canlılıklarını ölçmek ve karşılaştırmak için izole edilmiş dört CNS'de yerleşik hücre popülasyonunun tümünün akış sitometrisinin yapılması önerilir. Bu nedenle, tüm hücre tiplerini florofor ile etiketlenmiş bir antikorla boyamak gerekir. Canlı/ölü hücre boyama, sabitlenebilir bir canlılık boyası (1:10.000) kullanılarak uygulanır.
10. İstatistiksel analiz
Mevcut protokol, tüm ana CNS'de yerleşik hücreleri, yani mikroglia, oligodendrositler, astrositler ve nöronları tek bir CNS replikasyonundan aynı anda izole etme imkanı sunar. Bu, bu tür deneyler için gerekli olan fare sayısının azaltılması ve moleküler ve biyokimyasal analizlerin hücresel düzeyde karşılaştırılabilirliğini sağlamak için önemlidir. Bireysel hücre tipleri farklı CNS kopyalarından izole edilirse, hücresel etkileşimler doğru bir şekilde haritalanamaz ve izolasyon işlemleri sırasındaki potansiyel teknik sapmalar, daha sonraki aşağı akış analizlerini önyargılı hale getirebilir. Ek olarak, her hücre tipinden elde edilen moleküler ve biyokimyasal bulgular, aynı EAE bağlamından türetilmedikleri için birbirleriyle karşılaştırılamaz. Ticari bir sistem/kit kullanan önceden var olan bir MACS protokolü, yukarıda belirtilen hücre tiplerinin eşzamanlı izolasyonunu sağlamak için uyarlanmıştır.
Mikroglia izolasyonu anti-CD11b mikro-boncuklar kullanılarak gerçekleştirildi, oligodendrositler anti-O4-beads ile izole edildi (Tablo 1) ve astrositleri izole etmek için anti-ACSA-2 mikro-boncuklar kullanıldı (Tablo 2). Buna karşılık, nöronların izolasyonu negatif bir seçimi temsil eder ve tüm nöronal olmayan hücrelerin biyotinilasyonu ve manyetik etiketlemesi ile gerçekleştirilmiştir (Tablo 2). Kan hücreleri dışındaki tüm nöronal olmayan hücreler (örneğin, oligodendrositler, mikroglia, astrositler, endotel hücreleri ve fibroblastlar), özellikle bu nöronal olmayan hücrelerde eksprese edilen bir yüzey antijenine karşı yönlendirilmiş bir biyotin konjuge antikor kullanılarak manyetik olarak etiketlenebilir (Tablo 2). Bu manyetik olarak etiketlenmiş nöronal olmayan hücrelerin tükenmesiyle, oldukça saf ve canlı nöronal hücre popülasyonları üretilebilir 30,42,43.
Üretilen tek hücreli süspansiyonların saflık analizleri için iki yeni akış sitometri paneli tasarlandı. Burada, canlı/ölü hücre ayrımı ile birlikte hücre tipine özgü yüzey ve nükleer belirteçler kullanıldı.
Fare ve hücre tipi başına elde edilen hücre verimleri (Şekil 3A) analiz edildi ve ortalama 8'e yol açtı. 4 x 105 ± 3 x 104 mikroglia, 3.23 x 106 ± 1 x 105 oligodendrosit, 8.6 x 105 ± 2 x 104 astrosit ve 4.5 x 105 ± 1 x 104 nöron.
Nöroinflamasyonun hastalık modellerini araştırmak amacı bağlamında, protokol EAE'nin bir fare modeline de uygulanmıştır. Fareler, EAE indüksiyonundan sonra 16. günde ötenazi yapıldı ve hastalık maksimumunu temsil edildi. Bu EAE ortamında yaklaşık 2.9 x 106 ± 6.7 x 105 oligodendrosit, 5.2 x 105 ± 9 x 104 astrosit ve 4.4 x 105 ± 4 x 104 nöron izole edildi. Mikroglia hücre verimi, MACS adımlarından sonra ek hücre sıralaması nedeniyle EAE faresi başına yaklaşık 1.7 x 105 ± 4 x 104 mikrogliaya düşürüldü (Şekil 3A).
İzolasyondan sonra, akış sitometrisi yoluyla farklı hücre popülasyonlarının fenotipik karakterizasyonları, tüm ana CNS'de yerleşik hücre tipleri için yaklaşık% 90 saflığa sahip canlı tek hücreli süspansiyonların elde edilebileceğini kanıtladı (Şekil 3B). Mikroglia, literatürde tanımlandığı gibi CD45intCD11byüksekliğinde 44,45,46,47 olarak tanımlandı.
EAE'de, mikroglia, nöroinflamasyon sırasında CNS'ye göç eden monositler, nötrofiller, doğal öldürücü hücreler, granülositler ve makrofajlar gibi diğer CD11b+ bağışıklık hücrelerinden ayırt etmek için tüm CD11b+ hücrelerinden ayrılmak zorunda kaldı 27,28,48. Bu nedenle, mikroglialar CD11b+ hücre süspansiyonundan CD45intCD11yüksek hücreleri olarak sınıflandırıldı. Tüm mikroglia sıralama stratejisi Şekil 4'te gösterilmektedir. Saf farelerde, mikroglia popülasyonu tüm canlı tek hücrelerin% 91.16'sıydı (toplam CD11b + popülasyonunun% 96'sı) (Şekil 4A). EAE farelerinde, mikroglia popülasyonu tüm canlı tek hücrelerin% 46.85'i idi (toplam CD11b + popülasyonunun% 55'i) (Şekil 4B). Hem MACS hem de FACS prosedürleri tek hücrelere mekanik stres uygulasa da, sıralanan saflaştırılmış mikrogliaların %75.41 ± %8.63'ü yaşayabilirdi (Şekil 3B).
İlk CNS hücre süspansiyonundan doğrudan izole edilen astrositler ve nöronlar, oligodendrositlerle ilgili kontaminasyon gösterdi, bu da nöronların ve astrositlerin oligodendrositlerin negatif akışından eşzamanlı izolasyonunun bu kontaminasyonu önleyebileceği varsayımına yol açtı. Akış sitometrisi analizleri, oligodendrositlerin negatif akışından izole edilen astrositlerin %89.23 ± %2.78 saflıkta olduğunu ve %80.56 ± %1.41 canlılık gösterdiğini doğruladı. Bu sonuçlara benzer şekilde, O4 hücre fraksiyonundan izole edilen nöronların saflığı %81.25 ± %3.31 ve canlılığı %83.90 ± %2.61 idi (Şekil 3B). Bu bulgular ayrıca, bu iki hücre tipinin eşzamanlı izolasyonunun, ancak oligodendrositlerin izolasyonundan sonra, canlı fonksiyonel hücrelerin miktarı üzerinde hiçbir etkisi olmadığını doğrulamaktadır.
İzole edilmiş tek hücreli süspansiyonların canlılığı ve saflığı ile ilgili sonuçlar, EAE farelerinde, saf farelerde alınanlara kıyasla çok benzerdi ve bu protokolün EAE bağlamında olduğu kadar sağlıklı fareler için de uygun olduğunu doğruladı (Şekil 3B).
Şekil 3: İzole edilmiş CNS'de yerleşik hücrelerin hücre verimleri ve akış sitometrisine dayalı doğrulaması. (A) Saf ve EAE farelerde CNS'de yerleşik hücrelerin izolasyonundan sonra fare ve hücre tipi başına hücre verimi. Çubuk grafikler, sunulan protokolün uygulanmasından sonra fare ve hücre tipi başına hücre verimi miktarını görselleştirir. Saf farelerde sonuçlar için beş biyolojik kopya işlendi ve EAE farelerinde dört biyolojik kopya analiz edildi. İlgili araçlar ± SEM'ler tasvir edilmiştir. (B) Saflaştırılmış hücre fraksiyonlarının karşılık gelen saflık ve canlılık analizleri. Çubuk grafikler, hücre tipine özgü belirteçlerin ekspresyonlarına dayalı olarak ortaya çıkan tek hücreli süspansiyonların canlılığını ve saflığını gösterir. NeuN, nöronlar için hücre tipine özgü bir nükleer belirteç olarak kullanıldı. Hem sağlıklı hem de EAE fareleri için her hücre tipi için beş biyolojik kopya elde edildi ve karşılaştırıldı. İlgili araçlar ± SEM'ler belirtilmiştir. Kısaltmalar: Anti-ACSA-2 = astrosit hücre yüzeyi antijeni-2; CD11b = sikline bağımlı kinaz 11B; CD45 = reseptör tipi tirozin-protein fosfataz C; CNS = merkezi sinir sistemi; EAE = deneysel otoimmün ensefalomiyelit; MACS = manyetik olarak aktive edilen hücre sıralaması; NeuN = RNA bağlayıcı protein tilki-1 homolog 3; O4 = oligodendrosit belirteci O4; SEM = ortalamanın standart hatası. Bu rakam49'dan değiştirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: CD11b+ hücrelerinin izolasyonundan sonra mikroglia'nın hücre sıralaması için geçit stratejisi. (A) Saf ve (B) EAE farelerinde geçit stratejisi. Her panelin üst satırı, sıralamadan önce nokta grafiklerini ve sıralamadan sonra alt satırı gösterir. Canlı (SSC-A/FSC-A) ve tek hücreli (FCS-H/FSC-W) hücre seçiminden sonra, CD45intCD11b+ hücre popülasyonu mikroglia popülasyonu olarak sınıflandırıldı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şimdiye kadar, kütle spektrometresi ve RNA dizilimini birleştirerek CNS'de yerleşik hücreleri ex vivo haritalama yöntemleri, sağlık ve hastalıkta çok hassas bir hücresel profilleme sunmaktadır, ancak bu alanda iddialı teknik bilgi ve uzmanlık gerektirmektedir50,51. Ayrıca, fonksiyonel analizlere izin vermezler ve çok pahalıdırlar. Bunun yanı sıra, mikroakışkan çip üzerinde beyin sistemleri, hastalık mekanizmaları için hızlı ve uygun maliyetli bir tarama ve hücre büyümesi ve göçünün kısıtlanması ile yeni terapötik yaklaşımların test edilmesini sağlar 52,53,54,55. CNS organoidleri, gelecekte hücresel modelleme, hücreler arası bağlantılar ve hastalık seyri sırasındaki etkileşimlerin araştırılması için eşdeğer bir alternatifi temsil edebilir 56,57,58,59. Bununla birlikte, floresan ve manyetik ile aktive olan hücre sınıflandırması, şu anda saf ve canlı tek hücreli süspansiyonlar ex vivo 35,60,61 üretmek için en etkili yöntemlerdir. CNS'de yerleşik hücre tiplerinin izolasyonu için diğer yerleşik üretim protokolleri, manyetik izolasyonun bireysel adımları ve önceki hücre ayrışması ile ilgili olarak benzer olsa bile, her hücre tipi için ayrı ayrı gerçekleştirilmeleri amaçlanmıştır. Buna karşılık, mevcut protokol, her CNS'de yerleşik hücre tipi için farklı izolasyon yöntemlerini mantıksal bir bağlama entegre eder, böylece aynı anda ve tek bir CNS hücre süspansiyonundan gerçekleştirilebilirler (Tablo 1, Tablo 2). Böylece, tek bir CNS hücre süspansiyonundan multi-omik analizlere ve nihayetinde karmaşık nöronal ağların keşfine olanak tanır. Bu protokolü gerçekleştirmek için birden fazla hayvandan birkaç dokuyu bir araya getirmek bir zorunluluk olmasa bile, bu havuzlama, daha fazla aşağı akış analizi için yeterli sayıda izole hücre sağlar. Tek hücre tiplerinin izolasyonu için farklı farelerin kullanılması, potansiyel hücresel etkileşimleri analiz etme olasılığını dışlayacaktır. Bunun yanı sıra, tümü önceki bir CNS ayrışmasını takip eden farklı CNS hücre tipleri için bireysel izolasyon yöntemlerinin birleştirilmesi, sonraki tüm manyetik izolasyon adımları için bir ayrışmış CNS hücre süspansiyonu kullanarak malzeme maliyetlerinden tasarruf sağlar. Ek olarak, farklı farelerin kullanımından kaynaklanan olası bir teknik önyargı en aza indirilir.
Protokolün bir sınırlaması, dişi C57BL / 6J farelerinin neredeyse özel kullanımı olabilir. EAE bağışıklama protokolü dişi fareler için tasarlanmış ve oluşturulmuştur, bu nedenle bu hücre izolasyon protokolü dişi C57BL / 6J farelerinde de uygulanmıştır. Bununla birlikte, bu protokolün geliştirilmesi sırasında, ortaya çıkan hücre sayısı veya saflıkları üzerinde herhangi bir etki tanınmadan, saf erkek fareler de kullanılmıştır. Başka bir kısıtlama, nöronların manyetik hücre izolasyonunu etkiler, çünkü pozitif bir seçim açısından nöronların izolasyonu için spesifik bir mikro boncuk yoktur. Biyotin etiketlemesi ve tüm nöronal olmayan hücrelerin tükenmesi yoluyla saf bir tek hücreli süspansiyonun elde edilebileceği varsayılmıştır (Tablo 2). Bu varsayım, NeuN'nin söz konusu akış sitometrisi saflık paneline entegre edilmiş nöronlar için spesifik bir nükleer belirteç olarak kullanılmasıyla doğrulandı. Diğer bir sınırlama, EAE farelerinde mikroglia izolasyonu ile ilgilidir. Burada elde edilen hücre verimleri, MACS protokolünden sonra ek sıralama adımı nedeniyle diğer hücre tiplerine göre azalır. Ayrıca, sıralamanın diğer hücre popülasyonlarına kıyasla mikroglia'nın mekanik stresini arttırdığı iddia edilebilir. Bireysel sıralama stratejileri, farklı miktarlarda hücre verimine yol açabilir. İzole hücre sayısı beklenenden veya istenenden azsa, geçit kurulumunun ayarlanması ve/veya canlı/ölü ayrımının iyileştirilmesi önerilir.
Protokoldeki kritik bir adım, enkazın kaldırılmasını temsil eder. İstenen üç ayrı fazı oluşturmak için gradyan çok yavaş ve nazikçe katmanlanmalıdır (Şekil 2A). Sadece iki üst fazdaki miyelin ve diğer kalıntı kalıntıları tamamen çıkarılırsa (Şekil 2E), saf tek hücreli süspansiyonlar üretilebilir ve daha fazla kontaminasyon azaltılabilir. Ortaya çıkan hücre süspansiyonları saflıktan yoksunsa, bu muhtemelen tüm mikro boncukların doğru kullanımının güvencesinin yanında ilk önce iyileştirilmesi gereken protokolün bölümüdür.
Bu tür deneylerde saflık ve canlılıkta yüksek seviyeler elde etmek zor olabilir. Sorun giderme için bazı öneriler şunlardır:
-Farklı mikro boncukların kontaminasyonunu önlemek ve özellikle sonraki yetiştirme için tekrarlanan kullanımı sağlamak için steril koşullar altında çalışmak zorunludur.
-Karışıklıkları önlemek için her tüpün etiketlenmesi şiddetle tavsiye edilir.
-Soğutulmamış reaktiflerin/tamponların kullanımından kaçının. Yüksek canlılık sağlamak için tüm deney boyunca tüm hücre süspansiyonlarını buz üzerinde saklayın.
-Farklı çalışma adımları arasındaki süreyi mümkün olduğunca kısa tutun. Protokolde denemenin duraklatılmasının önerildiği belirli bir bölüm yoktur.
-Belirtilen kuluçka sürelerine uymak son derece önemlidir.
Sonuç olarak, tüm ana CNS'de yerleşik hücre tiplerinin bir CNS replikasyonundan eşzamanlı izolasyonu için bu mevcut protokol, karmaşık nöronal ağları ve nöroinflamatuar yolları ex vivo olarak bir CNS hücre süspansiyonundan analiz etme imkanı sunar. Bu nedenle, CNS'de yerleşik hücreler, hastalık seyrinin farklı aşamalarında, örneğin nöroinflamasyon, nörodejenerasyon ve / veya EAE'de remisyon sırasında araştırılabilir. Ayrıca, hücre-hücre etkileşimleri ve biyokimyasal yollar bireysel düzeyde incelenebilir ve deney grupları içindeki değişkenlik azaltılabilir. Ayrıca, daha fazla fonksiyonel tahlil ve doğrulama için izole edilmiş CNS hücrelerinin fraksiyonlarını monokültürlerde yetiştirme fırsatı da vardır. Hepsi bir arada, bu protokol klinik öncesi ve klinik araştırma yaklaşımlarını potansiyel olarak etkileyen önemli ilerlemeler sunar.
Tüm yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan eder.
Figürler Adobe Illustrator (sürüm 2023) ve Servier Medical Art (https://smart.servier.com) kullanılarak oluşturulmuştur. Antonia Henes, Jürgen Manchot Stiftung tarafından desteklendi.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
70 μm cell strainers | Corning, MA, USA | 352350 | CNS tissue dissociation |
ACSA-2 Antibody, anti-mouse, PE-Vio 615 (clone REA-969) | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-116-244 | Flow cytometry, store at 4 °C |
Adult Brain Dissociation Kit, mouse, and rat | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-107-677 | Tissue dissociation,contains debris and red blood cell removal solutions; prepare aliquots of enzyme A and P upon arrival and store them at -20 °C; store the remaining kit at 4 °C |
Anti-ACSA-2 MicroBead Kit, mouse | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-097-678 | MACS of astrocytes, store at 4 °C |
Anti-mouse CD16/32 antibody | BioLegend, London, UK | 101301 | Flow cytometry, store at 4 °C |
Anti-O4 MicroBeads, human, mouse, rat | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-094-543 | MACS of oligodendrocytes, store at 4 °C |
AstroMACS Separation buffer | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-091-221 | MACS of astrocytes, store at 4 °C |
Biotin Antibody, PE (clone Bio3-18E7) | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-113-853 | Flow cytometry, store at 4 °C |
BRAND Neubauer counting chamber | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 10195580 | Cell counting |
Brilliant Violet 510 anti-mouse CD45 Antibody (clone 30-F11) | BioLegend, London, UK | 103137 | Flow cytometry, store at 4 °C |
CD11b MicroBeads, human, mouse | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-049-601 | MACS of microglia, store at 4 °C |
DNAse I, recombinant, Rnase-free | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 4716728001 | Flow cytometry, store at -20° C |
D-PBS with Calcium, Magnesium, Glucose, Pyruvat | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 14287080 | Buffer, store at 4 °C |
D-PBS, without calcium, without magnesium | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 14190250 | Buffer, store at 4 °C |
eBioscience Fixable Viability Dye eFluor 780 | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 65-0865-14 | Flow cytometry, store at 4 °C |
eBioscience Foxp3/Transcription factor staining buffer set | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 00-5523-00 | Flow cytometry, store at 4°C |
Falcon (15 mL) | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 11507411 | Cell tube |
Falcon (50 mL) | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 10788561 | Cell tube |
Falcon Round-Bottom Polystyrene Test Tubes with Cell Strainer Snap Cap, 5 mL | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 08-771-23 | Flow cytometry |
FcR Blocking Reagent, mouse | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-092-575 | MACS of oligodendrocytes, store at 4 °C |
Female C57BL/6J mice | Charles River Laboratories, Sulzfeld, Germany | Active EAE induction | |
Fetal calf serum (FCS) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | F2442-50ML | Flow cytometry, store at -5 to -20 °C |
FITC Rat Anti-CD 11b (clone M1/70) | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | 553310 | Flow cytometry, store at 4 °C |
Freund’s Complete adjuvant | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | AR001 | Active EAE induction, store at 4 °C |
GentleMACS C Tubes | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-093-237 | CNS tissue dissociation |
GentleMACS Octo Dissociator with Heaters | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-096-427 | CNS tissue dissociation |
Graphpad Prism 8.4.3 | Graphpad by Dotmatics | Graphical Analysis | |
Isoflurane | AbbVie, North Chicago, IL, USA | Active EAE induction, store at 4 °C | |
Kaluza Analysis Software V2.1.1 | Beckman Coulter, Indianapolis, IN, USA | Flow cytometry analysis | |
LS Columns | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-042-401 | MACS |
MACS BSA Stock Solution | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-091-376 | PB-buffer |
MACS MultiStand | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-042-303 | MACS |
MOG35–55 peptide | Charité, Berlin, Germany; alternatives: Genosphere Biotechnologies (Paris, France) or sb-Peptide (Saint Egrève, France) | Active EAE induction, store at -20 °C | |
Mycobacterium tuberculosis strain H37 Ra | Becton, Dickinson and Company (BD),Franklin Lakes, NJ, USA | Active EAE induction, store at 4 °C | |
Neuron Isolation Kit, mouse | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-115-390 | MACS of neurons, store at 4 °C |
O4 Antibody, anti-human/mouse/rat, APC, (clone REA-576) | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-119-897 | Flow cytometry, store at 4 °C |
Pertussis toxin in glycerol | Hooke Laboratories Inc., Lawrence, MA, USA | BT-0105 | Active EAE induction; store at -20 °C |
pluriStrainer Mini 100 μm | pluriSelect Life Science UG, Leipzig, Sachsen, Germany | 43-10100-40 | Flow cytometry |
QuadroMACS Separator | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-090-976 | MACS |
Recombinant Alexa Fluor 647 Anti-NeuN antibody (clone EPR12763) | Abcam, Cambridge, UK | EPR12763 | Flow cytometry, store at -20 °C |
Stainless Steel Brain Matrices, 1 mm | Ted Pella, Redding, CA, USA | 15067 | CNS tissue dissection |
Trypan blue solution, 0.4% | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 15250061 | Cell counting |
UltraPure 0.5 M EDTA, pH 8.0 | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 15575020 | Flow cytometry, store at room temperature |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiDaha Fazla Makale Keşfet
This article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır