Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Fare embriyonik kök hücrelerinden kraniyal nöral krest hücreleri üretmek için tekrarlanabilir boyutta nöroküreler üreten üç boyutlu (3D) bir in vitro farklılaşma protokolü sunuyoruz. Bu metodolojinin önceki protokollere kıyasla değişkenliği azalttığını ve kraniyal nöral krest hücre gelişimini incelemek için çoğullanmış test için nasıl kullanılabileceğini gösteriyoruz.
Hem ektodermal hem de mezenkimal türevler üretme konusundaki olağanüstü kapasiteleri ile kraniyal nöral krest hücreleri (CNCC), hücre kader kararlarını ve plastisitesini düzenleyen mekanizmaların incelenmesinde büyük ilgi görmüştür. Dorsal nöroepitelyumdan kaynaklanan bu hücre popülasyonu geçicidir ve gelişmekte olan embriyoda nispeten nadirdir - fonksiyonel testleri, genomik taramaları ve biyokimya testlerini in vivo olarak gerçekleştirmeyi zorlaştırır. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için, CNCC gelişimini in vitro olarak modellemek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir.Nörosfer (NS) tabanlı kültürleme yöntemleri, gelişmekte olan ön nöroepiteli 3 boyutlu olarak özetleyen karmaşık bir mikro ortam sağlar. Bu sistemler, büyük miktarda CNCC oluşturmak için aynı plakadaki birçok NS'nin büyümesine izin verir, ancak üretilen NS, şekil, boyut ve oluşan CNCC sayısında yüksek bir değişkenlik sunar - bu da kantitatif tahlillerin gerçekleştirilmesini zorlaştırır. Bu protokol, fare embriyonik kök hücrelerinden (mESC) 96 oyuklu bir formatta NS üretmek için tekrarlanabilir bir yöntemi ana hatlarıyla belirtir. 96 oyuklu plakalarda üretilen NS, daha fazla kültürlenebilen kraniyal nöral krest hücreleri (CNCC) üretir. Bu yaklaşım, başlangıç hücrelerinin sayısını kontrol ederek, NS arasındaki boyut ve şekildeki değişkenliği azaltır ve deneyler arasında tekrarlanabilirliği artırır. Son olarak, bu kültür sistemi çeşitli uygulamalara uyarlanabilir ve daha yüksek derecede esneklik sunar, bu da onu son derece özelleştirilebilir ve deneysel koşulların çoğullanması için uygun hale getirir.
Kraniyal nöral krest hücreleri (CNCC), gelişmekte olan embriyonun en ön kısmında, nöral plaka ile yüzey ektodermi1 arasındaki sınırda ortaya çıkan kök benzeri bir hücre popülasyonudur. CNCC daha sonra epitelyal-mezenkimal geçişe (EMT) uğrar, nöroepitelden delaminasyona uğrar ve dorsoventral olarak embriyonun çeşitli yerlerine doğru göç eder ve burada çok çeşitli hücre tiplerine farklılaşırlar2. Bu hücre popülasyonunu incelemek, dikkate değer bir plastisiteye 3 ve kraniyofasiyal kemiklerve kıkırdaklar4 gibi hem ektodermal hem de mezenkimal türevlere farklılaşma konusunda benzersiz bir yeteneğe sahip olduğu için büyük ilgi görmektedir. CNCC embriyoda nispeten erişilebilir olmasına rağmen, düşük sayıda hücreye sahip geçici bir popülasyondur ve sistemik mekanik çalışmaların in vivo olarak yürütülmesini zorlaştırır. CNCC hücre hatları, bu sınırlamaların üstesinden gelmek için son birkaç yılda izole edilmiş ve karakterize edilmiştir. Özellikle, O9-1 CNCC hücre hattı, göç ve göç sonrası nöral krest gelişimini incelemek için harika bir araçtır 5,6; Bununla birlikte, bu hücre hattı, nöral krest indüksiyonu ve spesifikasyonuna yol açan göçten önceki erken olayların incelenmesine izin vermez. Bu bağlamda, embriyonik kök hücre (ESC) kolonilerinin farklılaşmasından sonra elde edilen nörosfer (NS)7,8- adı verilen gelişmekte olan nöroepitele benzeyen 3 boyutlu yapıların kullanılması yoluyla bir tabakta CNCC'yi farklılaştırmak için in vitro farklılaşma protokollerinin geliştirilmesinde önemli gelişmeler olmuştur. Bu 3D protokoller, biyokimyasal ve genomik mekanik çalışmaların yürütülmesine izin vererek yüksek sayıda CNCC'yi sağlam bir şekilde üretir 9,10. NS, hücre proliferasyonunu uyarmak için Fibroblast Büyüme Faktörü (FGF) ve Epidermal Büyüme Faktörü (EGF)10,11 ile birlikte N2B27 takviyeli ortamda düşük bağlantı plakaları üzerinde kültürlenir. Bu protokoller Petri kaplarında gerçekleştirilir ve aynı plakada çok sayıda NS yetiştirilir. Büyüyen NS içinde, hücreler toplanır ve bölünmeye devam eder - olgunlaştığında 100-200 μm çapa ulaşır. Olgunlukta (yaklaşık 5. gün), NS substrata bağlanır ve in vivo muadillerinebenzeyen CNCC'ye farklılaşır 9,12. Bu CNCC daha sonra EMT'ye tabi tutulur ve plaka yüzeyine delaminasyon yapılır. NS boyutuna bağlı olarak morfolojik farklılıklar gözlenebilir, çünkü daha düşük besin ve oksijen mevcudiyeti nedeniyle daha büyük küreler çekirdekte daha koyu görünecek ve hücrelerin apoptoz geçirmesine yol açacaktır13. Bu tür bir prosedür, farklılaşmanın son noktasında çok sayıda CNCC oluştururken, farklılaşma işlemi sırasında meydana gelen çeşitli moleküler dinamiklerin incelenmesini neredeyse imkansız hale getiren çeşitli sınırlamalar sunar. İlk olarak, büyüklükleri değişen ESC kolonilerinin kullanılması, her deney için başlangıç hücre sayısını kontrol etmeyi zorlaştırır. Bu, spesifik sinyal yollarını aktive ederek farklı şekilde gelişen, hücre farklılaşmasının değişmesine yol açan ve dolayısıyla belirli bir zaman noktasında tek tip bir numune oluşturmayan çeşitli şekil ve çaplarda NS üretimi ile sonuçlanır. İkincisi, aynı plakada birden fazla NS'nin kültürlenmesi, genellikle14'ü bir araya getirmelerine ve potansiyel olarak komşularının mikro çevresini ve dolayısıyla gelişimlerini etkileyen sinyal moleküllerini serbest bırakmalarına yol açar. Toplamda, bu prosedürler numuneler ve deneyler arasında çok fazla değişkenlik oluşturur.
Burada, TC ile muamele edilmemiş U tabanlı 96 oyuklu plakalarda fare ESC'yi (mESC) toplayarak CNCC üretebilen tek NS üreten bu zorlukların üstesinden gelmek için bir strateji sunuyoruz. mESC'den başlamak, halihazırda kurulmuş nöral krest hücre hatlarından başlamaya kıyasla spesifikasyon sürecini ve CNCC gelişiminin erken aşamalarını incelemeye izin verir. Bu protokol, tek hücreli bir süspansiyon elde etmek için mESC kolonilerinin ayrılmasıyla başlar, ardından TC ile muamele edilmemiş U tabanlı 96 oyuklu bir plakanın her bir oyuğunda belirli sayıda mESC'nin tohumlanması ile başlar. Hücreler iki gün boyunca toplanmaya bırakılır ve daha sonra NS'nin plaka tabanına yapışabileceği, TC ile muamele edilmemiş düz tabanlı 96 oyuklu bir plakaya taşınır. Bu protokol, farklılaşma işlemi sırasında her NS'nin başlangıç hücre sayısını ve mikro ortamını kontrol ederek, numune değişkenliğini azaltır ve bu da deneysel tekrarlanabilirliği artırır. Bunun, farklı kültür koşullarının etkisini test etmek veya gen bozulma ekranları gerçekleştirmek gibi çoğullanmış deneyler tasarlamak için uygun bir platform olacağına inanıyoruz.
1. Fare ESC kolonilerinden tek hücreli bir süspansiyonun üretilmesi
NOT: Bu protokol, jelatin kaplı TC ile muamele edilmiş 6 oyuklu bir plakada inaktive edilmiş besleyiciler üzerinde büyütülen CK35 mESC'nin (germ hattı iletimi için yetkin bir mESC hattı, daha sonra in vivo modeller15 geliştirme seçeneğine sahip olmak için) kullanımına uyarlanmıştır. TC ile muamele edilmiş 6 oyuklu bir plakanın bir kuyucuğu yaklaşık 1,5 × 106 mESC vermelidir, bu da protokolün geri kalanı için yeterlidir. Gerekirse bu ölçeklendirilebilir. İlk adımları, seçilen ESC gerinim ve bakım kültürü yönteminin yanı sıra uygun kültür ortamına göre ayarlayın. Bu protokol steril koşullar altında yapılmalıdır. Bu protokolde kullanılan tüm malzemeler, reaktifler ve ekipmanlarla ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın.
2. CNCC farklılaşması için düz tabanlı 96 oyuklu bir plakaya aktarma
3. CNCC geçişi ve bakımı
NOT: CNCC geçişi, NS çevresinde görünür yeterli miktarda hücre olduğu anda gerçekleştirilebilir. Bu, 7. gün kadar erken olabilir, çünkü daha önceki zaman noktaları yeterli miktarda CNCC sağlamaz.
4. İmmünofloresan için NS fiksasyonu ve montajı
5. İmmünofloresan için CNCC fiksasyonu ve montajı
Protokolü takiben, mESC kolonileri ayrıldı ve 3000 hücre, TC ile muamele edilmemiş U-dipli 96 oyuklu plakalara ekildi. 2. günde, agrega NS, yapışmalarına izin vermek için TC ile muamele edilmemiş düz tabanlı 96 oyuklu plakalara aktarıldı. NS toplama protokolünün basitleştirilmiş bir görselleştirmesi Şekil 1A'da verilmiştir. NS 9. güne kadar kültürlendi ve daha sonra immünofloresan boyama için işlendi. NS'den plakaya göç eden h?...
İn vitro 3D farklılaşma modelleri, 2D hücre kültüründe gözlemlenmesi zor olabilecek veya edilemeyecek karmaşık hücre etkileşimlerinin analiz edilmesine izin verir. CNCC gelişimini in vitro olarak incelemek için çeşitli modeller geliştirilmiştir. Bunlar genellikle doğrudan ESC kolonilerinden 7,21 veya doku eksplantlarından22,23 türeti...
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmemektedir.
Astar tasarımı ve hücre kültürü uzmanlığı konusundaki tavsiyeleri için Dr. Remi Xavier Coux'a teşekkür ederiz. Bu çalışma Avrupa Araştırma Konseyi (ERC Başlangıç Hibesi 101039995 - REGENECREST) ve Fondation pour la Recherche Médicale (Amorçage - AJE202205015403) tarafından desteklenmiştir.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır