Name: facilitating cerebral organoid culture via lateral soft light illumination
Uploaded: 2022-06-06T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Facilitating Cerebral Organoid Culture via Lateral Soft Light Illumination at JoVE.com

Questo studio è stato supportato dalla Natural Science Foundation della provincia del Guangdong (grant n. 2020A0505100062), dal Guangzhou City Science and Technology Key Topics Project (Grant No. 201904020025), dalla National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 31872800, 32070582, 82101937) e dal guangzhou City Postdoctoral Research Grant project (a Bangzhu Chen).

Il protocollo è stato condotto a seguito della Dichiarazione di Helsinki. L'approvazione è stata concessa dal Comitato Etico del Terzo Ospedale Affiliato dell'Università di Medicina di Guangzhou (Revisione medica ed etica [2021] n. 022). Prima dell'esperimento, ogni mezzo è stato preparato secondo la formula12 di Juergen A. Knoblich (tabelle supplementari 1-4), oppure è stato utilizzato un kit di organoidi cerebrali disponibile in commercio (vedi Tabella dei materiali...

<ol>
	<li>Jensen, C., Teng, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Is+it+time+to+start+transitioning+from+2D+to+3D+cell+culture.">Is it time to start transitioning from 2D to 3D cell culture.</a> Frontiers in Molecular Biosciences. 7 (33), (2020).</li><li>Quadrato, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+diversity+and+network+dynamics+in+photosensitive+human+brain+organoids.">Cell diversity and network dynamics in photosensitive human brain organoids.</a> Nature. 545 (7652), 48-53 (2017).</li><li>Lancaster, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+organoids+model+human+brain+development+and+microcephaly.">Cerebral organoids model human brain development and microcephaly.</a> Nature. 501 (7467), 373-379 (2013).</li><li>Qian, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=et+al.Brain-region-specific+organoids+using+mini-bioreactors+for+modeling+ZIKV+exposure.">et al.Brain-region-specific organoids using mini-bioreactors for modeling ZIKV exposure.</a> Cell. 165 (5), 1238-1254 (2016).</li><li>Hu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lung+cancer+organoids+analyzed+on+microwell+arrays+predict+drug+responses+of+patients+within+a+week.">Lung cancer organoids analyzed on microwell arrays predict drug responses of patients within a week.</a> Nature Communications. 12 (1), 2581 (2021).</li><li>Jung, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+one-stop+microfluidic-based+lung+cancer+organoid+culture+platform+for+testing+drug+sensitivity.">A one-stop microfluidic-based lung cancer organoid culture platform for testing drug sensitivity.</a> Lab on a Chip. 19 (17), 2854-2865 (2019).</li><li>Jalili-Firoozinezhad, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+complex+human+gut+microbiome+cultured+in+an+anaerobic+intestine-on-a-chip.">A complex human gut microbiome cultured in an anaerobic intestine-on-a-chip.</a> Nature Biomedical Engineering. 3 (7), 520-531 (2019).</li><li>Gkatzis, K., Taghizadeh, S., Huh, D., Stainier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+three-dimensional+organoids+and+lung-on-a-chip+methods+to+study+lung+development,+regeneration+and+disease.">Use of three-dimensional organoids and lung-on-a-chip methods to study lung development, regeneration and disease.</a> The European Respiratory Journal. 52 (5), 1800876 (2018).</li><li>Ye, Y., Pui, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+nanoparticles+suspended+in+a+light+scattering+medium.">Detection of nanoparticles suspended in a light scattering medium.</a> Scientific Reports. 11 (1), 20268 (2021).</li><li>Staven, V., Waaseth, M., Wang, S., Gr&#248;nlie, I., Tho, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utilization+of+the+tyndall+effect+for+enhanced+visual+detection+of+particles+in+compatibility+testing+of+intravenous+fluids:+Validity+and+reliability.">Utilization of the tyndall effect for enhanced visual detection of particles in compatibility testing of intravenous fluids: Validity and reliability.</a> PDA Journal of Pharmaceutical Science and Technology. 69 (2), 270-283 (2015).</li><li>Fukuma, Y., Inui, T., Imashiro, C., Kurashina, Y., Takemura, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Homogenization+of+initial+cell+distribution+by+secondary+flow+of+medium+improves+cell+culture+efficiency.">Homogenization of initial cell distribution by secondary flow of medium improves cell culture efficiency.</a> PloS One. 15 (7), 0235827 (2020).</li><li>Lancaster, M. A., Knoblich, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+cerebral+organoids+from+human+pluripotent+stem+cells.">Generation of cerebral organoids from human pluripotent stem cells.</a> Nature Protocols. 9 (10), 2329-2340 (2014).</li><li>Ouyang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CRISPR/Cas9-targeted+deletion+of+polyglutamine+in+spinocerebellar+ataxia+type+3-derived+induced+pluripotent+stem+cells.">CRISPR/Cas9-targeted deletion of polyglutamine in spinocerebellar ataxia type 3-derived induced pluripotent stem cells.</a> Stem Cells and Development. 27 (11), 756-770 (2018).</li><li>Xian, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+safety+and+effectiveness+of+genetically+corrected+iPSCs+derived+from+&#946;-thalassaemia+patients+in+nonmyeloablative+&#946;-thalassaemic+mice.">The safety and effectiveness of genetically corrected iPSCs derived from &#946;-thalassaemia patients in nonmyeloablative &#946;-thalassaemic mice.</a> Stem Cell Research and Therapy. 11 (1), 288 (2020).</li><li>Kanof, M. E., Smith, P. D., Zola, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+whole+mononuclear+cells+from+peripheral+blood+and+cord+blood.">Isolation of whole mononuclear cells from peripheral blood and cord blood.</a> Current Protocols in Immunology. , (2001).</li><li>Knight, G. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+induction+of+singular+neural+rosette+emergence+within+hPSC-derived+tissues.">Engineering induction of singular neural rosette emergence within hPSC-derived tissues.</a> eLife. 7, 37549 (2018).</li><li>Rieder, H. L., Smithwick, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RPM+or+RCF.">RPM or RCF.</a> The American Review of Respiratory Disease. 132 (6), 1371 (1985).</li><li>Dole, V. P., Cotzias, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+nomogram+for+the+calculation+of+relative+centrifugal+force.">A nomogram for the calculation of relative centrifugal force.</a> Science. 113 (2941), 552-553 (1951).</li><li>Velasco, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Individual+brain+organoids+reproducibly+form+cell+diversity+of+the+human+cerebral+cortex.">Individual brain organoids reproducibly form cell diversity of the human cerebral cortex.</a> Nature. 570 (7762), 523-527 (2019).</li><li>Jacob, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+pluripotent+stem+cell-derived+neural+cells+and+brain+organoids+reveal+SARS-CoV-2+neurotropism+predominates+in+choroid+plexus+epithelium.">Human pluripotent stem cell-derived neural cells and brain organoids reveal SARS-CoV-2 neurotropism predominates in choroid plexus epithelium.</a> Cell Stem Cell. 27 (6), 937-950 (2020).</li><li>Kathuria, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptomic+landscape+and+functional+characterization+of+induced+pluripotent+stem+cell-derived+cerebral+organoids+in+schizophrenia.">Transcriptomic landscape and functional characterization of induced pluripotent stem cell-derived cerebral organoids in schizophrenia.</a> JAMA Psychiatry. 77 (7), 745-754 (2020).</li><li>Pa&#351;ca, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+cortical+neurons+and+astrocytes+from+human+pluripotent+stem+cells+in+3D+culture.">Functional cortical neurons and astrocytes from human pluripotent stem cells in 3D culture.</a> Nature Methods. 12 (7), 671-678 (2015).</li><li>Hu, B. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+differentiation+of+human+induced+pluripotent+stem+cells+follows+developmental+principles+but+with+variable+potency.">Neural differentiation of human induced pluripotent stem cells follows developmental principles but with variable potency.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (9), 4335-4340 (2010).</li><li>Tang, X. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DSCAM/PAK1+pathway+suppression+reverses+neurogenesis+deficits+in+iPSC-derived+cerebral+organoids+from+patients+with+Down+syndrome.">DSCAM/PAK1 pathway suppression reverses neurogenesis deficits in iPSC-derived cerebral organoids from patients with Down syndrome.</a> The Journal of Clinical Investigation. 131 (12), 135763 (2021).</li><li>Costa, M., Paulson, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+understanding+Machado-Joseph+disease.">Toward understanding Machado-Joseph disease.</a> Progress in Neurobiology. 97 (2), 239-257 (2012).</li><li>Trapnell, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcript+assembly+and+quantification+by+RNA-Seq+reveals+unannotated+transcripts+and+isoform+switching+during+cell+differentiation.">Transcript assembly and quantification by RNA-Seq reveals unannotated transcripts and isoform switching during cell differentiation.</a> Nature Biotechnology. 28 (5), 511-515 (2010).</li><li>Love, M. I., Huber, W., Anders, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moderated+estimation+of+fold+change+and+dispersion+for+RNA-seq+data+with+DESeq2.">Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2.</a> Genome Biology. 15 (12), 550 (2014).</li><li>Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+development+and+disease+with+organoids.">Modeling development and disease with organoids.</a> Cell. 165 (7), 1586-1597 (2016).</li><li>Klockgether, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age+related+axonal+neuropathy+in+spinocerebellar+ataxia+type+3/Machado-Joseph+disease+(SCA3/MJD).">Age related axonal neuropathy in spinocerebellar ataxia type 3/Machado-Joseph disease (SCA3/MJD).</a> Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 66 (2), 222-224 (1999).</li><li>Khan, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expanded+polyglutamines+impair+synaptic+transmission+and+ubiquitin-proteasome+system+in+Caenorhabditis+elegans.">Expanded polyglutamines impair synaptic transmission and ubiquitin-proteasome system in Caenorhabditis elegans.</a> Journal of Neurochemistry. 98 (2), 576-587 (2006).</li><li>Teixeira-Castro, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Serotonergic+signalling+suppresses+ataxin+3+aggregation+and+neurotoxicity+in+animal+models+of+Machado-Joseph+disease.">Serotonergic signalling suppresses ataxin 3 aggregation and neurotoxicity in animal models of Machado-Joseph disease.</a> Brain: A Journal of Neurology. 138, 3221-3237 (2015).</li><li>Joers, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurochemical+abnormalities+in+premanifest+and+early+spinocerebellar+ataxias.">Neurochemical abnormalities in premanifest and early spinocerebellar ataxias.</a> Annals of Neurology. 83 (4), 816-829 (2018).</li><li>Sivitilli, A., Ghiasi, P., Attisano, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+phenotypically+uniform+human+cerebral+organoids+from+pluripotent+stem+cells.">Production of phenotypically uniform human cerebral organoids from pluripotent stem cells.</a> Bio-protocol. 11 (8), 3985 (2021).</li><li>Sivitilli, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robust+production+of+uniform+human+cerebral+organoids+from+pluripotent+stem+cells.">Robust production of uniform human cerebral organoids from pluripotent stem cells.</a> Life Science Alliance. 3 (5), (2020).</li><li>Camp, J. G., Treutlein, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+development:+Advances+in+mini-brain+technology.">Human development: Advances in mini-brain technology.</a> Nature. 545 (7652), 39-40 (2017).</li><li>Giandomenico, S. L., Sutcliffe, M., Lancaster, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+and+long-term+culture+of+advanced+cerebral+organoids+for+studying+later+stages+of+neural+development.">Generation and long-term culture of advanced cerebral organoids for studying later stages of neural development.</a> Nature Protocols. 16 (2), 579-602 (2021).</li><li>Yoon, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+of+human+cortical+organoid+generation.">Reliability of human cortical organoid generation.</a> Nature Methods. 16 (1), 75-78 (2019).</li><li>Lancaster, M. A., Knoblich, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organogenesis+in+a+dish:+Modeling+development+and+disease+using+organoid+technologies.">Organogenesis in a dish: Modeling development and disease using organoid technologies.</a> Science. 345 (6194), 1247125 (2014).</li><li>Driehuis, E., Kretzschmar, K., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishment+of+patient-derived+cancer+organoids+for+drug-screening+applications.">Establishment of patient-derived cancer organoids for drug-screening applications.</a> Nature Protocols. 15 (10), 3380-3409 (2020).</li></ol>

Gli organoidi cerebrali aprono nuove strade per la ricerca medica. Molte applicazioni utili di questa tecnologia stanno solo iniziando ad essere esplorate28. Questa ricerca ha scoperto che i risultati del sequenziamento del trascrittoma di organoidi cerebrali geneticamente malati e normali organoidi cerebrali possono riflettere le differenze tra malattia e salute. Ad esempio, i risultati dell'analisi dei dati RNA-seq (Figura 3B) sono coerenti con molti studi riportati...

Rispetto ai sistemi di coltura bidimensionali (2D), i sistemi di coltura tridimensionali (3D) presentano diversi vantaggi, tra cui la replica autentica e la riproduzione efficiente di strutture complesse di alcuni organi1. Pertanto, gli organoidi cerebrali sono uno degli importanti metodi ausiliari per i campi di ricerca dello sviluppo del cervello umano e della malattia2, dello screening farmacologico e della terapia cellulare.
La coltura di organoidi cerebrali con il metodo della sospensione rotante favorisce il loro sviluppo e la loro maturazione3. Sebbene i sistemi di coltura di organoidi cerebrali abbiano ottenuto un grande successo, devono ancora affrontare sfide critiche che ne limitano l'applicazione. Ad esempio, la coltivazione manuale comporta complicate fasi di manipolazione e introduce ostacoli al raggiungimento di applicazioni su larga scala. Inoltre, in ogni fase dello sviluppo nella coltura di organoidi cerebrali, sono necessari cambiamenti in diversi mezzi e citochine4. Tuttavia, nella fase iniziale, gli organoidi o EB hanno dimensioni minuscole (circa 200 μm a 300 μm) e sono quasi visivamente inaccessibili senza un apparato appropriato. Inevitabilmente, una certa quantità di preziosi campioni di organoidi viene lavata via quando il mezzo viene cambiato. Molte tecniche sono state esplorate per superare questo in altri tipi di colture organoidiche, e alcuni esempi includono l'immersione di interi chip organoidi in un terreno di coltura per 3 giorni senza intervento5; aggiungere un mezzo fresco attraverso il coperchio dopo che il vecchio mezzo è stato assorbito con carta assorbente5; o applicando tubazioni microfluidiche complesse per lo scambio di fluidi 6,7,8. Un altro ostacolo incontrato nella fase iniziale della coltivazione degli organoidi è la difficoltà di ottenere osservazioni dirette ad occhio nudo, che possono causare operazioni scadenti che portano a danni organoidi e perdite durante le fasi di trasferimento degli organoidi. Pertanto, è necessario stabilire un protocollo più fattibile che faciliti il cambiamento del mezzo e il trasferimento degli organoidi per generare organoidi.
Per superare questi problemi viene proposta una corrispondente operazione ottimizzata basata su principi ingegneristici, che facilita in modo significativo e conveniente molte procedure organoidiche. In natura, quando il sole splende in una casa attraverso una finestra, l'occhio nudo può vedere la polvere danzare nel fascio di luce. A causa del riflesso diffuso della luce solare sulla polvere, una parte della luce viene rifratta nel bulbo oculare per produrre un'immagine visiva. Ispirato al principio di questo fenomeno 9,10, questo studio ha realizzato una lampada a luce morbida e illuminato gli EB lateralmente. Si è scoperto che gli EB potevano essere visivamente chiari senza influire sull'ambito di visualizzazione. Un flusso secondario che punta al centro viene generato nel liquido ruotando la piastra di coltura a causa delle correnti parassite11. Gli EB originariamente dispersi si accumulano al centro della piastra. Sulla base di questo, e del fenomeno che la velocità di sedimentazione degli organoidi è più veloce di quella delle cellule, viene proposto un metodo di facile funzionamento del cambio del mezzo e del trasferimento organoide senza centrifugazione. Gli organoidi nel terreno di coltura possono essere efficacemente separati dalle cellule libere e dai frammenti di cellule morte attraverso questa operazione di trasferimento.
Qui, viene proposto un protocollo facile da usare per generare organoidi cerebrali da cellule staminali pluripotenti umane. La tecnologia operativa è stata ottimizzata applicando il principio di ingegneria, rendendo le operazioni nella cultura 3D semplici e fattibili come quelle nella cultura 2D. Il metodo di scambio liquido migliorato e l'operazione di trasferimento degli organoidi sono utili anche per altri tipi di coltura organoide e per la progettazione di macchine automatiche per la coltura.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.2 &#956;m Filter</td>
			<td>NEST Biotechnology, China</td>
			<td>331001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1000 &#956;L wide-bore pipette tip</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>9405163</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200 &#956;L wide-bore pipette tip</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>9405020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Mercaptoethanol</td>
			<td>Merck, Germany</td>
			<td>8057400005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4% Paraformaldehyde</td>
			<td>Servicebio, China</td>
			<td>G1101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well low adhesion plate</td>
			<td>NEST Biotechnology, China</td>
			<td>703011</td>
			<td>It is used for EBs suspension cultures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aaccute cell detachment solution</td>
			<td>STEMCELL Technologies, Canada</td>
			<td>07920</td>
			<td>It is used to digest iPSC into single cells.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AggreWell800 24-well</td>
			<td>STEMCELL Technologies, Canada</td>
			<td>34811</td>
			<td>Microporous culture plate for EBs preparation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Adherence Rinsing Solution</td>
			<td>STEMCELL Technologies, Canada</td>
			<td>07010</td>
			<td>Rinsing solution for cultureware to prevent cell adhesion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27-vit. A supplement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>12587010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bFGF</td>
			<td>Peprotech, USA</td>
			<td>GMP100-18B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BSA</td>
			<td>Beyotime Biotechnology, China</td>
			<td>ST025</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf, Germany</td>
			<td>5810 R</td>
			<td>It can be used for centrifugation of various types of centrifuge tubes, reagent bottles and working plates.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover glass</td>
			<td>Shitai Laboratory Equipment, China</td>
			<td>10212020C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>Beyotime Biotechnology, China</td>
			<td>C1002</td>
			<td>Used for nuclear staining. After DAPI was combined with double stranded DNA, the maximum excitation wavelength was 364nm and the maximum emission wavelength was 454nm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM-F12</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>11330032</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ES-quality FBS</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>10270106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ficoll Paque</td>
			<td>General Electric Company, USA</td>
			<td>17-5442-02</td>
			<td>Isolate the peripheral blood mononuclear cells according to Ficoll-Paque method.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin</td>
			<td>Sangon Bioteach, China</td>
			<td>A609764</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutamax supplement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>35050061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutamax supplement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>17504044</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Chicken IgY&#160; secondary antibody</td>
			<td>Abcam, UK</td>
			<td>ab150171</td>
			<td>Goat anti-Chicken IgG. Conjugation: Alexa Fluor 647. Ex: 652 nm, Em: 668 nm. Use at 1:500 dilution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Mouse IgG secondary antibody</td>
			<td>Abcam, UK</td>
			<td>ab150120</td>
			<td>Goat anti-Mouse IgG. Conjugation: Alexa Fluor 594. Ex: 590 nm, Em: 617 nm. Use at 1:500 dilution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-Rabbit IgG secondary antibody</td>
			<td>Abcam, UK</td>
			<td>ab150077</td>
			<td>Goat Anti-Rabbit IgG. Conjugation: Alexa Fluor 488. Ex: 495 nm, Em: 519 nm. Use at 1:500 dilution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin</td>
			<td>Merck, Germany</td>
			<td>H3149</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Horizontal shaker</td>
			<td>Servicebio, China</td>
			<td>DS-H200</td>
			<td>Relative centrifugal force (RCF) of 0.11808 x g is more appropriate, according to the manufacturer INFORS HT (Switzerland).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin</td>
			<td>Merck, Germany</td>
			<td>I9278-5ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KOSR</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>10828028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel</td>
			<td>Corning, USA</td>
			<td>354277</td>
			<td>Matrigel will solidify in the environment higher than 4 &#176;C, so it should be sub packed at low temperature.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEM-NEAA</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>11140050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mTeSR1</td>
			<td>STEMCELL Technologies, Canada</td>
			<td>85850</td>
			<td>iPSC culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2 supplement</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>17502048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neurobasal</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>21103049</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OCT4 primary antibody</td>
			<td>Abcam, UK</td>
			<td>ab19857</td>
			<td>Host: Rabbit. Dissolve with 500 &#956;L PBS. Use at 1:200 dilution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pathological frozen slicer</td>
			<td>Leica, Germany</td>
			<td>Leica CM1860</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PAX6 primary antibody</td>
			<td>Abcam, UK</td>
			<td>ab78545</td>
			<td>Host: Mouse. Use at 1:100 dilution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS</td>
			<td>STEMCELL Technologies, Canada</td>
			<td>37350</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>15140122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PSC dissociation solution</td>
			<td>Beijing Saibei Biotechnology, China</td>
			<td>CA3001500</td>
			<td>Enzyme free dissociation solution can be used for iPSC digestion and passage.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sendai Reprogramming Kit</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td>A16518</td>
			<td>Establish iPSC according to the protocol of Sendai Reprogramming Kit.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slide Glass</td>
			<td>Shitai Laboratory Equipment, China</td>
			<td>188105W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soft light lamp</td>
			<td>NUT</td>
			<td>NUT</td>
			<td>A simple self made device, refer to supplementary figure 2 for preparation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STEMdiff Cerebral Organoid Kit</td>
			<td>STEMCELL Technologies, Canada</td>
			<td>8570</td>
			<td>Contain: 1. EB Formation Medium; 2. Induction Medium; 3. Expansion Medium; 4. Maturation Medium.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STEMdiff Cerebral Organoid Maturation Kit</td>
			<td>STEMCELL Technologies, Canada</td>
			<td>8571</td>
			<td>Maturation Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sangon Bioteach, China</td>
			<td>A502792</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Merck, Germany</td>
			<td>X100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TUJ1 primary antibody</td>
			<td>Abcam, UK</td>
			<td>ab41489</td>
			<td>Host: Chicken. Use at 1:1000 dilution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaseline</td>
			<td>Sangon Bioteach, China</td>
			<td>A510146</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632</td>
			<td>STEMCELL Technologies, Canada</td>
			<td>72302</td>
			<td>Prepare a 5 mM stock solution in PBS, resuspend 1 mg in 624 &#181;L of PBS.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Weblink</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raw sequencing data</td>
			<td>Genome Sequence Archive (Genomics, Proteomics &#38; Bioinformatics 2021) in National Genomics Data Center (Nucleic Acids Res 2022), China National Center for Bioinformation / Beijing Institute of Genomics, Chinese Academy of Sciences</td>
			<td>GSA-Human: HRA002430</td>
			<td>https://ngdc.cncb.ac.cn/gsa-human/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

facilitating cerebral organoid culture via lateral soft light illumination

Allo stato attuale, la tecnologia di coltura degli organoidi cerebrali è ancora complicata da utilizzare e difficile da applicare su larga scala. È necessario trovare una soluzione semplice e pratica. Pertanto, nel presente studio viene proposto un protocollo organoide cerebrale più fattibile. Per risolvere l'inevitabile inconveniente nel cambio del mezzo e nel trasferimento degli organoidi nella fase iniziale, la ricerca attuale ottimizza la tecnologia operativa applicando il principio ingegneristico. Una lampada a luce morbida è stata adottata per illuminare lateralmente i campioni del corpo embrionale (EB), consentendo agli EB di essere visti ad occhio nudo attraverso l'effetto di riflessione diffusa potenziato. Utilizzando il principio del flusso secondario generato dalla rotazione, gli organoidi si raccolgono verso il centro del pozzo, il che facilita l'operazione di cambio medio o trasferimento organoide. Rispetto alla cellula dispersa, il corpo embrioide si deposita più velocemente nella pipetta. Utilizzando questo fenomeno, la maggior parte delle cellule libere e dei frammenti di cellule morte possono essere efficacemente rimossi in modo semplice, impedendo agli EB di incorrere in danni da centrifugazione. Questo studio facilita il funzionamento della coltura di organoidi cerebrali e aiuta a promuovere l'applicazione di organoidi cerebrali.

Il presente studio ha indotto iPSC (Figura 2B) in organoidi cerebrali (Figura 2C). Gli EB coltivati nella fase iniziale esprimevano il marcatore OCT4 (Figura 2A), che indicava una buona pluripotenza. Nella fase successiva, gli EB si sono sviluppati in organoidi cerebrali maturi (Figura 2D). La ricerca ha coltivato iPSC da individui sani normali e pazienti SCA3 in organoidi cerebrali (<strong class="xfig...

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Facilitating Cerebral Organoid Culture via Lateral Soft Light Illumination

Gli organoidi cerebrali offrono opportunità senza precedenti per lo studio dello sviluppo degli organi e della patologia delle malattie umane. Sebbene sia stato ottenuto un grande successo con i sistemi di coltura di organoidi cerebrali, ci sono ancora difficoltà operative nell'applicazione di questa tecnologia. Il presente protocollo descrive una procedura organoide cerebrale che facilita il cambiamento del mezzo e il trasferimento degli organoidi.

Facilitare la coltura di organoidi cerebrali tramite illuminazione laterale a luce soffusa

At present, cerebral organoid culture technology is still complicated to operate and difficult to apply on a large scale. It is necessary to find a simple ...

Il protocollo facilita il funzionamento della coltura di organoidi cerebrali e aiuta a promuovere l'applicazione di organoidi cerebrali. L'organoide dello stadio precedente può essere visto ad occhio nudo utilizzando una lampada laterale a luce morbida che è conveniente per molte operazioni. I metodi di cambio del mezzo migliorati e le operazioni di trasferimento degli organoidi sono utili anche per altri tipi di colture organoidiche e per la progettazione di macchine automatiche per colture.Per iniziare, coltiva le iPSC con il mezzo mTeSR1 in una capsula di Petri da 35 millimetri coperta da matrigel e cambia il mezzo ogni giorno. La densità di crescita dell'iPSC non deve superare il 75%Quindi, pipettare il mezzo mTeSR1 dalle iPSC e lavarlo due volte con un millimetro di PBS. Dopo aver pipettato il PBS, aggiungere 300 microlitri di soluzione di distacco cellulare per digerire le iPSC in singole cellule per tre o quattro minuti a 37 gradi Celsius.Successivamente, risospesare le cellule in due millimetri di terreno di formazione EB e centrifugare il campione per cinque minuti a 300 volte g. Trattare la piastra specializzata a 24 pozzetti con 500 microlitri per pozzetto di soluzione di risciacquo anti aderenza per cinque minuti. Ora, risospendare le cellule nel mezzo di formazione EB contenente l'inibitore della Rho chinasi Y27632.Dopo aver rimosso la soluzione di risciacquo anti aderenza, sciacquare ciascuno con due millilitri di mezzo di formazione EB. Quindi, aggiungere le celle alle piastre specializzate a 24 pozzetti ad una densità di tre volte 10 alla sesta cella per pozzetto e centrifugare la piastra a 100 volte g per due minuti a temperatura ambiente. Distribuire uniformemente le celle in ogni camera nella parte inferiore della piastra.Incubare i campioni a 37 gradi Celsius e al 5% di anidride carbonica per 24 ore. Se la centrifugazione non è stata utilizzata nella fase precedente, incubare per 36 ore e mantenere il campione stabile. Utilizzare un pannello acrilico trasparente con uno spessore da 0,3 a 0,5 centimetri nel formato di carta A5 e incollare tamponi bianchi sulla parte anteriore e posteriore della lastra acrilica.Quindi, installare una fila di luci bianche a LED sul bordo della piastra in modo che le luci possano entrare dal lato della piastra acrilica e quindi sparare in parallelo. Ora, preparare una nuova piastra a sei pozzetti a bassa adesione e aggiungere due millilitri di mezzo di formazione EB a ciascun pozzetto. Dopo aver rimosso gli EB insieme al mezzo utilizzando la punta della pipetta a foro largo di 1000 microlitri, trasferire circa 100 EB per pozzetto alla piastra a sei pozzetti a bassa adesione.Per sostituire il mezzo di formazione EB ogni giorno con lo stesso volume di mezzo fresco, indurre un flusso vorticoso ruotando la parabola lungo un'orbita circolare. Gli EB o organoidi convergono al centro del pozzo a causa del flusso secondario generato attraverso la rotazione. Aspirare lentamente il vecchio mezzo convogliando verso il bordo del pozzo.Non succhiare troppo forte, altrimenti gli EB verranno rimossi insieme. Quindi, aggiungere nuovi supporti per risospese gli EB. Per l'induzione neurale, preparare una nuova piastra di adesione a sei pozzi bassi con tre millilitri di mezzo di induzione neurale per pozzetto.Accendere la luce soffusa laterale e spegnere altre fonti di luce interna. Ora trasferisci gli EB nella piastra a sei pozzetti con un mezzo di induzione neurale aggiunto utilizzando una punta a pipetta a bocca larga per succhiare sia gli EB che il terreno di coltura. Quindi, tenere la pipetta in posizione verticale.Gli EB affonderanno gradualmente sotto gravità e convergeranno verso la bocca della punta della pipetta. Quando la bocca della punta della pipetta tocca nuovamente la superficie del liquido e, a causa della tensione superficiale del liquido, gli EB affondano rapidamente nel mezzo. Incubare i campioni a 37 gradi Celsius e al 5% di anidride carbonica per 24 ore.Posizionare la matrice di membrana in un frigorifero a quattro gradi Celsius per 60 minuti per dissolvere. Dopo aver acceso la luce morbida laterale, spegnere la sorgente luminosa sulla parte superiore della console e mantenere la matrice di membrana sul ghiaccio per evitare la solidificazione. Trasferire una piccola quantità di EB in un piatto da 60 millimetri contenente un mezzo di espansione fresco per facilitare la rimozione di un singolo EB. Utilizzando una punta di pipetta a foro largo 200 microlitri, aspirare un singolo EB contenente circa 10 microlitri medi ogni volta, quindi creare goccioline aggiungendolo sul fondo della piastra a sei pozzetti.Utilizzare cinque goccioline per pozzetto. Aggiungere 15 microlitri della matrice di membrana a ciascuna goccia contenente EB. Mescolare rapidamente e incorporare la palla EB al centro della goccia.Lasciare solidificare le goccioline contenenti EB posizionando la piastra a sei pozzetti in un'incubatrice a 37 gradi Celsius per 30 minuti. Quindi, aggiungere tre millilitri del mezzo di espansione a ciascun pozzetto e far esplodere delicatamente gli EB incorporati nella matrice per sospenderli e incubarli per tre giorni. Per la maturazione organoide, rimuovere delicatamente il mezzo originale e aggiungere tre millilitri di terreno di maturazione a ciascun pozzetto.Posizionare la piastra organoide su uno shaker orizzontale in un incubatore a 37 gradi Celsius e continuare a ruotare la coltura orizzontalmente. Cambiare il mezzo di maturazione fresco ogni due o tre giorni. A causa della gravità e della densità relativamente più elevata rispetto al mezzo, gli EB risospesi affonderanno gradualmente.Quindi, gli EB possono essere comodamente trasferiti. Rispetto agli EB, le cellule libere e i frammenti di cellule morte affondano più lentamente. La maggior parte delle cellule libere e dei frammenti di cellule morte possono quindi essere rimossi.Gli EB coltivati nella fase iniziale esprimevano il marcatore OCT4 che indicava una buona pluripotenza. Nella fase successiva, gli EB si sono sviluppati in organoidi cerebrali maturi. Gli organoidi cerebrali maturi erano positivi per il marcatore delle cellule progenitrici apicali PAX6 e per il marcatore specifico neuronale tubulinA J1. Le iPSC di individui sani e pazienti CON SCA3 sono state coltivate per crescere in organoidi.I profili di espressione genica del normale gruppo organoide cerebrale e del gruppo organoide cerebrale SCA3 hanno mostrato differenze significative nei percorsi come il trasporto dei neurotrasmettitori, la formazione delle sinapsi e la regolazione. Quando si incorpora l'EB con la matrice della membrana basale, i tempi di funzionamento non devono essere troppo lunghi per evitare che gli EB si secchino. Si raccomanda di proteggere rapidamente.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Facilitating Cerebral Organoid Culture via Lateral Soft Light Illumination

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