Name: organotypic cultures of adult human cortex as an ex vivo model for human stem cell transplantation and validation
Uploaded: 2022-12-09T13:20:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Organotypic Cultures of Adult Human Cortex as an Ex vivo Model for Human Stem Cell Transplantation and Validation at JoVE.com

Diese Arbeit wird durch Zuschüsse des Schwedischen Forschungsrats, der Schwedischen Gehirnstiftung, der Schwedischen Schlaganfallstiftung, der Region Skåne, der Thorsten und Elsa Segerfalk-Stiftung und der Initiative der schwedischen Regierung für strategische Forschungsbereiche (StemTherapy) unterstützt.

Dieses Protokoll folgt den Richtlinien, die von der Regionalen Ethikkommission, Lund, Schweden, genehmigt wurden (Ethikgenehmigungsnummer 2021-07006-01). Gesundes neokortikales Gewebe wurde von Patienten gewonnen, die sich einer elektiven Operation wegen Temporallappenepilepsie unterzogen. Von allen Patienten wurde eine Einverständniserklärung eingeholt.
HINWEIS: Alle erhaltenen Gewebe wurden unabhängig von ihrer Größe verarbeitet. Gewebe, die kleiner als 1-1,5 mm3 sind, sind j...

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R., 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+brain+slice+culture:+A+useful+tool+to+study+brain+disorders+and+potential+therapeutic+compounds.">Human brain slice culture: A useful tool to study brain disorders and potential therapeutic compounds.</a> Neuroscience Bulletin. 35 (2), 244-252 (2019).</li><li>Verwer, R. W., 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=Injury+response+of+resected+human+brain+tissue+in+vitro.">Injury response of resected human brain tissue in vitro.</a> Brain Pathology. 25 (4), 454-468 (2015).</li><li>Verwer, R. 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Das Erhalten von hACtx-Scheiben von ausreichender Qualität ist der kritischste Schritt in diesem Protokoll. Kortikales Gewebe wird von Epilepsiepatienten gewonnen, die sich einer resektiven Operation unterziehen24. Die Qualität des resezierten Gewebes sowie die Expositionszeit des Gewebes zwischen Resektion und Kultur sind entscheidend; Je schneller das Gewebe vom Operationssaal ins Labor gebracht und geschnitten wird, desto optimaler ist die organotypische Kultur. Idealerweise...

Neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer oder ischämischer Schlaganfall sind eine Gruppe von Krankheiten, die das gemeinsame Merkmal einer neuronalen Fehlfunktion oder des Todes aufweisen. Sie sind heterogen in Bezug auf das betroffene Gehirnareal und die neuronale Population. Leider sind Behandlungen für diese Krankheiten rar oder von begrenzter Wirksamkeit, da es keine Tiermodelle gibt, die das nachahmen, was im menschlichen Gehirn vorkommt 1,2. Die Stammzelltherapie ist eine der vielversprechendsten Strategien für die Regeneration des Gehirns3. Die Erzeugung neuronaler Vorläuferzellen aus Stammzellen aus verschiedenen Quellen hat sich in den letzten Jahren stark entwickelt 4,5. Jüngste Veröffentlichungen haben gezeigt, dass humane induzierte pluripotente Stammzellen (iPS), die aus Langzeit-Selbsterneuerungs-Neuroepithel-ähnlichen Stammzellen (lt-NES) stammen, nach einem kortikalen Differenzierungsprotokoll und nach intrakortikaler Transplantation in einem Rattenmodell mit ischämischem Schlaganfall, der den somatosensorischen Kortex betrifft, reife kortikale Neuronen erzeugen. Darüber hinaus erhielten die aus dem Transplantat stammenden Neuronen afferente und efferente synaptische Verbindungen von den Wirtsneuronen, was ihre Integration in das neuronale Netzwerk der Ratte zeigte 6,7. Die aus dem Transplantat stammenden Axone wurden myelinisiert und in verschiedenen Bereichen des Rattengehirns gefunden, einschließlich des Peri-Infarktbereichs, des Corpus callosum und des kontralateralen somatosensorischen Kortex. Am wichtigsten ist, dass die aus iPS-Zellen gewonnene Transplantation motorische Defizite bei Schlaganfalltieren umkehrte7.
Auch wenn Tiermodelle helfen, das Überleben von Transplantaten, die neuronale Integration und die Wirkung der transplantierten Zellen auf motorische und kognitive Funktionen zu untersuchen, fehlen in diesem System Informationen über die Interaktion zwischen menschlichen Zellen (Graft-Host) 8,9. Aus diesem Grund wird hier eine kombinierte Methode der organotypischen Langzeitkultur des menschlichen Gehirns mit der ex vivo-Transplantation von humanen iPS-Zellen abgeleiteten neuronalen Vorläuferzellen beschrieben. Organotypische Kulturen des menschlichen Gehirns, die aus neurochirurgischen Resektionen gewonnen werden, sind physiologisch relevante 3D-Modelle des Gehirns, die es Forschern ermöglichen, ihr Verständnis der Schaltkreise des menschlichen Zentralnervensystems zu verbessern und die genaueste Methode zum Testen von Behandlungen für Erkrankungen des menschlichen Gehirns zu finden. In diesem Zusammenhang wurde jedoch nicht genügend Forschung betrieben, und in den meisten Fällen wurden organotypische Kulturen des menschlichen Hippocampus-Gehirns verwendet10,11. Die Großhirnrinde ist von mehreren neurodegenerativen Erkrankungen betroffen, wie z. B. dem ischämischen Schlaganfall12 oder der Alzheimer-Krankheit13, daher ist es wichtig, ein menschliches kortikales 3D-System zu haben, das es uns ermöglicht, unser Wissen zu erweitern und verschiedene therapeutische Strategien zu testen und zu validieren. Mehrere Studien in den letzten Jahren haben Kulturen aus adultem menschlichem kortikalem (hACtx) Gewebe verwendet, um menschliche Gehirnerkrankungen zu modellieren 14,15,16,17,18,19; Im Zusammenhang mit der Stammzelltherapie liegen jedoch nur begrenzte Informationen vor. Zwei Studien haben bereits die Machbarkeit des hier beschriebenen Systems nachgewiesen. Im Jahr 2018 wurde gezeigt, dass menschliche embryonale Stammzellen, die mit verschiedenen Transkriptionsfaktoren programmiert und in hACtx-Gewebe transplantiert wurden, zu reifen kortikalen Neuronen führen, die sich in erwachsene menschliche kortikale Netzwerke integrieren können20. Im Jahr 2020 zeigte die Transplantation von lt-NES-Zellen in das menschliche organotypische System ihre Fähigkeit, sich in reife, schichtspezifische kortikale Neuronen mit den elektrophysiologischen Eigenschaften funktioneller Neuronen zu differenzieren. Die transplantierten Neuronen stellten sowohl afferente als auch efferente synaptische Kontakte mit den menschlichen kortikalen Neuronen in den erwachsenen Gehirnschnitten her, was durch retrograde monosynaptische Verfolgung des Tollwutvirus, Ganzzell-Patch-Clamp-Aufnahmen und Immunelektronenmikroskopiebestätigt wurde 21.

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		<tr>
			<td>Tissue Cutting and electrophysiology</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adenosine 5&#39;-triphosphate magnesium salt</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A9187</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bath temperature controller&#160;</td>
			<td>Luigs &#38; Neumann</td>
			<td>TC0511354</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chloride dihydrate</td>
			<td>Merck</td>
			<td>102382</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbogen gas</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooler</td>
			<td>Julaba FL 300</td>
			<td>9661012.03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)Glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G7021</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double Patch-Clamp amplifier</td>
			<td>HEKA electronic</td>
			<td>EPC10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Guanosine 5&#39;-Triphosphate disodium salt</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>371701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>AppliChem</td>
			<td>A1069</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Chloride hexahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M2670</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Sulfate heptahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>230391</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Patchmaster</td>
			<td>HEKA electronic</td>
			<td>Patchmaster 2x91</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette Puller</td>
			<td>Sutter</td>
			<td>P-2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic Petri dish</td>
			<td>Any suitable</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride</td>
			<td>Merck</td>
			<td>104936</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium D-gluconate</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>B25135</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber teat + glass pipette</td>
			<td>Any suitable</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Bicarbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S5761</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S7653</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium dihydrogen phosphate monohydrate</td>
			<td>Merck</td>
			<td>106346</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S7903</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue adhesive: Acryl super glue</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>2062278</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Upright microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>BX51WI&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibratome&#160;</td>
			<td>Leica</td>
			<td>VT1200 S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RINSING SOLUTION</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)Glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G7021</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HBSS (without Ca, Mg, or PhenolRed)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>14175095</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>AppliChem</td>
			<td>A1069</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>15-140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MANTAINANCE AND CULTURE OF HUMAN NEOCORTICAL TISSUE</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well plate</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>140675</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alvetex scaffold 6 well insert</td>
			<td>Reinnervate Ltd</td>
			<td>AVP004-96</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27 Supplement (50x)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>17504001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BrainPhys without Phenol Red</td>
			<td>StemCell technologies</td>
			<td>#05791</td>
			<td>Referenced as neuronal medium in the text</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter units 250 mL or 500 mL</td>
			<td>Corning Sigma</td>
			<td>CLS431096/97</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>Any suitable</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gentamicin (50 mg/mL)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>15750037</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutamax Supplement (100x)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>35050061</td>
			<td>Referenced as L-glutamine in the text</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber teat + Glass pipette</td>
			<td>Any suitable</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GENERATION OF lt-NES cells</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Mercaptoethanol 50 mM</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>31350010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal Free Recombinant EGF</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>AF-100-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27 Suplemment (50x)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>17504001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bFGF</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>AF-100-18B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Albumin Fraction V (7.5% solution)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>15260037</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyclopamine, V. calcifornicum</td>
			<td>Calbiochem</td>
			<td># 239803</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D (+) Glucose solution (45%)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>G8769</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D2438-10mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/F12</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>11320074</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Phosphate Buffer Saline (DPBS)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>14190-144</td>
			<td>Without calcium and magnesium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminin Mouse Protein, Natural</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>23017015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEM Non-essential aminoacids solutions (100x)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>11140050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-2 Supplement (100 x)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>17502001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-L-Ornithine</td>
			<td>Merk</td>
			<td>P3655</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant Human BMP-4 Protein</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>314-BP-010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant Human Wnt-3a Protein</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>5036-WN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Pyruvate (100 mM)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>11360070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soybean Trypsin Inhibitor, powder</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>17075029</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile deionized water</td>
			<td>MilliQ</td>
			<td></td>
			<td>MilliQ filter system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin EDTA (0.25%)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T4049-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EQUIPMENT FOR CELL CULTURE&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adjustable volume pipettes 10, 100, 200, 1000 &#181;L</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Basement membrane matrix ESC-qualified (Matrigel)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>CLS354277-1EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Hettich Centrifugen</td>
			<td>Rotina 420R</td>
			<td>5% CO2, 37 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator</td>
			<td>ThermoForma Steri-Cult CO2</td>
			<td>HEPA Class100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stem cell cutting tool 0.190-0.210 mm</td>
			<td>Vitrolife</td>
			<td>14601</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile tubes</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile Disposable Glass Pasteur Pipettes 150 mm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>612-1701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile pipette tips 0.1-1000 &#160;&#181;L</td>
			<td>Biotix VWR</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile Serological Pipettes 5, 10, 25, 50 mL</td>
			<td>Costar</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T25 flasks Nunc</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>156367</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IMMUNOHISTOCHEMISTRY</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>488-conjugated AffinityPure Donkey anti-mouse IgG</td>
			<td>Jackson ImmunoReserach</td>
			<td>715-545-151</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>488-conjugated AffinityPure Donkey anti-rabbit IgG</td>
			<td>Jackson ImmunoReserach</td>
			<td>711-545-152</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>488-conjugated AffinityPure Donkey anti-chicken IgG</td>
			<td>Jackson ImmunoReserach</td>
			<td>703-545-155</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa fluor 647-conjugated Streptavidin</td>
			<td>Jackson ImmunoReserach</td>
			<td>016-600-084</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin</td>
			<td>Jackson ImmunoReserach</td>
			<td>001-000-162</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chicken anti-GFP</td>
			<td>Merk Millipore</td>
			<td>AB16901</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chicken anti-MAP2&#160;</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab5392</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cy3-conjugated AffinityPure Donkey anti-chicken IgG</td>
			<td>Jackson ImmunoReserach</td>
			<td>703-165-155</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cy3-conjugated AffinityPure Donkey anti-goat IgG</td>
			<td>Jackson ImmunoReserach</td>
			<td>705-165-147</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cy3-conjugated AffinityPure Donkey anti-mouse IgG</td>
			<td>Jackson ImmunoReserach</td>
			<td>715-165-151</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diazabicyclooctane (DABCO)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D27802</td>
			<td>Mounting media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-AIF1 (C-terminal)&#160;</td>
			<td>Biorad</td>
			<td>AHP2024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoechst 33342</td>
			<td>Molecular Probes</td>
			<td></td>
			<td>Nuclear staining</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-MBP&#160;</td>
			<td>BioLegend</td>
			<td>808402</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-SC123&#160;</td>
			<td>Stem Cells Inc</td>
			<td>AB-123-U-050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Normal Donkey Serum</td>
			<td>Merk Millipore</td>
			<td>S30-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paint brush</td>
			<td>Any suitable</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde (PFA)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>150127</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Phospate Buffer Saline, KPBS (1x)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;&#160;&#160;&#160; Distilled water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;&#160;&#160;&#160; Potassium dihydrogen Phospate (KH2PO4)</td>
			<td>Merk Millipore</td>
			<td>104873</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;&#160;&#160;&#160; Potassium phospate dibasic (K2HPO4)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P3786</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;&#160;&#160;&#160; Sodium chloride (NaCl)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S3014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-NeuN&#160;</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab104225</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-Olig2&#160;</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab109186</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-TMEM119&#160;</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab185333</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium azide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S2002-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium citrate</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; Distilled water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; Tri-Sodium Citrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S1804-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; Tween-20</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P1379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>327371000&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EQUIPMENT FOR IMMUNOHISTOCHEMISTRY</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>LSM 780</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Slides 76 mm x 26 mm</td>
			<td>VWR</td>
			<td>630-1985</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Coverslips 24 mm x 60 mm</td>
			<td>Marienfeld</td>
			<td>107242</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Software</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>ZEN Black edition</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber teat + Glass pipette</td>
			<td>Any suitable</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

organotypic cultures of adult human cortex as an ex vivo model for human stem cell transplantation and validation

Neurodegenerative Erkrankungen sind häufig und heterogen in Bezug auf ihre Symptome und zelluläre Affektiertheit, was ihre Untersuchung aufgrund des Mangels an geeigneten Tiermodellen, die menschliche Krankheiten vollständig nachahmen, und der schlechten Verfügbarkeit von postmortalem menschlichem Hirngewebe erschwert. Die adulte menschliche Nervengewebekultur bietet die Möglichkeit, verschiedene Aspekte neurologischer Erkrankungen zu untersuchen. Molekulare, zelluläre und biochemische Mechanismen könnten in diesem System leicht angegangen werden, ebenso wie das Testen und Validieren von Medikamenten oder verschiedenen Behandlungen, wie z. B. zellbasierten Therapien. Diese Methode kombiniert organotypische Langzeitkulturen des adulten menschlichen Kortex, die von epileptischen Patienten gewonnen wurden, die sich einer resektiven Operation unterziehen, und ex vivo intrakortikale Transplantation von induzierten pluripotenten Stammzellen-abgeleiteten kortikalen Vorläuferzellen. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung des Zellüberlebens, der neuronalen Differenzierung, der Bildung synaptischer Ein- und Ausgänge und der elektrophysiologischen Eigenschaften menschlicher Zellen nach der Transplantation in intaktes erwachsenes menschliches kortikales Gewebe. Dieser Ansatz ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung einer 3D-Plattform zur Modellierung menschlicher Krankheiten, die die Grundlagenforschung näher an die klinische Umsetzung stammzellbasierter Therapien für Patienten mit verschiedenen neurologischen Erkrankungen heranführen und die Entwicklung neuer Werkzeuge zur Rekonstruktion geschädigter neuronaler Schaltkreise ermöglichen wird.

Nach dem beschriebenen Protokoll wurde hACtx-Gewebe von einem Patienten mit Temporallappenepilepsie entnommen und verarbeitet, wie oben erläutert. Einige Scheiben wurden nach 24 h in Kultur fixiert, um den Ausgangspunkt des Wirtsgewebes zu untersuchen. Die Analyse verschiedener neuronaler Zellpopulationen wie Neuronen (exprimiert NeuN und Map2, Abbildung 1A), Oligodendrozyten (Olig2 und MBP, Abbildung 1B) und Astrozyten (humanspezifisches GFAP, auch STEM123 genannt, Abb...

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Organotypic Cultures of Adult Human Cortex as an Ex vivo Model for Human Stem Cell Transplantation and Validation

Dieses Protokoll beschreibt langfristige organotypische Kulturen des adulten menschlichen Kortex in Kombination mit der intrakortikalen Ex-vivo-Transplantation von induzierten pluripotenten Stammzellen-abgeleiteten kortikalen Vorläuferzellen, die eine neuartige Methodik zur weiteren Erprobung stammzellbasierter Therapien für neurodegenerative Erkrankungen beim Menschen darstellen.

Organotypische Kulturen des adulten humanen Kortex als Ex-vivo-Modell für die Transplantation und Validierung humaner Stammzellen

Neurodegenerative disorders are common and heterogeneous in terms of their symptoms and cellular affectation, making their study complicated due to the ...

Organotypische Kulturen des humanen adulten Kortex sind bisher das einzige System zur Erprobung von Stammzelltherapien für geschädigten Kortex, das es ermöglicht, die Interaktion zwischen humanen transplantierten und menschlichen Wirtszellen zu untersuchen. Eine in Tiermodellen getestete Therapie scheitert in der Regel an der Übertragung auf das klinische Umfeld aufgrund der Unterschiede zwischen Nagetier- und menschlichen Zellen. Hier können wir transplantierte Zellen, Überleben, Differenzierung und Funktionalität in einer Mensch-zu-Mensch-Umgebung untersuchen.Diese Methodik wird uns helfen zu verstehen, wie die neuronalen Schaltkreise im menschlichen Gehirn funktionieren, und sie wird auch die Umsetzung dieses Wissens in die klinischen Umgebungen anregen, um die funktionelle Erholung nach einer Hirnschädigung zu verbessern. Raquel Martinez-Curiel, eine Doktorandin, und Costanza Aretio-Medina, eine Masterstudentin, beide aus meinem Labor, demonstrieren das Verfahren. Legen Sie zunächst die Kultureinsätze mit einer Pinzette in eine Sechs-Well-Platte im Zellkulturlabor unter einer belüfteten Haube.Geben Sie fünf Milliliter des menschlichen erwachsenen kortikalen Mediums auf die Unterseite des Einsatzes, bis es die Membran berührt. Vermeiden Sie Blasenbildung und geben Sie zwei Milliliter des Mediums auf den Einsatz. Bevor Sie die Gewebeschnitte in die Einsätze geben, balancieren Sie sie mindestens zwei Stunden lang im Inkubator bei 37 Grad Celsius und 5% Kohlendioxid.Sammeln Sie das Gewebe des Patienten im Operationssaal in einem Behälter mit gefrorener, blasenförmiger und zerkleinerter Schneidlösung. Übertragen Sie den geschlossenen Behälter auf Eis sofort in den Schneidebereich des Labors. Untersuchen Sie das Gewebe und suchen Sie unter Berücksichtigung der Ausrichtung der kortikalen Schicht die beste Oberfläche, um es auf die Schneidephase des Vibratoms zu kleben.Schneiden Sie bei Bedarf die unebene Oberfläche mit dem Skalpell ab, um das Gewebe für eine optimale Schnittausrichtung auf die Bühne zu legen. Kleben Sie dann das Gewebe mit Gewebekleber auf die Bühne. Legen Sie es in die Schneidekammer und füllen Sie es sofort mit kalter, blasenförmiger Schneidlösung.Setzen Sie das Sprudeln während des gesamten Schneidvorgangs fort. Schneiden Sie nun koronale oder sagittale Scheiben in Abhängigkeit von der Ausrichtung von Gewebe zu Klinge, wie im Manuskript beschrieben. Legen Sie die Scheiben mit sprudelnder Schneidelösung bei Raumtemperatur in die Auffangkammer.Sobald das gesamte Gewebe geschnitten wurde, geben Sie die Scheiben in eine sterile Petrischale mit Spüllösung bei Raumtemperatur, um überschüssige Saccharose aus den Scheiben zu entfernen, und transportieren Sie sie zum Zellkulturlabor. Als nächstes legen Sie die Gewebeschnitte einzeln auf die nassen und untergetauchten Einsätze. Wechseln Sie nach 24 Stunden das Medium, um verbleibende Saccharose oder andere Reststoffe aus dem Schneidevorgang zu entfernen.Verwenden Sie nach zwei Wochen ein menschliches kortikales Medium für Erwachsene ohne Gentamycin. Entfernen Sie das Medium aus dem Zellkulturkolben. Am siebten Tag der Differenzierung werden kortikal präparierte GFP-lt-NES-Zellen durch Zugabe von 500 Mikrolitern Trypsin abgetrennt und 5 bis 10 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert.Als nächstes fügen Sie ein gleiches Volumen des Trypsin-Inhibitors hinzu, gefolgt von fünf Millilitern DDM-Medium. Resuspendieren Sie die Zellen, geben Sie die Zellsuspension vorsichtig in ein 15-Milliliter-Röhrchen und zentrifugieren Sie sie fünf Minuten lang bei 300 G.Übertragen Sie in der Zwischenzeit die Platte mit dem menschlichen Gewebe aus dem Inkubator in die Haube und entfernen Sie zwei Milliliter Medien von der Oberseite des Einsatzes. Am Ende der Zentrifugation wird der Überstand entfernt, die Zellen in einer kalten, reinen Basalmembranmatrix resuspendiert und die Rente in ein kleineres Röhrchen überführt.Sammeln Sie die Zellsuspension in einer kalten Glaskapillare, die zum Absaugen mit einem Gummisauger verbunden ist. Injizieren Sie die Zellsuspension als winzige Tropfen, indem Sie den halbtrockenen Gewebeschnitt an verschiedenen Stellen stechen. Lassen Sie das Gel 30 Minuten lang bei 37 Grad Celsius erstarren.Übertragen Sie dann die Platte aus dem Inkubator zurück in die Haube und geben Sie vorsichtig zwei Milliliter menschliches kortikales Medium auf die Oberseite des Einsatzes, um das Gewebe vollständig einzutauchen. Das akute menschliche adulte kortikale Gewebe zeigte das Vorhandensein von Neuronen, Oligodendrozyten und Astrozyten, die eine optimale Erhaltung des Gewebes zeigten. Das Gewebe zeigte die Expression der neuronalen Marker NeuN und Map2 nach zwei Wochen Zellkultur.Die Aufzeichnung der gesamten Zell-Patch-Clamp zeigte, dass Neuronen ein anhaltendes Ruhemembranpotential und einen Membraneingangswiderstand aufwiesen, vergleichbar mit Neuronen aus akuten Präparaten. Die Zellen waren etwas weniger aktiv als in frischem Gewebe, obwohl die meisten Zellen in der Lage waren, mindestens ein, wenn nicht sogar mehrere Aktionspotentiale abzufeuern. Das akute kortikale Gewebe zeigte die Expression der Mikrogliamarker Iba1 und Tmem119.Nach zwei Wochen in Kultur wurden die Mikroglia weniger verzweigt und erhielten eine stärker aktivierte Morphologie als im akuten Gewebe. Vier Wochen nach der Ex-vivo-Transplantation zeigten die transplantierten GFP-lt-NES-Zellen ausgedehnte Neuriten mit ausgedehnten und komplexen Arborisierungen in der gesamten organotypischen Kultur. Kaum transplantierte Zellen überlebten in schlecht erhaltenem Gewebe.Trümmer und unspezifische Markierungen von Antikörpern auf toten Zellen wurden im gesamten menschlichen Schnitt weitgehend beobachtet. Im Falle einer erfolgreichen Transplantation wurden die Zellen funktionell aktiv und reife Neuronen zeigten repetitive und oft spontane Aktionspotentiale. Schnelles nach innen gerichtetes Natrium, langsame Kaliumströme nach außen und ein gewisses Maß an synaptischer Aktivität deuten auf eine funktionelle Integration des Transplantats in das Wirtsgewebe vier Wochen nach der Transplantation hin.Je schneller das menschliche Gewebe verarbeitet wird, sobald es den Operationssaal verlassen hat, desto höher ist die Lebensfähigkeit des Systems und der Erfolg des experimentellen Verfahrens.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Organotypic Cultures of Adult Human Cortex as an Ex vivo Model for Human Stem Cell Transplantation and Validation

Lentivirus-mediated Genetic Manipulation and Visualization of Olfactory Sensory Neurons in vivo

Lentivirus-mediated Genetic Manipulation and Visualization of Olfactory Sensory Neurons in vivo

Lentivirus-vermittelte Gen-Manipulation und Visualisierung von Riechzellen In vivo</em

Development of a precise olfactory circuit relies on accurate projection of olfactory sensory neuron (OSN) axons to their synaptic 
targets in the ...

Forschung

Neurowissenschaften

Methods for Study of Neuronal Morphogenesis: Ex vivo RNAi Electroporation in Embryonic Murine Cerebral Cortex

Methods for Study of Neuronal Morphogenesis: Ex vivo RNAi Electroporation in Embryonic Murine Cerebral Cortex

Methoden zur Untersuchung der neuronalen Morphogenese:<em&gt; Ex-vivo-</em&gt; RNAi Elektroporation in embryonale Murine Cerebral Cortex

The cerebral cortex directs higher cognitive functions. This six layered structure is generated in an inside-first, outside-last manner, in which the ...

Ex vivo Culturing of Whole, Developing Drosophila Brains

Ex vivo Culturing of Whole, Developing Drosophila Brains

Ex vivo Kultivierung von Whole, Entwickeln von Drosophila Brains

We describe a method for ex vivo culturing of whole Drosophila brains. This can be used as a counterpoint to chronic genetic manipulations for ...

Ex vivo Live Imaging of Single Cell Divisions in Mouse Neuroepithelium

Ex vivo Live Imaging of Single Cell Divisions in Mouse Neuroepithelium

Ex vivo Live-Imaging von Single Cell Divisionen in Maus Neuroepithel

We developed a system that integrates live imaging of fluorescent markers and culturing slices of embryonic mouse neuroepithelium. We took advantage of ...

Mouse Hindbrain Ex Vivo Culture to Study Facial Branchiomotor Neuron Migration

Mouse Hindbrain Ex Vivo Culture to Study Facial Branchiomotor Neuron Migration

Maus-Hinterhirn<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Kultur zu Gesichts Branchiomotor Neuron Migrationsstudie

Embryonic neurons are born in the ventricular zone of the brain, but subsequently migrate to new destinations to reach appropriate targets. Deciphering ...

Feeder-free Derivation of Neural Crest Progenitor Cells from Human Pluripotent Stem Cells

Feeder freie Ableitung von Neural Crest Vorläuferzellen aus menschlichen pluripotenten Stammzellen

Human pluripotent stem cells (hPSCs) have great potential for studying human embryonic development, for modeling human diseases in the dish and as a ...

Organotypic Slice Cultures to Study Oligodendrocyte Dynamics and Myelination

Organotypischen Kulturen zu Oligodendrozyten Dynamik und Myelinisierung Studieren

NG2 expressing cells (polydendrocytes, oligodendrocyte precursor cells) are the fourth major glial cell population in the central nervous system. During ...

Development of a Refined Protocol for Trans-scleral Subretinal Transplantation of Human Retinal Pigment Epithelial Cells into Rat Eyes

Entwicklung eines raffinierten Protokolls für Trans-skleralen subretinalen Transplantation von menschlichen retinalen Pigment Epithelzellen in Ratte Augen

Degenerative retinal diseases such as age-related macular degeneration (AMD) are the leading cause of irreversible vision loss worldwide. AMD is ...

Organotypic Hippocampal Slice Cultures As a Model to Study Neuroprotection and Invasiveness of Tumor Cells

Organotypischen Hippocampal Slice Kulturen als Modell zur Studie Neuroprotektion und Invasivität der Tumorzellen

In organotypic hippocampal slice cultures (OHSC), the morphological and functional characteristics of both neurons and glial cells are well preserved. ...

Modelling Zika Virus Infection of the Developing Human Brain In Vitro Using Stem Cell Derived Cerebral Organoids

Modelling Zika Virus Infection of the Developing Human Brain In Vitro Using Stem Cell Derived Cerebral Organoids

Modellierung der Zika-Virus-Infektion des entwickelnden menschlichen Gehirns In Vitro mit Stammzellen abgeleitet zerebrale Organellen

The recent emergence of Zika virus (ZIKV) in susceptible populations has led to an abrupt increase in microcephaly and other neurodevelopmental conditions ...