Organotypic Hippocampus Slice kulturer som en modell att studien neuroprotektion och invasivitet av tumörceller
Summary
Organotypic Hippocampus slice kulturer (OHSC) representerar en in vitro- modell som simulerar i vivo situationen mycket väl. Här beskriver vi en vibratome-baserad förbättrad skivning protokoll för att få hög kvalitet skivor för användning i bedömningen av nervskyddande potentialen i nya ämnen eller de biologiska beteenden av tumörceller.
Abstract
I organotypic Hippocampus slice kulturer (OHSC) är morfologiska och funktionella egenskaper både neuron och gliaceller väl bevarade. Denna modell är lämplig för att hantera olika forskningsfrågor som berör studier på neuroprotektion, elektrofysiologiska experiment på nervceller, neuronala nätverk eller tumör invasion. Hippocampus arkitektur och neuronal aktivitet i multisynaptic kretsar är väl bevarad i OHSC, även om själva skivning förfarandet ursprungligen lesioner och leder till bildandet av ett gliaceller ärr. Ärrbildning förändrar förmodligen den mekaniska egenskaper och diffus beteende av små molekyler, etc. Segment tillåter övervakning av tid beroende processer efter hjärnskada utan djur kirurgi, och studier om samspelet mellan olika brain-derived celltyper, nämligen astrocyter, mikroglia och nervceller under både fysiologiska och patologiska villkor. En ambivalent aspekt av denna modell är frånvaron av blodflödet och blod immunceller. Under utvecklingen av den neuronala skadan, migrera immunceller från blod spela en viktig roll. Eftersom dessa celler saknas i skivor, kan inneboende processer i kulturen observeras utan yttre inblandning. Dessutom i OHSC kontrolleras sammansättningen av medium-yttre miljön exakt. En ytterligare fördel med denna metod är det lägre antalet offrade djur jämfört med standard preparat. Flera OHSC kan erhållas från ett djur som möjliggör samtidiga studier med flera behandlingar i ett djur. Av dessa skäl, OHSC är väl lämpade att analysera effekterna av nya skyddande therapeutics efter vävnadsskada eller under tumör invasion.
Det protokoll som presenteras beskriver här en förberedelse metod av OHSC som gör att generera mycket reproducerbara, väl bevarade skivor som kan användas för en mängd experimentell forskning, som neuroprotektion eller tumör invasion studier.
Introduction
OHSC är en välkarakteriserad in vitro- modell för att studera både fysiologiska och patologiska egenskaper av nervceller, astrocyter och mikroglia1. Det är lätt att styra den extracellulära miljön och övervaka de cellulära och morfologiska förändringarna efter olika stimuli. Organisationen av hippocampus nervceller och deras anslutningar är väl bevarade efter beredning2,3. Ur flera fördelar att OHSC övervakning av hjärnan skada och tumör invasion utan djur kirurgi. Sex till åtta OHSC kan erhållas från en enda gnagare hjärnan. OHSC därför bidra till att avsevärt minska antalet djur och möjliggör testning flera läkemedelskoncentrationen, genetiska manipulationer eller olika lesion modeller på samma djur. Slice-baserade analyser styras experimentella förhållanden exakt. Tid beroende av utvecklingen av sjukdomstillstånd som sekundära skador kan dessutom enkelt övervakas av time-lapse imaging.
I protokollet givet, ursprungligen upprättades av Stoppini et al. 4, beskrivs förberedelserna och viktiga morfologiska landmärken för val av lämpliga skivor markeras. Vi rekommenderar utarbetandet av postnatal dag 7-9 råttor eller postnatal dag 4-5 möss. I dessa perioder, OHSC visar ett robust motstånd mot mekaniska trauman och hög potential för omorganisation av neuronala kretsar. Däremot preparat från embryonala eller vuxna råttor snabbt ändra deras struktur och förlorar sin organotypic morfologi under odling och är därför mindre lämpliga för att studera långsiktiga processer i grundforskning5,6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11. en annan kritisk punkt för överlevnaden av OHSC är tjockleken på segmentet själv som diffusion och således näringstillförsel är begränsad12,13,14.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokolls beskriver beredning av OHSC. Denna modell tillåter testning av inneboende kapacitet och reaktioner av hjärnvävnaden efter tillämpningen av fysiologiska och patologiska stimuli. OHSC kan vara bort förutom analyser av elektrofysiologiska parametrar, och effekterna av skador på alla celltyper kan bestämmas. Behandling med olika ämnen och den detaljerade beskrivningen av lesioning processer eller läkning i avsaknad av makrofager och lymfocyter är möjligt.
The Most kritiska st…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka Christine Auste för hennes stöd med videoinspelning och Chalid Ghadban för hans utmärkta tekniskt bistånd. Urszula Grabiec stöddes av de Roux Programm FKZ 29/18.
Materials
| 6-Well | Falcon | 35-3046 | |
| Agar | Fluka | 5040 | |
| Autoclav | Systec | DX-45 | |
| CFDA | Thermo Fisher | V12883 | |
| Confocal laser scanning microscope (CLSM) LSM700 | Carl Zeiss | ||
| Eagle´s Minimal Essential Medium | Invitrogen | 32360-034 | |
| Fluorescein labeled Griffonia (Bandeiraea) Simplicifolia Lectin I | Vector Labs | FL-1101 | |
| Fluorescein labeled GSL I – isolectin B4 | Vector Labs | FL-1201 | |
| Glucose | Merk | 1083371000 | |
| Glutamin | Invitrogen | 25030-024 | |
| Hank´s Balanced Salt Solution (with Ca2+ and Mg2+) | Invitrogen | 24020-133 | |
| Hank´s Balanced Salt Solution (without Ca2+ and Mg2+) | Invitrogen | 14170-138 | |
| Insulin | Sigma Aldrich | I5500 | |
| L-ascorbic acid | Sigma Aldrich | A5960 | |
| L-Glutamin | Invitrogen | 25030-024 | |
| LN229 | Cell-Lines-Service | 300363 | |
| Medical cyanoacrylate glue (Histoacryl glue) | B.Braun | 1050052 | |
| Millicell Culture Inserts | Millipore | PICMORG50 | |
| NMDA N-methyl-D-aspartic acid | Sigma Aldrich | M3262 | |
| Normal Horse Seum | Invitrogen | 26050-088 | |
| Penicillin Streptomycin | Invitrogen | 15140-122 | |
| Petri dishes (all sizes) | Greiner | 627160/664160/628160 | |
| PFA | Roth | 0335.1 | toxic |
| Propidium iodid (PI) | Sigma Aldrich | 81845-25MG | toxic |
| U138 | ATCC | HTB-14 | |
| Vibratome | Leica | Leica VT 1200 |
References
- Gähwiler, B. Organotypic slice cultures: a technique has come of age. Trends Neurosci. 20 (10), 471-477 (1997).
- Bahr, B. A. Long-Term Hippocampal Slices: A Model System for Investigating Synaptic Mechanisms and Pathologic Processes. J Neurosci Res. 42 (3), 294-305 (1995).
- Dailey, M. E., Eyo, U., Fuller, L., Hass, J., Kurpius, D. Imaging microglia in brain slices and slice cultures. Cold Spring Harbor Protoc. 2013 (12), 1142-1148 (2013).
- Stoppini, L., Buchs, P. A., Muller, D. A simple method for organotypic cultures of nervous tissue. Journal of Neurosci Methods. 37 (2), 173-182 (1991).
- Kleinberger-Doron, N., Schramm, M. Culture of mature hippocampus slices for 4 days in a newly developed medium: preservation of transmitter release and leucine incorporation into protein. Brain Res. 533 (2), 239-247 (1990).
- Legradi, A., Varszegi, S., Szigeti, C., Gulya, K. Adult rat hippocampal slices as in vitro models for neurodegeneration Studies on cell viability and apoptotic processes. Brain Res Bull. 84 (1), 39-44 (2011).
- Gähwiler, B. H. Organotypic Monolayer Cultures of Nervous Tissue. J Neurosci Methods. 4, 329-342 (1981).
- Gähwiler, B. H. Organotypic cultures of neural tissue. Trends Neurosci. 11 (11), 484-489 (1988).
- Leutgeb, J. K., Frey, J. U., Behnisch, T. LTP in cultured hippocampal-entorhinal cortex slices from young adult (P25-30) rats. J Neurosci Methods. 130 (1), 19-32 (2003).
- Kim, H., Kim, E., Park, M., Lee, E., Namkoong, K. Organotypic hippocamal slice culture from the adult mouse brain: A versatile tool for translational neuropsychopharmacology. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 41, 36-43 (2013).
- Xiang, Z., Hrabetova, S., et al. Long-term maintenance of mature hippocampal slices in vitro. J Neurosci Methods. 98, 145-154 (2000).
- Adamchik, Y., Frantseva, M. V., Weisspapir, M., Carlen, P. L., Perez Velazquez, J. L. Methods to induce primary and secondary traumatic damage in organotypic hippocampal slice cultures. Brain rRes Brain Res Protoc. 5, 153-158 (2000).
- Cho, S., Wood, A., Bowlby, M. R. Brain slices as models for neurodegenerative disease and screening platforms to identify novel therapeutics. Curr Neuropharmacol. 5 (1), 19-33 (2007).
- Noraberg, J., Poulsen, F. R., et al. Organotypic hippocampal slice cultures for studies of brain damage, neuroprotection and neurorepair. Curr Drug Targets CNS Neurol Disord. 4 (4), 435-452 (2005).
- De Simoni, A., Griesinger, C. B., Edwards, F. a Development of rat CA1 neurones in acute versus organotypic slices: role of experience in synaptic morphology and activity. J Physiol. 550 (Pt 1), 135-147 (2003).
- Poindrom, P., Piguet, P., Förster, E. . New Methods for Culturing Cells from Nervous Tissues. , (2005).
- Berger, T., Frotscher, M. Distribution and morphological characteristics of oligodendrocytes in the rat hippocampus in situ and in vitro: An immunocytochemical study with the monoclonal Rip antibody. J Neurocytol. 23 (1), 61-74 (1994).
- Haber, M., Vautrin, S., Fry, E. J., Murai, K. K. Subtype-specific oligodendrocyte dynamics in organotypic culture. Glia. 57 (9), 1000-1013 (2009).
- Bonde, C., Sarup, A., Schousboe, A., Gegelashvili, G., Zimmer, J., Noraberg, J. Neurotoxic and neuroprotective effects of the glutamate transporter inhibitor DL-threo-beta-benzyloxyaspartate (DL-TBOA) during physiological and ischemia-like conditions. Neurochem Int. 43 (4-5), 371-380 (2003).
- Derouiche, A., Heimrich, B., Frotscher, M. Loss of layer-specific astrocytic glutamine synthetase immunoreactivity in slice cultures of hippocampus. Eur J Neurosci. 5 (2), 122-127 (1993).
- Hailer, N. P., Jarhult, J. D., Nitsch, R. Resting microglial cells in vitro: analysis of morphology and adhesion molecule expression in organotypic hippocampal slice cultures. Glia. 18 (4), 319-331 (1996).
- Hailer, N. P., Wirjatijasa, F., Roser, N., Hischebeth, G. T. R., Korf, H. W., Dehghani, F. Astrocytic factors protect neuronal integrity and reduce microglial activation in an in vitro model of N-methyl-D-aspartate-induced excitotoxic injury in organotypic hippocampal slice cultures. Eur J Neurosci. 14 (2), 315-326 (2001).
- Bahr, B. A., Kessler, M., et al. Stable maintenance of glutamate receptors and other synaptic components in long-term hippocampal slices. Hippocampus. 5 (5), 425-439 (1995).
- Holopainen, I. E. Organotypic hippocampal slice cultures: A model system to study basic cellular and molecular mechanisms of neuronal cell death, neuroprotection, and synaptic plasticity. Neurochem Res. 30 (12), 1521-1528 (2005).
- Guy, Y., Rupert, A. E., Sandberg, M., Weber, S. G. A simple method for measuring organotypic tissue slice culture thickness. J Neurosci Methods. 199 (1), 78-81 (2011).
- Grabiec, U., Koch, M., et al. The endocannabinoid N-arachidonoyldopamine (NADA) exerts neuroprotective effects after excitotoxic neuronal damage via cannabinoid receptor 1 (CB 1). Neuropharmacology. 64 (4), 1797-1807 (2012).
- Daviaud, N., Garbayo, E., Schiller, P. C., Perez-Pinzon, M., Montero-Menei, C. N. Organotypic cultures as tools for optimizing central nervous system cell therapies. Exp Neurol. 248, 429-440 (2013).
- Ebrahimi, F., Hezel, M., Koch, M., Ghadban, C., Korf, H. W., Dehghani, F. Analyses of neuronal damage in excitotoxically lesioned organotypic hippocampal slice cultures. Ann Anat. 192 (4), 199-204 (2010).
- He, S., Shao, L. R., Wang, Y., Bausch, S. B. Synaptic and extrasynaptic plasticity in glutamatergic circuits involving dentate granule cells following chronic N-methyl-D-aspartate receptor inhibition. J Neurophysiol. 109 (6), 1535-1547 (2013).
- Kann, O., Taubenberger, N., et al. Muscarinic receptor activation determines the effects of store-operated Ca2+-entry on excitability and energy metabolism in pyramidal neurons. Cell Calcium. 51 (1), 40-50 (2012).
- Pérez-Gómez, A., Tasker, R. A. Enhanced neurogenesis in organotypic cultures of rat hippocampus after transient subfield-selective excitotoxic insult induced by domoic acid. Neurosciences. 208, 97-108 (2012).
- Raineteau, O., Rietschin, L., Gradwohl, G., Guillemot, F., Gähwiler, B. H. Neurogenesis in hippocampal slice cultures. Mol Cell Neurosc. 26 (2), 241-250 (2004).
- Pozzo Miller, L. D., Mahanty, N. K., Connor, J. A., Landist, D. M. D. Pyramidal Cell Death in Slice Cultures From Rat Hippocampus Is Prevented By Glutamate Receptor Antagonists. Neurosciences. 63 (2), (1994).
- Koch, M., Kreutz, S., et al. The cannabinoid WIN 55,212-2-mediated protection of dentate gyrus granule cells is driven by CB 1 receptors and modulated by TRPA1 and Ca v2.2 channels. Hippocampus. 21 (5), 554-564 (2011).
- Pukrop, T., Dehghani, F., et al. Microglia promote colonization of brain tissue by breast cancer cells in a Wnt-dependent way. Glia. 58 (12), 1477-1489 (2010).
- Kohl, A., Dehghani, F., Korf, H. W., Hailer, N. P. The bisphosphonate clodronate depletes microglial cells in excitotoxically injured organotypic hippocampal slice cultures. Exp Neurol. 181 (1), 1-11 (2003).
- Matsumura, H., Ohnishi, T., Kanemura, Y., Maruno, M., Yoshimine, T. Quantitative analysis of glioma cell invasion by confocal laser scanning microscopy in a novel brain slice model. Biochem Biophys Res Commun. 269 (2), 513-520 (2000).
- Aaberg-Jessen, C., Nørregaard, A., Christensen, K., Pedersen, C. B., Andersen, C., Kristensen, B. W. Invasion of primary glioma- and cell line-derived spheroids implanted into corticostriatal slice cultures. Int J Clin Exp Pathol. 6 (4), 546-560 (2013).
- Vinci, M., Box, C., Eccles, S. A. Three-dimensional (3D) tumor spheroid invasion assay. J Vis Exp. (99), e52686 (2015).
- Hagemann, C., Fuchs, S., et al. Impact of MACC1 on human malignant glioma progression and patients ‘ unfavorable prognosis. Neuro Oncol. 15 (12), 1696-1709 (2013).
- Hohmann, T., Grabiec, U., Ghadban, C., Feese, K., Dehghani, F. The Influence of Biomechanical Properties and Cannabinoids on Tumor Invasion. Cell Adh Migr. 11 (1), 54-67 (2016).
