Ein Protokoll zur Vorbereitung frei schwebender Scheibenkulturen aus dem erwachsenen menschlichen Gehirn wird vorgestellt. Das Protokoll ist eine Variation der weit verbreiteten Slice-Kultur-Methode mit Membraneinsätzen. Es ist einfach, kostengünstig und wird für die Durchführung von kurzfristigen Assays empfohlen, die darauf abzielen, Mechanismen der Neurodegeneration hinter altersbedingten Hirnerkrankungen zu entwirren.
Organotypische, oder Scheibenkulturen, wurden weit verbreitet verwendet, um Aspekte des zentralen Nervensystems zu modellieren, das in vitro funktioniert. Trotz des Potenzials von Schnittkulturen in der Neurowissenschaft sind Studien, die erwachsenes Nervengewebe zur Vorbereitung solcher Kulturen verwenden, immer noch rar, insbesondere solche von menschlichen Probanden. Die Verwendung von erwachsenem menschlichem Gewebe zur Vorbereitung von Scheibenkulturen ist besonders attraktiv, um das Verständnis menschlicher Neuropathologien zu verbessern, da sie einzigartige Eigenschaften besitzen, die typisch für das reife menschliche Gehirn sind, das an Scheiben aus Nagetieren fehlt (in der Regel neonatal) Nervengewebe. Dieses Protokoll beschreibt, wie Man Gehirngewebe von lebenden menschlichen Spendern gesammelt verwendet, um resekttive Gehirnchirurgie zur Vorbereitung kurzfristiger, frei schwebender Scheibenkulturen. Es werden auch Verfahren zur Aufrechterhaltung und Durchführung biochemischer und zellbiologischer Assays mit diesen Kulturen vorgestellt. Repräsentative Ergebnisse zeigen, dass die typische kortikale Kaschierung des Menschen nach 4 Tagen in vitro (DIV4) in Scheiben konserviert wird, wobei die Hauptanzahl der neuronalen Zelltypen zu erwarten ist. Darüber hinaus erleiden Scheiben bei DIV4 einen robusten Zelltod, wenn sie mit einem toxischen Reiz herausgefordert werden (H2O2), was auf das Potenzial dieses Modells hindeutet, als Plattform in Zelltod-Assays zu dienen. Diese Methode, eine einfachere und kostengünstigere Alternative zum weit verbreiteten Protokoll mit Membraneinsätzen, wird hauptsächlich für die Durchführung von kurzfristigen Assays empfohlen, die darauf abzielen, Mechanismen der Neurodegeneration hinter altersbedingten Hirnerkrankungen zu entwirren. Obwohl das Protokoll der Verwendung von kortikalem Gewebe gewidmet ist, das von Patienten gesammelt wurde, die zur chirurgischen Behandlung einer pharmakoresistenten temporalen Lappenepilepsie eingereicht wurden, wird argumentiert, dass Gewebe, das aus anderen Hirnregionen/-bedingungen gesammelt wurde, auch als Quellen betrachtet werden, um ähnliche frei schwebende Scheibenkulturen zu erzeugen.
Die Verwendung menschlicher Proben in der Forschung ist eindeutig eine großartige Option, um menschliche Hirnpathologien zu untersuchen, und moderne Techniken haben neue Wege für robuste und ethische Experimente mit Patientengewebe eröffnet. Methoden wie organotypische/Slice-Kulturen aus erwachsenen menschlichen Gehirn wurden zunehmend in Paradigmen wie Optogenetik1, Elektrophysiologie2,3,4,5, Plastizität 6,7,8,9, Neurotoxizität/Neuroprotektion10,11,12,13, Zelltherapie14, Arzneimittelscreening15,16,17, Genetik und Genbearbeitung12,18,19,20, unter anderem als Strategie für eine bessere Neurologische Erkrankungen im Erwachsenenalter zu verstehen.
Das Verständnis der Mechanismen, die menschlichen Gehirnpathologien zugrunde liegen, hängt von experimentellen Strategien ab, die eine große Anzahl von Probanden erfordern. Umgekehrt umgeht bei Scheibenkulturen, obwohl der Zugang zu menschlichen Proben immer noch schwierig ist, die Möglichkeit, bis zu 50 Scheiben aus einer einzigen kortikalen Probe zu erzeugen, teilweise die Anforderung, mehrere Freiwillige zu rekrutieren, durch die Erhöhung der Anzahl der Repliken und durchgeführten Assays pro gesammeltem Gewebe21.
Es wurden mehrere Protokolle für Organotypische/Scheibenkulturen des Gehirns beschrieben, von den klassischen Oculo-Entwürfen22,23 bis hin zu Rollenrohr24,25,26, halbdurchlässigen Membranen Schnittstelle27,28,29,30und frei schwebende Slices31,32. Je nach den Besonderheiten eines experimentellen Designs hat jede Technik ihre eigenen Vor- und Nachteile. Kurzfristige, frei schwebende Scheibenkulturen aus erwachsenen menschlichen Gehirnen ist in einigen Fällen vorteilhaft gegenüber der von Stoppini et al.27verwendeten Methode, wenn man bedenkt, dass das langfristige Zellüberleben in vitro zwar in der Regel ein Hauptanliegen bei der Bewertung ist. eine Kulturmethode, in vielen Experimenten werden nur kurze Zeiträume in der Kultur benötigt12,31,32,33,34,35. Unter diesen Bedingungen bietet die Verwendung frei schwebender Kulturen den Vorteil, einfacher und kostengünstiger zu sein und dem ursprünglichen menschlichen Gewebezustand genauer zu ähneln als Scheiben, die in der Kultur über 2-3 Wochen aufbewahrt werden.
Trotz des Potenzials von Schnittkulturen für die Neurowissenschaften sind Studien, die erwachsenes Nervengewebe zur Vorbereitung solcher Kulturen verwenden, immer noch rar, insbesondere von menschlichen Probanden. Dieser Artikel beschreibt ein Protokoll zur Verwendung von gesammeltem Hirngewebe von lebenden menschlichen Spendern, die sich einer resektierenden Gehirnchirurgie unterziehen, um frei schwebende Scheibenkulturen vorzubereiten. Die Verfahren zur Pflege und Durchführung biochemischer und zellbiologischer Assays mit diesen Kulturen sind detailliert. Dieses Protokoll hat sich als wertvoll für die Analyse der Lebensfähigkeit und neuronalen Funktion in Untersuchungen über die Mechanismen von Neuropathologien im Zusammenhang mit dem Erwachsenenalter erwiesen.
Dieses Protokoll zur Herstellung frei schwebender, kurzfristiger Scheibenkulturen ist eine alternative Methode zur Kultivierung erwachsener menschlicher neokortikaler Scheiben. Ein solches Protokoll für Scheibenkulturen kann für Studien über (aber nicht beschränkt auf) Optogenetik1,44,45, Elektrophysiologie2,3,4,<sup clas…
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wird unterstützt von FAPESP (Grant 25681-3/2017 to AS), CAPES (Post-Doctoral fellowship PNPD/INCT-HSM to A.F. and Pre-Doctoral fellowship to N.D.M.) und FAEPA. G.M.A. hält ein Master-Stipendium von FAPESP (MS 2018/06614-4). N.G.C. besitzt ein CNPq Research Fellowship. Wir danken den Patienten und ihren Familien für die Vermehrung der resezierten Gewebe für diese Studie. Wir möchten die Unterstützung von Bewohnern, Krankenschwestern, Technikern und dem CIREP-Team des Klinischen Krankenhauses der Ribeiréo Preto Medical School, Universität von Sao Paulo, würdigen, die in verschiedenen Phasen des Prozesses geholfen haben.
2-Propanol | Merck | 1096341000 | |
Acrylamide/Bis-Acrylamide, 30% solution | Sigma Aldrich | A3449 | |
Agarose | Sigma Aldrich | A9539 | |
Ammonium persulfate | Sigma | A3678-25G | |
Amphotericin B | Gibco | 15290-018 | |
Antibody anti-ERK 2 (rabbit) | Santa Cruz Biotecnology | sc-154 | Dilution 1:1,000 in BSA 2.5% |
Antibody anti-pERK (mouse) | Santa Cruz Biotecnology | sc-7383 | Dilution 1:1,000 in BSA 2.5% |
B27 | Gibco | 17504-044 | |
BDNF | Sigma Aldrich | SRP3014 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma Aldrich | A7906 | |
Bradford 1x Dye Reagent | BioRad | 500-0205 | |
EDTA | Sigma | T3924 | Used in RIPA buffer |
Glucose | Merck | 108337 | |
Glutamax | Gibco | 35050-061 | |
Hank's Balanced Salts | Sigma Aldrich | H1387-10X1L | |
Hepes | Sigma Aldrich | H4034 | |
Hydrochloric acid | Merck | 1003171000 | |
Hydrogen Peroxide (H2O2) | Vetec | 194 | |
Mouse IgG, HRP-linked whole Ab (anti-mouse) | GE | NA931-1ML | |
NaCl | Merck | 1064041000 | Used in RIPA buffer |
Neurobasal A | Gibco | 10888-022 | |
Non-fat dry milk (Molico) | Nestlé | Used for membrane blocking | |
PBS Buffer pH 7,2 | Laborclin | 590338 | |
Penicilin/Streptomicin | Sigma Aldrich | P4333 | |
Potassium Chloride | Merck | 1049361000 | |
Prime Western Blotting Detection Reagent | GE | RPN2232 | |
Rabbit IgG, HRP-linked whole Ab (anti-rabbit) | GE | NA934-1ML | |
SDS | Sigma | L5750 | Used in RIPA buffer |
TEMED | GE | 17-1312-01 | |
Thiazolyl Blue Tetrazolium Bromide (MTT) | Sigma Aldrich | M5655 | |
Tris | Sigma | T-1378 | Used in RIPA buffer |
Triton x-100 | Sigma | X100 | Used in RIPA buffer |
Ultrapure Water | Millipore | Sterile water, derived from MiliQ water purification system | |
Equipment and Material | |||
24-well plates | Corning | CL S3526 | Flat Bottom with Lid |
Amersham Potran Premium (nitrocellulose membrane) | GE | 29047575 | |
Carbogen Mixture | White Martins | 95% O2, 5% CO2 | |
CO2 incubator | New Brunswick Scientific | CO-24 | Incubation of slices 5% CO2, 36ºC |
Microplate Reader | Molecular Devices | ||
Microtubes | Greiner | 001608 | 1,5mL microtube |
Motorized pestle | Kimble Chase | ||
Plastic spoon | Size of a dessert spoon | ||
Razor Blade | Bic | Chrome Platinum, used in slicing with vibratome | |
Scalpel Blade | Becton Dickinson (BD) | Number 24 | Used for slicing of tissue; recommended same size or smaller |
Superglue (Loctite Super Bonder) | Henkel | Composition: Etilcianoacrilato; 2-Propenoic acid; 6,6'-di-terc-butil-2,2'-metilenodi-p-cresol; homopolymer | |
Vibratome | Leica | 14047235612 – VT1000S | |
Name of Material/ Equipment for Immunohistochemistry | |||
Antibody anti-NeuN (mouse) | Millipore | MAB377 | Dilution 1:1,000 in Phosphate Buffer |
Antibody anti-GFAP (mouse) | Merck | MAB360 | Dilution 1:1,000 in Phosphate Buffer |
Antibody anti-Iba1 (rabbit) | Abcam | EPR16588 – ab178846 | Dilution 1:2,000 in Phosphate Buffer |
Biotinylated anti-mouse IgG Antibody (H+L) | Vector | BA-9200 | |
DAB | Sigma Aldrich | D-9015 | |
Entellan | Merck | 107960 | |
Ethanol | Merck | 1.00983.1000 | |
Gelatin | Synth | 00G1002.02.AE | Used for coating slides |
Microtome | Leica | SM2010R | Equipped with Freezing Stage (BFS-10MP, Physiotemp), set to -40ºC |
Normal Donkey Serum | Jackson Immuno Research | 017-000-121 | |
Paraformaldehyde | Sigma Aldrich | 158127 | |
Rabbit IgG, HRP-linked whole Ab (anti-rabbit) | GE | NA934-1ML | |
Slides (Star Frost) | Knittel Glaser | Gelatin coated slides | |
Sucrose | Vetec | 60REAVET017050 | |
Vectastain ABC HRP Kit (Peroxidase, Standard) | Vector | PK-4000, Kit Standard | |
Xylene | Synth | 01X1001.01.BJ |