異なる均質化法を通じてマウス脳/脊髄から取り出された複数の細胞型の同時フロー細胞特性評価
Summary
マウスの脳や脊髄から取り出した異なる細胞の種類を同時に同定するためのフローサイトメトリー法を提示する。この方法は、神経変性疾患における純粋な細胞集団を単離または特徴付けたり、ウイルスベクターまたはナノ粒子の生体内投与を標的とする細胞の程度を定量化するために利用され得る。
Abstract
ウイルスベクターおよびナノマテリアル科学の最近の進歩は、中枢神経系(CNS)を調査または操作するための新しい最先端のアプローチの道を開きました。しかし、これらの技術のさらなる最適化は、体内のウイルスベクターまたはナノ粒子の投与におけるCNSおよび細胞特異的ターゲティングの程度の迅速かつ合理化的な決定を可能にする方法から利益を得るであろう。ここでは、フローサイトメトリーの高スループットと多重化機能を利用して、マウス脳または脊髄から分離された異なる細胞サブタイプ、すなわちミクログリア/マクロファージ、リンパ球、アストロサイト、オリゴデンドロサイト、ニューロンおよび内皮細胞を簡単に定量することを可能にするプロトコルを提示する。このアプローチを適用して、細胞収率、生存率、組成の観点から2つの組織均質化方法間の重要な違いを強調する。これにより、対象のセルの種類と特定のアプリケーションに応じて最適な方法を選択するようにユーザーに指示できます。この方法は、組織が単細胞懸濁液を生成するために均質化されているので、解剖学的分布の分析には適さない。しかし、それは生存可能な細胞と組み合わせることができ、それは、純粋な細胞集団に由来する一次培養の確立から、神経変性疾患の文脈でよく定義された細胞サブタイプに対する遺伝子発現解析や生化学的または機能的アッセイに至るまで、神経科学者の手でツールのレパートリーを拡大することができるいくつかのアプリケーションのための道を開く、細胞ソートと組み合わせることができます。
Introduction
遺伝子および薬物送達技術(ウイルスベクターやナノ粒子など)は、神経変性疾患で変化した特定の分子経路に関するより良い洞察を得るために、および革新的な治療アプローチの開発のために適用することができる強力なツールとなっています。これらのツールの最適化は、定量化に依存します: (1) 管理の異なる経路上の CNS の浸透の程度と (2) 特定の細胞集団のターゲティング.組織学的解析は、通常、異なるCNS領域および異なる細胞型にわたって蛍光レポーター遺伝子または蛍光タグ付きナノ粒子を可視化するために適用され、特定の細胞マーカー4、5に対する免疫染色によって同定される。このアプローチは、投与された遺伝子または薬物送達ツールの生体分布に関する貴重な情報を提供しますが、(1)組織固定、凍結保存またはパラフィン埋め込みおよびスライスが必要なため、この技術は時間がかかり、手間がかかがあります。(2)特定の細胞マーカーの染色は、時には抗原検索を必要とする;(3)蛍光顕微鏡による取得は、通常、同じ実験内の限られた数の異なるマーカーの分析を可能にする。(4)画像処理により、目的の信号を適切に定量化できるようにする。
フローサイトメトリーは、非常に特異的な蛍光マーカーを利用して、表面または細胞内抗原の発現に基づいて細胞懸濁液中の異なる細胞表現型の迅速な定量的評価を可能にするだけでなく、機能的測定(例えば、アポトーシスの速度、増殖、細胞周期分析など)を可能にする広く使用されている技術となっています。蛍光活性化細胞選別による細胞の物理的分離も可能であり、さらなる下流用途(例えば、細胞培養、RNAseq、生化学的分析など)6、7、8。
組織均質化は、信頼性が高く再現性のある下流フローサイトメトリック評価を可能にするために、単一細胞懸濁液を得るために必要な重要なステップです。成人脳組織均質化には、主にミクログリア細胞9、10、11を単離することを目的として、異なる方法が記載されている。それらは、(1)ダウンスホモジナイザー(DH)を介して粉砕またはせん断力を使用してニッチから細胞を分離し、比較的均質化された単一細胞懸濁液を形成する機械的解離の2つの主要なカテゴリーに分類することができ、 (2)酵素消化は、トリプシンまたはパパインなどのタンパク質分解酵素の存在下で37°Cでのミンチ組織塊のインキュベーションに依存し、細胞外マトリックスの分解を支持し、かなり均質化された細胞懸濁液12を作成する。
どの方法が利用されているかに関係なく、組織均質化後に精製工程を行い、密度勾配の遠心分離を通してミエリンを除去するか、磁気選択9、12を経下流アプリケーションに移すことをお勧めします。
ここでは、パパイン消化(PD)に基づく組織処理方法を説明し、続いて密度勾配を精製し、マウス脳または脊髄から生存可能な異種細胞懸濁液を時間感受性の方法で得るように最適化し、フローサイトメトリーに適した。さらに、9色のフローサイトメトリーパネルと、我々は、異なるCNS集団、生死細胞または緑色蛍光タンパク質やロダミン色素などの蛍光レポーターのための陽性の同時判別を可能にするために実験室で採用したゲーティング戦略を説明します。このフローサイトメトリック分析を適用することにより、異なる細胞の生存率および異なる細胞タイプの収率の保存の観点から、組織処理の異なる方法、すなわちPD対DHを比較することができる。
本明細書で提供される詳細は、目的の特定の細胞タイプと下流分析(例えば、温度感受性)に基づいて、フローサイトメトリーパネルで使用する均質化プロトコルと抗体の組み合わせに関する決定を指示することができますアプリケーション、特定の蛍光マーカーの追跡、インビトロ培養、機能分析)。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここでは、マウス脳および脊髄からの最も関連性の高いCNS細胞の共精製および同時フローサイトメトリック分析のためのプロトコルについて説明する。従来、組織学的解析は、CNS5、13におけるナノ粒子の分布またはウイルスベクターの伝達効率を記述するために適用されてきたが、病理学または薬理学的治療14の間に特定の細胞型…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、ボストン小児病院のスタートアップ資金によってA.B.、ALSA助成金nrに資金提供されました。17-IIP-343からM.P.、および筋萎縮性側索硬化症研究プログラムを通じて国防次官補室賞No.W81XWH-17-1-0036 から M.P.DFCIフローサイトメトリーコアの技術サポートを認めます。
Materials
| 10X HBSS (Calcium, Magnesium chloride, and Magnesium Sulfate-free) | Gibco | 14185-052 | |
| 70 mm Cell Strainer | Corning | 431751 | |
| ACSA/ACSA2 anti-mouse antibody | Miltenyi Biotec | 130-117-535 | APC conjugated |
| Bovine Serum Albumin | Sigma Aldrich | A9647-1KG | |
| CD11b rat anti-mouse antibody | Invitrogen | 47-0112-82 | APC-eFluor 780 conjugated |
| CD31 rat anti-mouse antibody | BD Bioscience | 562939 | BV421 conjugated |
| CD45 rat anti-mouse antibody | Biolegend | 103138 | Brilliant Violet 510 conjugated |
| CD90.1/Thy1.1 rat anti-mouse antibody | Biolegend | 202518 | PE/Cy7 conjugated |
| CD90.2/Thy1.2 rat anti-mouse antibody | Biolegend | 1005325 | PE/Cy7 conjugated |
| Conical Tubes (15 mL) | CellTreat | 229411 | |
| Conical Tubes (50 mL) | CellTreat | 229422 | |
| Dounce Tissue Grinder set (Includes Mortar as well as Pestles A and B) | Sigma-Aldrich | D9063-1SET | |
| Fc (CD16/CD32) Block rat anti-mouse antibody | BD Pharmingen | 553142 | |
| Fetal Bovine Serum | Benchmark | 100-106 | |
| Neural Tissue Dissociation Kit (P) | Miltenyi Biotec | 130-092-628 | |
| O4 anti mouse/rat/human antibody | Miltenyi Biotec | 130-095-895 | Biotin conjugated |
| Percoll | GE Healthcare | 10266569 | sold as not sterile reagent |
| Percoll | Sigma | 65455529 | sterile reagent (to be used for applications requiring sterility) |
| Percoll PLUS | Sigma | GE17-5445-01 | reagent containing very low traces of endotoxin |
| Streptavidin | Invitrogen | S3258 | Alexa Fluor 680 conjugated |
Referências
- Deverman, B. E., Ravina, B. M., Bankiewicz, K. S., Paul, S. M., Sah, D. W. Y. Gene therapy for neurological disorders: progress and prospects. Nature Reviews Drug Discovery. 17 (9), 641-659 (2018).
- Teleanu, D., Negut, I., Grumezescu, V., Grumezescu, A., Teleanu, R. Nanomaterials for Drug Delivery to the Central Nervous System. Nanomaterials. 9 (3), 371 (2019).
- Chen, S., et al. Recombinant Viral Vectors as Neuroscience Tools. Current Protocols in Neuroscience. 87 (1), 67 (2019).
- Alves, S., et al. Ultramicroscopy as a novel tool to unravel the tropism of AAV gene therapy vectors in the brain. Scientific Reports. 6 (1), 28272 (2016).
- Peviani, M., et al. Lentiviral vectors carrying enhancer elements of Hb9 promoter drive selective transgene expression in mouse spinal cord motor neurons. Journal of Neuroscience Methods. 205 (1), 139-147 (2012).
- Baumgarth, N., Roederer, M. A practical approach to multicolor flow cytometry for immunophenotyping. Journal of Immunological Methods. 243 (1-2), 77-97 (2000).
- Sykora, M. M., Reschke, M. Immunophenotyping of Tissue Samples Using Multicolor Flow Cytometry. Methods in Molecular Biology. 1953, 253-268 (2019).
- Legroux, L., et al. An optimized method to process mouse CNS to simultaneously analyze neural cells and leukocytes by flow cytometry. Journal of Neuroscience Methods. 247, 23-31 (2015).
- Lee, J. K., Tansey, M. G. Microglia Isolation from Adult Mouse Brain. Methods in Molecular Biology. 1041, 17-23 (2013).
- Grabert, K., McColl, B. W. Isolation and Phenotyping of Adult Mouse Microglial Cells. Methods in Molecular Biology. 1784, 77-86 (2018).
- Nikodemova, M., Watters, J. J. Efficient isolation of live microglia with preserved phenotypes from adult mouse brain. Journal of Neuroinflammation. 9 (1), 635 (2012).
- Garcia, J. A., Cardona, S. M., Cardona, A. E. Isolation and analysis of mouse microglial cells. Current Protocols in Immunology. 104 (1), 1-15 (2014).
- Papa, S., et al. Selective Nanovector Mediated Treatment of Activated Proinflammatory Microglia/Macrophages in Spinal Cord Injury. ACS Nano. 7 (11), 9881-9895 (2013).
- Peviani, M., et al. Neuroprotective effects of the Sigma-1 receptor (S1R) agonist PRE-084, in a mouse model of motor neuron disease not linked to SOD1 mutation. Neurobiology of Disease. 62, 218-232 (2014).
- Peviani, M., et al. Biodegradable polymeric nanoparticles administered in the cerebrospinal fluid: Brain biodistribution, preferential internalization in microglia and implications for cell-selective drug release. Biomaterials. 209, 25-40 (2019).
- Meng, F., et al. CD73-derived adenosine controls inflammation and neurodegeneration by modulating dopamine signalling. Brain. 142 (3), 700-718 (2019).
- Nedeljkovic, N. Complex regulation of ecto-5′-nucleotidase/CD73 and A2AR-mediated adenosine signaling at neurovascular unit: A link between acute and chronic neuroinflammation. Pharmacological Research. 144, 99-115 (2019).
