Summary

Dıştan Uygulanan Doğru Akım Elektrik Alanında Nöral Prekürsör Hücre Göç Kinetik Analizi için galvanotaksis Assay

Published: October 13, 2012
doi:

Summary

Bu protokolü biz galvanotaksis sırasında nöral prekürsör hücre translokasyon edilen erişkin beyninin time-lapse görüntüleme sağlamak için bir doğru akım elektrik alanın uygulanmasına izin özel odaları oluşturmak nasıl gösterilmektedir.

Abstract

Nöral kök ve erişkin memeli beynindeki progenitor hücreler (toplu olarak adlandırılır sinir öncü hücreleri) (NPC) keşfedilmesi neuroregenerative stratejilerin geliştirilmesi için bu hücrelerin multipotent ve proliferatif özellikler kullanılarak yönelik araştırmalar bir gövde yol açmıştır. Bu tür stratejilerin başarısı için kritik bir adım eksojen Transplantasyon sonrası lezyon yerinde doğru veya MSS periventriküler bölgede bulunan endojen öncüleri yanıtı arttırmak için NPCs harekete geçirilmesidir. Buna göre, teşvik rehberlik ve NPC göç geliştirmek mekanizmaları anlamak için önemlidir. Galvanotaksis olarak bilinen bir olgu – Bizim iş tanıtmak için doğru akım elektrik alanların kullanımı (dcEFs) ve doğrudan NPC göç üzerinde duruluyor. Endojen fizyolojik elektrik alanları normal gelişimi ve yara onarımı sırasında hücre göçü için kritik ipuçları olarak işlev görür. Farmakolojik bozulmasıAxolotl embriyolar trans-nöral tüp potansiyeli ciddi gelişimsel malformasyonlar 1 neden olur. Yara iyileştirme bağlamında, yaralı, kornea tamir oranı doğrudan bu dcEF 2-3 farmakolojik olarak artırma ya da bozulma ile gösterildiği gibi, yaralanma sonrası ortaya çıkan epitel yara potansiyel büyüklüğü ile ilişkilidir. Biz bir şekilde dıştan uygulanan dcEF maruz kaldığında yetişkin subepandimal YZK'lar in vitro hızlı ve yönetmenliğini cathodal göç tabi olduğunu göstermiştir. Bu protokolü biz yüksek çözünürlüklü, bir tek hücre düzeyinde yönettiği hücre gövdesi translokasyon (göç) uzun vadeli gözlem için basit ve etkili bir galvanotaksis tahlil oluşturmak için laboratuvar tekniklerini açıklar. Bu tahlil, transgenik veya nakavt fareleri kısa müdahale RNA, ya da özel bir reseptör agonistleri / antagonistleri kullanımı yoluyla hücre hareketliliği içine dcEF transdüksiyon düzenleyen mekanizma araştırılması için uygun olacaktır.

Protocol

Hayvan taşıma içeren tüm prosedürler kurumsal düzenlemeler (protokol no. 20009387) uyarınca Toronto Hayvan Bakım Komitesince Üniversitesi tarafından onaylanmıştır. Aşağıdaki yöntemler uygulanabilir durumlarda bir laminer akış kaputu, steril alet ve teknikler kullanılarak yapılmalıdır. Aşağıdaki protokol metninde, ifade "EFH-SFM" epidermal büyüme faktörü, temel fibroblast büyüme faktörü ve heparin ile takviye serum serbest medya anlamına gelir. Bu …

Representative Results

Kinematik analizi bir 250 mV / mm dcEF varlığında, farklılaşmamış NPC katot karşı yönlendirilmiş ve çok hızlı galvanotaksis (Şekil 5A, Film 1) gösterdiğini ortaya koymaktadır. Bir dcEF yokluğunda, hücrelerin rasgele hareketi (Şekil 5B, Film 2) görülmektedir. Bu alan gücü az, farklılaşmamış NPCs>% 98'i yansıması olduğu için tüm 6-8 saat boyunca göç ve ölü hücreleri göç etmezler çünkü bu bir dcEF yokluğunda veya varlığında bu dönemde…

Discussion

Bu protokol, önceki çalışmalarda 7-9 köklü yöntemler adapte edilmiştir. Galvanotactic odaları hücre ekimi kısıtlanmasının veya merkez çukur 10,11 mikroimalat için CO2 lazer ablasyonu kullanmak için de ayrı bir cam yapım dahil olmak üzere farklı teknikler kullanarak çeşitli inşa edilebilir. Bazı teknikler diğerlerinden daha zahmetli ve masraflı olabilir. Biz genellikle çoğu hücre biyoloji laboratuvarlarında bulunan malzemeler kullanılarak bir NPC galvanotak…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma Doğa Bilimleri ve Kanada'nın Mühendislik Araştırma Kurumu (hibe # 249669 ve # 482986) ve Kalp ve Kanada İnme Vakfı (hibe # 485508) tarafından finanse edilmektedir. Yazarlar deney protokolleri geliştirmek onların yardım için Youssef El-Hayek ve Dr Qi Wan ederim.

Materials

Name of item Company Catalogue number Comments
Neural Precursor Cell Isolation
2M NaCl Sigma S5886 11.688 g dissolved in 100 ml dH2O
1M KCl Sigma P5405 7.456 g dissolved in 100 ml dH2O
1M MgCl2 Sigma M2393 20.33 g dissolved in 100 ml dH2O
155 mM NaHCO3 Sigma S5761 1.302 g dissolved in 100 ml dH2O
0.5M Glucose Sigma G6152 9.01 g dissolved in 100 ml dH2O
108 mM CaCl2 Sigma C7902 1.59 g dissolved in 100 ml dH2O
Penicillin-streptomycin Gibco 15070
Bovine pancreas trypsin Sigma T1005
Sheep testes hyaluronidase Sigma H6254
Kynurenic acid Sigma K3375
Ovomucoid trypsin inhibitor Worthington LS003086
DMEM Invitrogen 12100046
F12 Invitrogen 21700075
30% Glucose Sigma G6152
7.5% NaHCO3 Sigma S5761
1M HEPES Sigma H3375 23.83 g dissolved in 100 ml dH2O
L-glutamine Gibco 25030
EGF Invitrogen PMG8041 Reconstitute in 1 ml of hormone mix and aliquot into 20 μl units.
FGF Invitrogen PHG0226 Reconstitute in 0.5 ml of hormone mix and aliquot into 20 μl units.
Heparin Sigma H3149
Apo-transferrin R&D Systems 3188-AT 0.1 g dissolved into 4 ml dH20
Putrescine Sigma P7505 Dissolve 9.61 mg into Apo-transferrin solution
Insulin Sigma I5500 Dissolve 25 mg into 0.5 ml of 0.1N HCl and add to 3.5 ml of dH20
Selenium Sigma S9133
Progesterone Sigma P6149
Standard Dissection Tools Fine Science Tools
Dissection microscope Zeiss Stemi 2000
Galvanotaxis Chamber Preparation
Square glass cover slides VWR 16004
6N Hydrochloric Acid VWR BDH3204-1
High vacuum grease Dow Corning
60 mm Petri dishes Fisher Scientific 0875713A
Poly-L-lysine Sigma P4707
Matrigel BD Biosciences 354234 Thaw and aliquot into 150 μl units
FBS Invitrogen 10082139 Only use if inducing NPC differentiation, otherwise use SFM + EFH culture media as indicated above
Counting microscope Olympus CKX41
Live Cell Time-Lapse Imaging
Silver wire Alfa Aesar 11434
UltraPure Agarose Invitrogen 15510-027
Heat Inactivated FBS Sigma 16140071
PVC tubing Fisher Scientific 80000006 3/32″ID x 5/32″OD
Bleach Clorox
10 cc syringe BD 309604
18 gauge needle BD 305195
Dremel drill Dremel Model 750
Inverted microscope equipped with humidified, incubated chamber Zeiss Axiovert-200M

Recipes

Item Volume
2M NaCl 6.2 ml
1M KCl 0.5 ml
1M MgCl2 0.32 ml
155mM NaHCO3 16.9 ml
1M Glucose 1 ml
108 mM CaCl2 0.09256 ml
Penicillin-streptomycin 1 ml
Autoclaved water 74 ml

Artificial cerebrospinal fluid

Item Volume or Mass
Artificial cerebrospinal fluid 30 ml
Bovine pancreas trypsin 40 mg
Sheep testes hyaluronidase 22.8 mg
Kynurenic acid 5 mg

Trypsin Solution

Item Volume or Mass
SFM 15 ml
Ovomucoid trypsin inhibitor 10 mg

Trypsin Inhibitor Solution

Item Volume
Autoclaved water 37 ml
10X DMEM/F12 10 ml
30% Glucose 2 ml
7.5% NaHCO3 1.5 ml
1M HEPES 0.5 ml
Transferrin, Putrescine solution 4 ml
25 mg insulin solution 4 ml
Selenium 100 μl
Progesterone 100 μl

Hormone Mix (100 ml total, store at -20 °C)

Item Volume
Autoclaved water 37.5 ml
10X DMEM/F12 (3:1) 5 ml
30% Glucose 1 ml
7.5% NaHCO3 0.75 ml
1M HEPES 0.25 ml
Hormone mix 5 ml
L-glutamine 0.5 ml
Penicillin-streptomycin 0.5 ml

Serum Free Media EFH-SFM: add 10 μl of EGF, 10 μl of FGF, and 3.66 μl of Heparin FBS-SFM: add 0.5 ml FBS

Item Volume
Matrigel 150 μl
SFM 3.6 ml

Matrigel Solution Matrigel aliquot should be placed in a box of ice and allowed to thaw slowly over 4-5 hours to form a viscous liquid before mixing with SFM. This will ensure the formation of a smooth layer of Matrigel substrate. If not thawed slowly, the resulting substrate will contain clumps of Matrigel, possibly hindering cell migration.

Item Volume or Mass
UltraPure Agarose 300 mg in 10 ml ddH20
SFM
Heat Inactivated FBS
8 ml
2 ml

Matrigel Solution Mix 8 ml of SFM with 2 ml heat inactivated FBS in a 15 cc falcon tube. Mix agarose with 10 ml ddH20 in an Erlenmeyer flask, and heat in a microwave for 30 sec in 10-sec intervals, ensuring to remove the solution from the microwave after each 10-sec interval and thoroughly mix. Following the final 10-sec microwave period, mix the agarose solution with the SFM/FBS solution and store in a 57 °C water bath.

References

  1. Borgens, R. B., Shi, R. Uncoupling histogenesis from morphogenesis in the vertebrate embryo by collapse of the transneural tube potential. Dev. Dyn. 203, 456-467 (1995).
  2. Song, B., Zhao, M., Forrester, J. V., McCaig, C. D. Electrical cues regulate the orientation and frequency of cell division and the rate of wound healing in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 13577-13582 (2002).
  3. Song, B., Zhao, M., Forrester, J., McCaig, C. Nerve regeneration and wound healing are stimulated and directed by an endogenous electrical field in vivo. Journal of Cell Science. 117, 4681-4690 (2004).
  4. Reynolds, B. A., Weiss, S. Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system. Science. 255, 1707-1710 (1992).
  5. Reynolds, B. A., Weiss, S. Clonal and population analyses demonstrate that an EGF-responsive mammalian embryonic CNS precursor is a stem cell. Dev. Biol. 175, 1-13 (1996).
  6. Chiasson, B. J., Tropepe, V., Morshead, C. M., vander Kooy, D. Adult mammalian forebrain ependymal and subependymal cells demonstrate proliferative potential, but only subependymal cells have neural stem cell characteristics. J. Neurosci. 19, 4462-4471 (1999).
  7. Erickson, C. A., Nuccitelli, R. Embryonic fibroblast motility and orientation can be influenced by physiological electric fields. J. Cell Biol. 98, 296-307 (1984).
  8. Zhao, M., Agius-Fernandez, A., Forrester, J. V., McCaig, C. D. Orientation and directed migration of cultured corneal epithelial cells in small electric fields are serum dependent. J. Cell Sci. 109, 1405-1414 (1996).
  9. Li, L. Direct-Current Electrical Field Guides Neuronal Stem/Progenitor Cell Migration. Stem Cells. 26, 2193-2200 (2008).
  10. Song, B. Application of direct current electric fields to cells and tissues in vitro and modulation of wound electric field in vivo. Nat. Protoc. 2, 1479-1489 (2007).
  11. Huang, C. -. W., Cheng, J. -. Y., Yen, M. -. H., Young, T. -. H. Electrotaxis of lung cancer cells in a multiple-electric-field chip. Biosen Bioelectron. 24, 3510-3516 (2009).
  12. SATO, M. Input-output relationship in galvanotactic response of Dictyostelium cells. Biosystems. 88, 261-272 (2007).
  13. Meng, X. PI3K mediated electrotaxis of embryonic and adult neural progenitor cells in the presence of growth factors. Exp. Neurol. 227, 210-217 (2011).
  14. Zhao, M. Membrane lipids, EGF receptors, and intracellular signals colocalize and are polarized in epithelial cells moving directionally in a physiological electric field. The FASEB Journal. , (2002).
  15. Fang, K., Ionides, E., Oster, G., Nuccitelli, R., Isseroff, R. Epidermal growth factor receptor relocalization and kinase activity are necessary for directional migration of keratinocytes in DC electric fields. J. Cell Sci. 112, 1967-1976 (1999).
  16. McCaig, C. D. Controlling Cell Behavior Electrically: Current Views and Future Potential. Physiol. Rev. 85, 943-978 (2005).
  17. Morshead, C. M., Benveniste, P., Iscove, N. N., vander Kooy, D. Hematopoietic competence is a rare property of neural stem cells that may depend on genetic and epigenetic alterations. Nat. Med. 8, 268-273 (2002).
  18. Babona-Pilipos, R., Droujinine, I. A., Popovic, M. R., Morshead, C. M. Adult Subependymal Neural Precursors, but Not Differentiated Cells, Undergo Rapid Cathodal Migration in the Presence of Direct Current Electric Fields. PLoS ONE. 6, e23808 (2011).
  19. Deuschl, G. A Randomized Trial of Deep-Brain Stimulation for Parkinson’s Disease. N. Engl. J. Med. 355, 896-908 (2006).
  20. Stone, S. S. D. Stimulation of Entorhinal Cortex Promotes Adult Neurogenesis and Facilitates Spatial Memory. J. Neurosci. 31, 13469-13484 (2011).

Play Video

Cite This Article
Babona-Pilipos, R., Popovic, M. R., Morshead, C. M. A Galvanotaxis Assay for Analysis of Neural Precursor Cell Migration Kinetics in an Externally Applied Direct Current Electric Field. J. Vis. Exp. (68), e4193, doi:10.3791/4193 (2012).

View Video