Organotypic hippocampus skive kulturer som en Model til undersøgelse Neuroprotection og invasionsevne af tumorceller
Summary
Organotypic hippocampus skive kulturer (OHSC) repræsenterer en in vitro- model, der simulerer i vivo situationen meget godt. Her beskriver vi en vibratome-baseret forbedret udskæring protokol for at opnå høj kvalitet skiver til brug ved vurderingen af neuroprotektive potentiale af nye stoffer eller den biologiske opførsel af tumorceller.
Abstract
I organotypic hippocampus skive kulturer (OHSC) er de morfologiske og funktionelle egenskaber af neuroner og gliaceller velbevaret. Denne model er velegnet til at håndtere forskellige forskningsspørgsmål, der involverer studier på neuroprotection, elektrofysiologiske eksperimenter på neuroner, neuronal netværk eller tumor invasion. Hippocampus arkitektur og neuronal aktivitet i multisynaptic kredsløb er godt bevaret i OHSC, selv om proceduren udskæring for sig selv i første omgang læsioner og fører til dannelsen af et glial ar. Ar-dannelse ændrer formentlig de mekaniske egenskaber og diffuserende opførsel af små molekyler, osv. Skiver tillader overvågning af tid brugerafhængige processer efter hjerneskade uden dyr operation, og studier på interaktioner mellem forskellige hjerne-afledte celletyper, nemlig astrocytter, mikroglia og neuroner under både fysiologiske og patologiske betingelser. En ambivalent aspekt af denne model er manglen på blodgennemstrømningen og blod immunceller. Under progression af neuronal skade, du overflytter immunceller fra blod spiller en vigtig rolle. Da disse celler er mangler i skiver, kan de iboende processer i kulturen ses uden indblanding udefra. Desuden i OHSC er sammensætning af medium-eksterne miljø netop kontrollerede. En yderligere fordel ved denne metode er det lavere antal ofrede dyr i forhold til standard præparater. Flere OHSC kan være fremstillet af et dyr at samtidige studier med flere behandlinger i ét dyr muligt. Af disse grunde OHSC er velegnede til at analysere virkningen af nye beskyttende therapeutics efter vævsskader eller under tumor invasion.
Protokollen præsenteret beskriver her præparationsmetode af OHSC, der tillader generere meget reproducerbar, velbevaret skiver, der kan bruges til en række forskellige eksperimentelle forskning, ligesom neuroprotection eller tumor invasion undersøgelser.
Introduction
OHSC er et godt karakteriseret i vitro model til at studere både fysiologiske og patologiske egenskaber af neuroner, astrocytter og mikroglia1. Det er let at kontrollere det ekstracellulære miljø og overvåge de cellulære og morfologiske forandringer efter forskellige stimuli. Organisation af hippocampus neuroner og deres forbindelser er velbevaret efter forberedelse2,3. Ud af flere fordele, OHSC giver mulighed for overvågning af hjernen skade og tumor invasion uden animalske kirurgi. Seks til otte OHSC kan fås fra en enkelt gnaver hjerne. OHSC derfor bidrage til at reducere antallet af dyr og tillade afprøvning flere stof koncentrationer, genetiske manipulationer og forskellige læsion modeller i de samme dyr. I Skive-baserede assays, kan forsøgsbetingelser styres nøjagtigt. Derudover tid afhænger af udviklingen af patologiske tilstande som sekundære skader kan nemt overvåges af time-lapse billeddannelse.
I den givne protokol, oprindeligt etableret af Stoppini et al. 4, Forberedelsestrinnene er beskrevet og vigtige morfologiske vartegn for udvælgelsen af relevante skiver er fremhævet. Vi anbefaler fremstilling af postnatal dag 7-9 rotter eller postnatal dag 4-5 mus. I disse perioder viser OHSC en robust resistens over for mekanisk traumer og et stort potentiale for reorganisering af neuronal kredsløb. Derimod præparater fra embryonale eller voksne rotter hurtigt ændre deres struktur og mister deres organotypic morfologi under dyrkning og er derfor mindre egnet til at studere langsigtede processer i grundforskning5,6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11. et andet kritisk punkt for overlevelsesraten for OHSC er tykkelsen af udsnittet, selv som diffusion og dermed næringsstofforsyning er begrænset12,13,14.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol beskriver forberedelse af OHSC. Denne model giver mulighed for afprøvning af iboende evner og reaktioner af hjernevæv efter anvendelse af fysiologiske og patologiske stimuli. Ud over analyser af elektrofysiologiske parametre, OHSC kan være lesioned og virkningerne af skader på alle celletyper kan bestemmes. Behandling med forskellige stoffer og den detaljerede beskrivelse af lesioning processer eller healing i mangel af makrofager og lymfocytter er muligt.
The most kritiske …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne takke Christine Auste for hendes støtte med video-optagelse og Chalid Ghadban for hans fremragende teknisk bistand. Urszula Grabiec blev støttet af 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. Neuroscience. 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. Neuroscience. 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).
