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我们描述了牙髓(DP)原细胞的分离、分散和电镀,这些细胞在覆盖的透井过滤器上培养三叉(TG)神经元。DP细胞的细胞反应可以通过免疫荧光或RNA/蛋白质分析进行分析。神经元标记物与共聚焦显微镜的免疫荧光允许分析神经质外生长反应。
牙齿内侧使牙齿能够感知压力、温度和炎症,所有这些都对牙齿器官的使用和维护至关重要。没有感官内向,日常的口腔活动将造成无法弥补的损害。尽管它很重要,但内在牙齿在牙齿发育和维护中的作用在很大程度上被忽视了。几项研究表明,DP细胞分泌细胞外基质蛋白和副体信号,以吸引和引导TG斧头进入牙齿并在整个牙齿中。然而,很少有研究对DP间质和神经元亲和力之间的相声有详细的见解。为了解决知识的这一差距,研究人员已经开始利用共同文化和各种技术来研究这些相互作用。在这里,我们演示了在具有大直径孔隙的覆盖跨孔过滤器上分散的TG神经元共同培养初级DP细胞的多个步骤,以允许斧孔通过孔隙生长。利用腺病毒-Cre-GFP重组酶系统,利用具有致利益基因的初级DP细胞,利用loxP位点促进基因删除。使用 Thy1-YFP 鼠标中的 TG 神经元可以进行精确的对焦成像,通过共聚焦显微镜的表达远高于背景水平。DP反应可以通过蛋白质或RNA的收集和分析,或者通过免疫荧光染色的DP细胞镀在可移动玻璃盖玻片。介质可以使用技术,如蛋白组分析进行分析,虽然这将需要白蛋白耗尽,因为胎儿牛血清在介质中的存在。该协议提供了一个简单的方法,可以操纵研究TG神经元和DP细胞的形态、遗传和细胞骨骼反应,以响应共培养测定的受控环境。
牙齿内侧使牙齿能够感知压力、温度和炎症,所有这些都对牙齿器官的使用和维护至关重要。未能感觉到与蛀牙和创伤相关的牙痛会导致疾病进展。因此,适当的内侧是正常牙齿生长、功能和护理的必要要求。
虽然大多数器官在出生时功能齐全,内在,牙齿发育延伸到成年,牙齿内侧和矿化在产后阶段1、2中协同发生。有趣的是,牙髓(DP)间质在胚胎形成过程中最初分泌排斥信号,以防止斧头进入发育中的牙齿器官,后来随着牙齿接近爆发3、4,它转移到吸引因子的分泌。在产后阶段,三角 (TG) 神经的一个发泡的斧头在牙本质沉积开始的时间渗透到牙齿中并贯穿整个牙齿(在 Pagella,P. 等人 5中进行了审查)。几项体内研究表明,神经元间质相互作用指导小鼠的牙齿内侧(在Luukko,K.等人6中回顾),但分子机制的细节很少。
细胞共培养物提供受控环境,调查人员可以在其中操纵神经元和间质体之间的相互作用。共培养实验使得深入探讨引导牙齿内向和发展的信号通路成为可能。然而,用于研究共培养细胞的几种常规方法带来了技术挑战。例如,神经酸盐生长的水晶紫罗兰染色可以非特有染色施万细胞包含在TG捆绑分散体中,并且可能存在颜色强度的峰值,反应相对较小7。微流体室提供了一个有吸引力的选择,但比跨井过滤器8,9昂贵得多,并且只允许研究神经元对DP分泌物的反应。为了解决这些问题,我们开发了一个协议,允许:a) 对TG神经质生长的精确染色和成像,以响应DP分泌物;b) 对DP细胞和/或TG神经元进行基因改造,以研究特定的信号通路,以及c)研究DP细胞对TG神经元分泌因子的反应。该协议提供了在体外共培养测定的受控环境中精确研究牙齿内侧的几个特征的能力。
所有小鼠实验均获得UAB机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准。
1. 板材制备
注: 盖玻片可用于在测定结束时对 DP 细胞进行成像。在无菌组织培养罩外的所有孵育和冲皮步骤期间,确保板盖已打开,以防止样品处理过程中受到污染。
2. 可选遗传操作的细胞电镀
3. 样品收集和处理
这些结果表明,与TG神经酸盐单一培养的控制相比,TG神经酸盐出生长在基础井中原DP细胞的存在下增加(图2A,C)。在神经质外生长中有一些测定到测定的变异性。因此,TG神经元单一培养应包含在所有测定中,作为检测神经质外生长基底水平的控制。在Ad-Cre-GFP和Ad-eGFP感染后,Tgfbr2f/f小鼠的初级细胞被用于此协议(图2D)。Ad-eGFP 作为控制病毒载体。Ad-Cre-GFP删除了侧翼基因Tgfbr2,半定量PCR(图2E)证明了这一点。在转化生长因子β受体2(Tgfbr2)缺失的培养物中,神经素生长减少(图2A-C)。
我们使用Thy1-YFP小鼠TG神经元,并染色他们与抗GFP抗体,产生非常具体和明亮的图像的斧状结构远高于这个背景,如图2所示。这允许神经元标记的特定染色,没有非神经细胞的非特异性染色,利用先前报告的方法,如水晶紫罗兰7。滤芯中的大孔可以自荧光和/或积累二级抗体,降低斧头成像的精度(图3)。虽然具有免疫荧光的Thy1-YFP神经元极大地改善了成像,但可以使用自动阈值软件去除进一步的背景,然后进行量化。我们还建议根据我们的初步发现(未显示)以及其他8,9,如果Thy1-YFP小鼠不可用,对Neurofilament 200进行免疫荧光。
图1:小鼠解剖的示意图,以获得用于共培养的细胞。(A) 在上次描述中以黑色显示的图表,用于切割何处打开鼠标头骨并定位 TG 神经。剪刀指示沿虚线插入剪刀尖的位置。(B) 一个结合的暗场和GFP图像,显示Thy1-YFP®TG神经在白色中盘旋。(C) 分离的 TG 帮派然后可以分散和培养,如F所示。(D) P7鼠标的下颌,钳子在左侧拿着下颌骨,而在舌头两侧都有未爆牙的海角骨脊。(E) 从矿化结构(顶部)中提取的DP组织(圆形),以及被移除以分散和板在组织培养处理板中的釉质外皮(底部),如F所示。图像不会显示缩放。DP细胞在添加TG神经元之前被分散并生长到汇合。请点击此处查看此图的较大版本。
图2:共同文化的代表制。(A-C)Thy1-YFP TG神经元在跨井滤波器中培养,在主Tgfbr2f/f DP细胞上具有3μm孔隙。使用抗GFP抗体对YFP蛋白进行免疫荧光染色,在整个过滤器上提供神经元结构的高度特异性染色。收集10倍z-stack共聚焦显微镜图像的最大投影10倍,并拼接拼接软件。TG神经元在与DP细胞(A)共同培养时比单独培养(C)时表现出更多的生长。当神经元与感染Ad-Cre-GFP的DP细胞共同培养以击倒Tgfbr2 (B)时,神经质细胞的产生不会引起。刻度条 = 1,000 μm。感染 Ad-eGFP 和 Ad-Cre-GFP 的细胞数量相等,如 (D) 所示。刻度条 = 125 μm。半定量PCR证实了Tgfbr2 KD (E).请点击此处查看此图的较大版本。
图3:在一次成像中呈现的技术困难。(A) 在细胞群的水晶紫染色后,对透水过滤器进行光明场成像。大毛孔很普遍。大箭头指出一个显示等态形态的细胞,而小箭头指向神经元形态的细胞。水晶紫罗兰无偏见地污染了两个细胞。(B) 用Alexa-488二次抗体对β3图布林的免疫荧光染色显示多细胞非特异性染色,使得对发泡结构的成像变得困难。图像具有代表性,在多个检测中重复,以优化如图 2所示的成像。刻度条 = 50 μm。请点击此处查看此图的较大版本。
组件 | 体积 | 浓度 | |
MEM | | 440 mL | ||
加热灭活胎儿牛血清 | 50 mL | 10% | |
100x L-谷氨酰胺 | 5 mL | 1x | |
青霉素-链霉素 100 x | 5 mL | 1x | |
在第2天用线粒抑制剂改变介质,这些最终浓度 | |||
乌里丁 | 1 μM | ||
5'-氟-2'脱氧尿氨酸 | 15 μM |
表1:共同文化媒体。
口腔的日常活动要求牙齿感知外部刺激和内部炎症,以便正确使用和维护。然而,关于驱动牙齿内侧发育过程的信号,只有有限的信息可用。该协议提供了一种分离和共同培养原DP细胞和TG神经元的方法,以研究两个群体之间的交叉通信。如下所述,对几个变量进行了优化,并留下了进一步的研究渠道。
控制在本次测定的每一步都很重要。每个测定中都应包含具有无基础DP细胞的TG神经元的转井滤波器,为TG生长提供基线。当删除带有 Ad-Cre-GFP 重组酶的侧翼基因时,应使用仅表示荧光标记的控制病毒来确认已感染等效数量的细胞。尽管我们分别在 Ad-eGFP 和 Ad-Cre-GFP 的 100 和 200 MOI 中证明了高感染率,但每个实验室都应优化此步骤。由于荧光蛋白可以附着在不同的启动子上,因此会导致被感染的表达等价物的差分,因此应计算荧光细胞。荧光的整体强度是无关紧要的,因为它不能准确地反映感染状态。证明基因的删除很重要,如本协议中半定量PCR所示(图2)。虽然此协议没有涉及这个主题,但先前的研究表明,可以包括与其他细胞系的对照测定,以证明神经细胞外生长是由与DP细胞8共培养的。
由于此协议使用原细胞,因此可以引入污染的多个阶段。为了防止这种情况,所有试剂都应无菌过滤。此外,建议对每个变量进行重复或三次试验,以便在完全失败的情况下去除过滤器和灭菌受污染的油井。
盖玻片必须涂有多D-裂解素和/或细胞外基质蛋白,以确保DP细胞粘附。虽然细胞最初附着,但病毒感染会导致细胞在未覆盖的盖玻片上起死,并防止共同培养测定的基因操作。
众所周知,非神经元细胞,如来自TG神经质的Schwan细胞,可以影响培养14、15、16中神经元细胞的生存。在此协议中,通过添加1μM尿氨酸和15μM 5-氟-2'脱氧尿氨酸来优化神经元存活率。如果不添加这些抗米剂来抑制Schwann细胞增殖,神经质外生长就不会发生。不知道这些衰老的施万细胞在共培养中的存在是否会改变神经元的反应。隔离鼠神经元需要几个额外的步骤,并且协议可供想要删除这个变量17的研究者使用。在这两种情况下,神经元分散在某种程度上模仿一个轴切除术,可以被认为是代表伤害/修复18比发展。需要进一步的研究来确定从分片体到体外单个神经元的异体生长与体外神经元的异形生长之间的差异,这些在协议中没有得到解决。
该协议从开始到结束需要 1-3 周的时间。虽然可以使用需要超过1周的DP细胞达到85-90%的汇合,但建议以足够高的密度播种细胞,使其在几天内达到汇合,因为这些细胞分裂得非常缓慢超过该点。这通常需要大约5-7 P5-8小鼠每行24孔板。该协议针对总共 5 天的共培养进行了优化,此时带苯酚红色的介质开始改变颜色。如果需要较长的检测,应更换介质。
已进行若干共培养测定,以证明神经素生长,以响应DP分泌因子分泌的因素与标准ECM涂层组织培养板3,19,20,21或微流体室8,22,23。与这些方法的优点时,此协议具有几个优点。例如,TG神经和DP组织共培养需要一个特定的空间关系,以便神经酸盐感知和响应短程对羟基苯甲酸酯信号。在器官培养中,只有最接近DP组织的神经酸盐能够响应3,而该协议中使用的分散的TG神经元与下面的DP细胞的距离相等。其次,器官培养可以引入组织坏死,由于缺乏氧气和营养物质,在大样本24。分散细胞的共同培养消除了这种可能性。一些共体培养物,包括神经元,需要神经元介子3,22,它可以在促进神经质外生长中起主导作用。该协议不添加神经元特定的生长因子,从而允许评估来自底层DP细胞的副体信号与神经质生长反应之间的直接关系。值得注意的是,共培养介质也缺乏促进矿化的成分,如β-糖酸醇。这使得研究人员能够确定神经酸盐如何分泌信号以鼓励矿化。然而,它也限制了研究,只包括分化程度较低的DP细胞,而没有通常存在于体内的矿化性odontoblast。
先前研究7,8的色度反应没有划定施万细胞的贡献,也没有显示神经元形态,因为水晶紫罗兰非特有污渍所有细胞。过滤器的免疫荧光染色会导致高背景水平,使成像困难(图2)。本协议允许利用Thy1-YFP TG神经元和抗GFP抗体精确染色神经元,并提供足够明亮的信号,以在整个图中生成大的增长图像(图3)。如果Thy1-YFP小鼠不可用,可以使用其他神经元标记,如抗神经纤维200。
最后,使用具有对基基因的小鼠的初级DP细胞,利用Ad-Cre-GFP系统,可以简单有效地删除这些基因。在未来的研究中,Ad-Cre重组酶系统可用于TG神经元,如果他们有一个感兴趣的基因,两侧由loxP位点。这将有助于研究来自神经元种群的副细胞信号如何影响DP细胞,特别是如果DP细胞被播种在盖玻片上(第1.1节)。未来的研究可以利用其他操作,如添加药理抑制剂和/或生长因子。也可以修改此协议,通过使用 8 μm 孔隙透孔滤波器来包括迁移算例。
总之,这种利用神经元和DP细胞的跨井共培养测定允许研究多个细胞参数。这使得可以扩大有关促进和支持牙齿内侧作用的中位神经相互作用的知识体。
作者没有什么可透露的。
这项工作得到了国家卫生研究院/NIAMS(授予编号R01 AR062507和R01 AR053860至RS)的支持,b) 阿拉巴马大学伯明翰牙科学术研究培训(DART)赠款(编号T90DE022736(PI MacDougall)从国家牙科和颅面研究所/国家卫生研究院向SBP提供, c) UAB全球颅面、口腔和牙科疾病中心(GC-CODE)试点和可行性赠款给SBP和d)国家牙科和颅面研究所研究/国家卫生研究院K99 DE024406赠款给SBP。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
5-Fluoro-2'-deoxyuridine | Sigma-Aldrich | F0503 | Used as a mitotic Inhibitor at 15 μM concentration in co-culture media, Day 2 |
24 Well Cell Culture Plate | Corning | 3524 | Co-culture plate |
Alexa-546 anti-chicken | Invitrogen | A-11040 | Secondary to stain neurite outgrowth labeled by anti-GFP antibody, 1:500 dilution |
Anti-GFP Antibody | Aves Lab, Inc | GFP-1010 | Primary antibody to label Thy1-YFP neurons, 1:200 dilution |
Anti-Neurofilament 200 antibody | Sigma-Aldrich | NO142 | Monoclonal primary antibody to label neurons, 1:1000 dilution, alternative if YFP mice are not available |
B6;129- Tgfbr2tm1Karl/J | The Jackson Laboratory | 12603 | Tgfbr2f/f mouse model used for dental pulp cells in optimized protocol |
B6.Cg-Tg(Thy1-YFP)16Jrs/J | The Jackson Laboratory | 3709 | Thy1-YFP mouse model genotype used for trigeminal neurons |
Collagenase Type II | Millipore | 234155-100MG | Used to disperse trigeminal neurons |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 10437 | Additive to co-culture media |
Fine forceps | Fine Science Tools | 11413-11 | Fine forceps for TG dissection |
Laminin | Sigma-Aldrich | L2020 | Coats the transwell inserts at final concentration of 10 μg/ml, stock solution is assumed at 1.5 mg/ml |
Lysis Buffer (Buffer RLT) | Qiagen | 79216 | Extracts RNA from dental pulp cells post co-culture |
L-Glutamine | Gibco | 25030081 | Additive to co-culture media |
Micro-dissecting scissors | Sigma-Aldrich | S3146-1EA | Dissection scissors to open skull |
Microscope Cover Glass | Fisherbrand | 12-545-81 | Circlular coverslip for optional cell culturing and immunofluorescence processing |
Minimal Essential Medium a | Gibco | 12571063 | Co-culture media base |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15070063 | Antibiotic additive to co-culture media |
Phosphatase Inhibitor | Sigma-Aldrich | 04 906 837 001 | Additive to RIPA Buffer for extracting protein from dental pulp cells post co-culture |
Polybrene | Millipore | TR-1003-G | Used to aid in dental pulp cell transfection |
Poly-D-Lysine | Sigma-Aldrich | P7280 | Coverslip coating to aid dental pulp cellular adhesion |
Protease Inhibitors | Millipore | 05 892 791 001 | Additive to RIPA Buffer for extracting protein from dental pulp cells post co-culture |
RNAse/DNAse free eppendorf tubes | Denville | C-2172 | Presterilized 1.7 ml tubes for RNA, DNA or protein collection at the end of assay |
ThinCert Cell Culture Insert | Greiner Bio-One | 662631 | Transwell inserts for trigeminal neurons in co-culture assays |
Trypsin-EDTA (0.25%) | Gibco | 25200056 | Used fto disperse dental pulp cells |
Trypsin Type II | Sigma-Aldrich | T-7409 | Used to disperse trigeminal neurons |
Ultra Fine Forceps | Fine Science Tools | 11370-40 | Ultra fine forceps for dissection |
Uridine | Sigma-Aldrich | U3750 | Used as a mitotic Inhibitor at 1 μM concentration in co-culture media, Day 2 |
Vacuum Filtration System | Millipore | SCNY00060 | Steriflip disposable filter, 50 μm nylon net filter |
Vial forceps | Fine Science Tools | 110006-15 | Long forceps for tissue transfer to conicals |
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