Method Article
This protocol describes in detail the method for generating neural progenitors from embryonic stem cells using a serum-free monolayer method. These progenitors can be used to derive mature neural cell types or to study the process of neural specification and is amenable to multiwell format scaling for compound screening.
nöral progenitörlerin fare embriyonik kök hücreleri ayırt etmek yeteneği (ESC) nöral özellikleri yanı sıra, daha fazla çalışma için olgun nöral hücre tiplerinin üretimini kontrol eden mekanizmaların çalışmasını sağlar. Bu protokolde serum serbest, tek tabaka kültürü kullanarak sinir atalarıdır için ESC farklılaşması için bir yöntem açıklanmaktadır. yöntem, etkili, ölçeklenebilir ve 4 içinde% 70 nöral projenitör hücrelerinin ~ üretimi ile sonuçlanır - 6 gün. Bu, çeşitli koşullar altında yetiştirilen çeşitli suşlardan ESC uygulanabilir. Sinir progenitörler, mikroskopla fonksiyonel nöronlar ve glia veya analiz içine daha ayırt sitometri veya moleküler teknikler akmasına izin verilebilir. farklılaşma süreci zaman atlamalı mikroskopi için uygun olduğunu ve nöral şartname sürecini izlemek üzere raportör hatlarının kullanımı ile kombine edilebilir. Biz sürecin b izin medya hazırlanması ve hücre yoğunluğu optimizasyonu hakkında ayrıntılı yönergeler sağlarE en ESC hatları ve hücre kültür kapları çeşitli uygulanan.
Embriyonik kök hücreler, sinjeneik ya da bağışıklık yetersizliği konaklara (a Kimera oluşturarak) uygun bir aşamada embriyo yeniden yerleştirilmesi, aşağıdaki tüm yetişkin hücre tiplerine farklılaşma yetisine, enjeksiyon koruyarak, in vitro olarak sonsuza çoğalma kapasitesi ile erken embriyodan türetilen pluripotent hücreler (Bir teratom oluşturarak) ya da uygun işaretlere 1 in vitro konu. Nöral soy içine fare embriyonik kök hücrelerinin in vitro farklılaşması ve 1995 tarif edilmiştir ve morfojen retinoik asit ile takviye edilmiş 2-4 serum ihtiva eden ortam içinde çok-hücreli süspansiyon agregatların oluşumunu (embriyoid organları, EBS) yer aldı. O zamandan bu yana çeşitli protokoller nöral farklılaşma 5 izin vermek için geliştirilmiştir. Hala toplanmasını kullanmak Birçok diğerleri hücre tipleri indükleyici ile-kültür co ve çeşitli serum serbest medya kullanımını içerir. Tüm protokoller avantajlara bir olmasınd dezavantajları ve sinirsel hassas doğası veya nöronal hücreleri de kullanılan protokole göre değişir üretti.
İdeal protokol, sağlam ölçeklenebilir olması ve tam olarak tanımlanmış medya ve yüzeylerde faydalanmak, farklılaşma sürecinin non-invazif izleme için uygun olmalı ve mümkün sinirsel atalarıdır saf popülasyonlarının nesil neden dış ipuçlarının tarafından ve ayırt desenli olmak istiyorum nispeten kısa bir süre içinde yüksek verim ve verim bütün nöronal ve glial alt tiplere. Son düzine yıllarda biz bir düşük yoğunluklu, serum serbest yapışık tek tabaka kültürü 6-10 fare ESC nöral atalarıdır ve nöronlar üretmek için bir yöntem kullanıyoruz. Bu protokol, yukarıda belirtilen kriterler içinde, birçok yerine getirir: Elimizdeki farklılaşma verimliliği oldukça uzun yıllar boyunca tutarlı ve hücre çizgileri, çeşitli olmuştur, bu yukarı veya aşağı ölçeklendirilebilir edilebilir (başarıyla 96 oyuklu plakalar, damar kullanımı 15 cm çapında dio kız) ve kullanılan ortam iyi tanımlanmış bulunmaktadır. süreci (dopaminerjik nöronların 6 örneğin, Shh ve FGF8) nöronal alt tiplerinin farklı tiplerinin üretimini indüklemek için ilave edilebilir farklılaşma izlenmesi ve desen ipuçlarının çeşitli timelapse mikroskopi elverişlidir.
Yine, bu protokolün başarılı bir uygulama için bazı zorluklar vardır. Anahtar yönlerinden biri medyanın dikkatli bir hazırlık olduğunu. Biz her zaman ticari alternatiflerin varlığına rağmen içi ortam hazırlar. Kullanılan takviyeleri biri (N2; Protokolü bakınız) standart piyasada mevcut sürümleri üzerinde değişiklikler vardır. Son olarak, bu yöntemin başarılı bir uygulama için en önemli adımlardan biri kaplama optimum hücre yoğunluğudur. Uyaran sinyallerin biri (Fgf4 11) otokrin yapısı gerektirirken, bu yeterli hücre uygun viabil izin vermek için mevcut olması esas olarakçok yüksek yoğunlukları farklılaşma de Sığ ve farklılaşma, (nedeniyle LIF 12 otokrin üretimine muhtemelen kısmen) bozulur. Hem medya hazırlama ve hücre kaplama özenle yapılır ve sürekli optimum sonuçlar sağlamak için bu nedenle önemlidir.
1. Medya Hazırlık
Not:: 1 oranında, tipik olarak 1, B27 eki ile takviye modifiye N2 ek ve Neurobasal ile desteklenmiş DMEM / F12: Protokol iki ayrı ortam karışımı kullanımına dayanır.
2. Hücreler Kaplama
NOT: Bu protokol, lösemi önleyici faktör (LİF), LİF ve kemik morfogenetik protein 4 (BMP4) veya MEK ve GSK3 inhibitörlerinin (2R ortam) sahip LIF ve serumsuz ortam ile, serum yerine% 10 serum içinde yetiştirilen fare ESC için de geçerlidir veya LİF yoktur. Bununla birlikte, farklılaşma zamanlaması ve verimlilik ortam ve hücreler (tartışmaya bakınız) bağlı olarak değişebilir. Burada gösterilen deneyler için biz bir EGFP muhabiri o içine çaldı vardır (46C fare ESC hattını kullanılan% 10 serum ve LİF ile GMEM yetiştirilen endojen Sox1 allel NE). En iyi sonuçlar için, hücreler ayrılmış ve N2B27 ortam içinde yeniden kaplanmıştır olması önemlidir; N2B27 zaman hücrelerin şarjı ile karşılaştırıldığında daha düşük bir farklılaşma verimi ile sonuçlanır basitçe GMEM / serum / LİF ortamların değiştirilmesi.
3. Immunofluorescent Boyama
HAYIRTE: protokol her gemi tipine uygulanabilir. her reaktif hacmi 6-çukurlu plaka içinde çukur başına anlatılan herhangi bir yüzey alanına ölçeklendirilebilir. Şarjı sonradan düşük canlılığı nedeniyle tavsiye edilmez.
Bu deneyde, nöral farklılaşma izlemek için, bir endojen Sox1-GFP raportör ile, fare embriyonik kök hücreleri 46C hücre hattı 14 kullanılır. Sox1 nöral progenitor için bir marker Bu hücre hattı, ifade kullanılarak, yeşil floresan tespit edilebilir. Yoğunluğu Kaplama nöronal farklılaşma elde etmek için kritik bir faktördür. Fare embriyonik kök hücreleri / cm2 10,500 88.500 hücre arasında değişen farklı yoğunluklarda 6-çukurlu plaka içinde plakalanmıştır. Şekil 1A, 6-çukurlu plaka içindeki farklı kaplama yoğunlukları elde farklılaşma verimi gösterir. Farklılaşma 6. günde, hücreler% 4 paraformaldehid içinde sabitlendi ve nöronal belirteç βIII-tubulin için boyandı. Optimal yoğunluğu (10.500 hücre / cm 2), hücreler sinir atalarıdır ve nöronlara farklılaşmış. Bu nöronal marker, βIII-tübülin karşı Sox1-GFP raportör ve immunofloresans yeşil flüoresan sinyali ile gözlenmiştir. A loWer kaplama yoğunluğu 3 gün içinde hücre ölümüne neden oldu. Bununla birlikte, çok yüksek yoğunlukta kaplama (> 36,500 hücre / cm2), yeşil hücreler ve βIII-tubulin pozitif hücrelerin azalan oranı ile sonuçlanmıştır. Şekil 1B ila yaklaşık 10 kat daha fazla hücre yoğunluğu gerekli 96-çukurlu plaka içinde gerçekleştirilen bir deneyi gösterir Optimal (155,000 hücre / cm2) ve (362.500 hücre / cm2) düzeyinde çok konfluent ulaşır.
Optimal yoğunluğu Ortam preparatlanmn, ortam bileşeni ve hücre gruplar, hücre tipleri, ya da önceki kültür koşulları arasında farklı olabilir. Her bir deney için kaplama yoğunluğu etkin kılmak için tavsiye edilir. Tablo 1, iyileştirme adımı dahil edilmelidir çeşitli platformlarda etkili kaplama yoğunlukları aralıklarını içerir. 6 gün - bu aralıkta, bu 4 içinde iyi bir farklılaşma verimliliği sağlayan bir yoğunluğa almak mümkün olmalıdır.
Farklılaşma E sırasındaKademeli. Morfoloji değiştirme Şekil 2, SC 10500 hücre / cm2, de 6-oyuklu bir plaka içerisinde kaplama sonrası günden 6. güne 1 hücre ve koloni morfolojisi gösterir. Hücreler, farklılaşma koşullarında kültürlenmiş ve her gün fotoğraflandı. Nedeniyle kültür durumda aşırı değişime ilk birkaç gün önemli hücre ölümünü görmek alışılmadık bir durum değildir. Ancak, geri kalan hücreler hala ayırt edebiliyoruz. 4. günde, hücreler öncelikle ortaya Sox1-GFP muhabiri yeşil floresan sinyali olarak nöral atalarıdır olmaya başladı. Ancak, daha 6. günde, tüm hücreleri, Sox1-pozitiftir. Bazı olmayan sinir hücrelerinin varlığı yine de, uygun koşullar altında, hücrelerin çoğunluğunun nöral olacaktır beklenmektedir.
Şekil 1. farklılaşma verimliliği kaplama yoğunluğunun etkisi. İki farklıSox1-GFP raportör hücrelerinin (46C) yoğunlukları 6 gün için olan protokole uygun olarak kaplanmıştır ve farklılaştırılmıştır. 6-çukurlu plaka içinde (A) Farklılaşma. Bir 96-yuvalı plaka içinde (B) Farklılaşma. Ölçek çubuğu:. 100 mikron bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Farklılaşma sürecinde Şekil 2. Hücre morfolojisi. 46C ESC 6 kuyu kültür plaka cm2 başına 10.500 hücre farklılaşmış ve hücre morfolojisi değişiklikleri gözlemek için günlük fotoğraflandı. Ölçek çubuğu:. 300 mikron bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Platform | Etkili yoğunluk aralığı (hücre / cm 2) | Hücre sayısı aralığı plaka | Önerilen başlangıç medya hacmi (ul) | Gün 1 (ul) sonra Önerilen ortam hacmi |
6-çukurlu plaka | 10,500 - 36,500 | 99.750 - 346.750 | 1000 | 2,000 |
24-çukurlu plaka | 15.600 - 46.800 | 29.640 - 88.920 | 500 | 1000 |
96-çukurlu plaka | 103.500 - 260.000 | 33120 - 83200 | 100 | 200 |
Tablo 1. Farklı damar boyutları için yoğunluklara ve ortam hacimleri kaplama tavsiye edilir. Bu tabloda kaplama yoğunlukları 46C hücre soyu kullanılarak tespit edilmiştir. En iyi sonuçlar için, her bir hattın kaplama yoğunluğu adj gerekebilirusted.
tek tabaka sinir farklılaşma protokolü on üzerinden 6 kullanımda olmuştur. Protokol tanımlanan ortam oluşan ve pratik için sistem daha uygulanabilir kılan bir tek-tabakalı sistemde yapılır, yüksek verimli (örneğin, ilaç tarama) kullanır. Ancak, farklılaşma etkinliğini belirleyen bazı kritik faktörler vardır. Bu makalede, bu faktörleri ve her engel için çözüm işaret ediyor.
Farklılaşma durumu kaplama sonrası hücrelerin yoğunluğu belki de en önemli faktördür. Çok düşük yoğunlukta kaplama hücre ölümüne neden olurken çok yüksek bir yoğunlukta hücreler kaplama, farklılaşma verimini azaltır. Bu olgu nedeniyle otokrin büyüme faktörü sinyal muhtemeldir. Fgf4 MAPK kaskadı aktive ESC farklılaşmasını 11 tahrik eden bir otokrin büyüme faktörüdür. LIF ESC tarafından üretilen bir başka sitokindir. Bu 15. Bu protokol N2B27 kullanımı nöral hücreleri yapmak için yapar. N2B27 ESC sürdüreceği çeşitli faktörler içerir ve nöral hücre büyümesini teşvik ve nöral farklılaşma 6 inhibe lif ya BMP4 da içermez. Uygun yoğunlukta, Fgf4 ve LİF sinyallemesinin uygun bir bilançosu ESC ayırt olanak sağlayan korunur. Yüksek yoğunluklu, otokrin LIF ve BMP inhibe farklılaşma aşırı miktarda. Buna karşılık, çok düşük yoğunlukta hücrelerin bu oldukça minimal ortamlarda hayatta engelli var. Farklılaşma olmadan hücrelerin çok sayıda görünür olduğunda, çok hücre ölümü görülür, eğer kaplama hücre sayısının artması gerekmektedir, oysa Böylece, kaplama numarası azaltılmalıdır.
Hücre sayısı yanı sıra dolaylı olarak kaplama yoğunluğu etkileyen diğer bazı faktörler de vardır. İlk faktör eşit yüzey üzerinde hücreleri dağıtmak için kullanılan tekniğe bağlıdır yerel hücre konsantrasyonu olduğunualanı. Biz kuyunun merkezine hücreleri konsantre ve periferinde yoğunluğu çok düşük olurken, çok yüksek merkezde yoğunluk yapar bu yana kuyusunu dönen ideal olmadığını gördük. Kaplama, veya plaka yan-yan sallanan önce hücrelerle medya karıştırma, örneğin diğer karıştırma teknikleri, tavsiye edilir. Ayrıca, bir kap inkübatör yerleştirildiği zaman, orta düzensiz ısıtma konsantrik halka şeklinde hücrelerinin dağılımı ile sonuçlanan, iyi merkezine hücreleri çeken bir konveksiyon kuvvetin değişmesine neden olur. Kaplama gününde bir alt medya hacmi bu etkiyi azaltmak için tavsiye edilir. 30 dakika boyunca inkübatör dışında plaka bırakılması hücreler de homojen bir kaplama yoğunluğu elde etmenize yardımcı olabilir karıştırmadan önce orta ısınma yanı sıra eklemek izin.
İkincisi, gemi tipi de açıkça kaplama yoğunluğu. Şekil 1 etkileyen / kuyu hücre sayısı lineer sca olamayacağını gösteriyorFarklı damar yüzey alanına yol (diğer bir deyişle, hücre / yüzey alanı aynı sayıda her kap tipine uygulanabilir değildir). (Daha büyük hacim / alanı oranı ile birlikte) daha küçük bir kap orta denilen menisküsün bir konkav yüzey oluşturur ortam yüzey gerilimi daha etkilenir. yüzey gerilimi oyuk kenarına hücreleri iter ve merkezde yoğunluğunu azaltır. Küçük bir kapta medya hacmi düşük olduğundan ek olarak, medya konveksiyon kuvvetini azaltarak, hızlı ısınma. Bu nedenle, küçük bir kap içinde hücreler menisküs etkisiyle kenarına hareket edecek ve konveksiyon güçleri tarafından merkeze hareket etmeyecektir. Merkezde optimum yoğunluğu elde etmek için gerekli olan kaplama yoğunluğu yüksek, gemi Böylece, küçük.
Üçüncüsü, hücrelerin durumu kaplama öncesinde de dolaylı olarak kaplama yoğunluğu ve farklılaşma verimliliği etkiler. Biz bazı deneylerde optimum yoğunluk bir varyasyon bulundu. deneyleriilk gününde yüksek ölüm oranı verimli farklılaşması için yüksek bir yoğunluğa gerekli. Serum ve LIF ESC kültürleri naif pluripotent hücrelerin heterojen nüfus, astar pluripotent hücreler ve farklılaşmış hücrelerin 16 bile az sayıda oluşmaktadır. Bu tip hücreler hayatta ve farklılaşma koşulları altında ayırt etmek için farklı bir yeteneği vardır. Protokol numarası değil, hücrelerin devlet üzerinde dikte yana, bazı deneyler beklenenden daha düşük bir yoğunluğa yol açan, ilk birkaç gün ölecek daha farklılaşmış hücreler ile başlayabilir. Bu varyasyon önlemek için, ESC tutarlı kültürü her devlet arasında sürekli orantı korunur emin olmak için gereklidir.
Dışında yoğunluktan, zamanlama verimli farklılaşma ulaşmak için başka bir faktördür. Bu yayında, biz 6 gün içinde sinir atalarıdır nesil açıklar. Ancak, zaman durumuna bağlı olarak farklı olabilirBaşlangıç ESC kültürü. Yukarıda tarif edildiği gibi, ESC kültürleri farklılaşma durumu farklı yanıt Karıştırılan popülasyonlarıdır. Hücrelerin hayatta kalma ayrıca farklılaşma zamanlaması sadece kültür kompozisyonu tarafından etkilenecektir. Bu protokol, LİF ve BMP4 veya 2i ve LİF içeren N2B27 ortam içinde en ESC kültür koşulları, örneğin uygulanabilir. Daha naif hücreleri kültürde vardır Ancak, daha uzun bir süre etkili farklılaşması için gerekli olabilir. Naif hücreleri prime duruma geçmek için daha fazla zamana ihtiyacı ve daha sonra sinirsel atalarıdır için ayırt edecek olmasıdır.
The authors have nothing to disclose.
Work was funded by a Development and Promotion of Science and Technology scholarship from the Thai Ministry for Education to W.W. and grants from Tenovus and the Anonymous Trust to M.P.S.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Fetal bovine serum | Life Technologies | 10270-106 | |
DMEM/F12 | Life Technologies | 11320-074 | |
Neurobasal medium | Life Technologies | 21103-049 | |
StemPro Accutase Cell Dissociation Reagent | Life Technologies | A11105-01 | |
B-27 Supplement, serum free | Life Technologies | 17504-044 | |
Insulin | Sigma | I6634 | Reconstitute with sterile 0.01 M HCl |
Apo-transferrin | Sigma | T1147 | Reconstitute with sterile water |
Progesterone | Sigma | P8783 | Reconstitute with ethanol |
Putrescine | Sigma | P5780 | Reconstitute with sterile water |
Sodium selenite | Sigma | S5261 | Reconstitute with sterile water |
Bovine albumin fraction V | Life Technologies | 15260-037 | |
L-Glutamine | Life Technologies | 25030-081 | Make sure it is completely dissolved before use as glutamine is usually sedimented |
Gelatine | Sigma | G1890 | |
6-well tissue culture dish | Thermo Scientific | 140675 | |
24-well tissue culture dish | Thermo Scientific | 142475 | |
96-well tissue culture dish | Thermo Scientific | 167008 | |
GMEM | Life Technologies | 11710-035 | |
MEM Non-essential amino acids solution | Life Technologies | 11140-050 | |
Sodium pyruvate | Life Technologies | 11360-070 | |
2-mercaptoethanol | Sigma | M7522 | |
Leukaemia inhibitory factor | prepared in-house as in Smith 1991 Journal of Tissue Culture Methods | ||
Tween-20 | Sigma | P1379 | |
4′,6-Diamidino-2-phenylindole dihydrochloride (DAPI) | Sigma | D9542 | Protect from light |
Mouse anti βIII tubulin IgG antibody | Covance | MMS-435P | |
Fluorescence-labelled anti-mouse IgG antibody | Life Technologies | A31571 | Protect from light |
25 cm2 tissue culture flask | Thermo Scientific | 156367 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır