A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
אנו מציגים פרוטוקול התמיינות תלת מימדי (תלת מימדי) במבחנה המייצר נוירוספירות בגודל הניתן לשחזור כדי לייצר תאי פסגה עצבית גולגולתית מתאי גזע עובריים של עכברים. אנו מראים כי מתודולוגיה זו מפחיתה את השונות בהשוואה לפרוטוקולים קודמים וכיצד ניתן להשתמש בה לבדיקה מרובה לחקר התפתחות תאי פסגה עצבית גולגולתית.
עם יכולתם המדהימה לייצר נגזרות אקטודרמליות ומזנכימליות כאחד, תאי פסגה עצבית גולגולתית (CNCC) משכו עניין רב בחקר המנגנונים המווסתים את החלטות גורל התא והפלסטיות. מקורה בנוירו-אפיתל הגבי, אוכלוסיית תאים זו היא חולפת ונדירה יחסית בעובר המתפתח - מה שהופך בדיקות פונקציונליות, מסכים גנומיים ובדיקות ביוכימיות למאתגרות לביצוע in vivo. כדי להתגבר על מגבלות אלה, פותחו מספר שיטות למודל פיתוח CNCC במבחנה. שיטות תרבות מבוססות נוירוספירה (NS) מספקות מיקרו-סביבה מורכבת המסכמת את הנוירואפיתל הקדמי המתפתח בתלת מימד. מערכות אלו מאפשרות גידול של NS רבים באותה צלחת כדי לייצר כמות גדולה של CNCC, אך ה-NS המיוצר מציג שונות גבוהה בצורה, בגודל ובמספר ה-CNCC שנוצרו - מה שמקשה על ביצוע בדיקות כמותיות. פרוטוקול זה מתאר שיטה הניתנת לשחזור ליצירת NS מתאי גזע עובריים של עכברים (mESC) בפורמט של 96 בארות. NS המיוצר בצלחות של 96 בארות מייצר תאי פסגה עצבית גולגולתית (CNCC), אותם ניתן לתרבית נוספת. על ידי שליטה במספר התאים ההתחלתיים, גישה זו מפחיתה את השונות בגודל ובצורה בין NS ומגבירה את יכולת השחזור בין ניסויים. לבסוף, מערכת תרבית זו ניתנת להתאמה למספר יישומים ומציעה רמה גבוהה יותר של גמישות, מה שהופך אותה לניתנת להתאמה אישית ומתאימה לריבוי תנאי ניסוי.
תאי פסגה עצבית גולגולתית (CNCC) הם אוכלוסיית תאים דמוית גזע המתעוררת בחלק הקדמי ביותר של העובר המתפתח, בגבול בין הצלחת העצבית לאקטודרם פני השטח1. לאחר מכן CNCC עוברים מעבר אפיתל למזנכימלי (EMT), מתפרקים מהנוירו-אפיתל ונודדים גב-וונטרלי לעבר מקומות שונים בעובר שם הם מתמיינים למגוון רחב של סוגי תאים2. חקר אוכלוסיית תאים זו מעניין מאוד מכיוון שיש לה פלסטיות יוצאת דופן3 ויכולת ייחודית להתמיין לנגזרות אקטודרמליות ומזנכימליות כאחד, כגון עצמות גולגולת וסחוסים4. למרות ש-CNCC נגישים יחסית בעובר, הם אוכלוסייה חולפת עם מספר נמוך של תאים, מה שמקשה על ביצוע מחקרים מכניסטיים מערכתיים in vivo. קווי תאי CNCC בודדו ואופיינו בשנים האחרונות כדי להתגבר על מגבלות אלה. בפרט, קו התאים O9-1 CNCC הוא כלי נהדר לחקר התפתחות הפסגה העצבית הנודדת ופוסט-נדידה 5,6; עם זאת, קו תאים זה אינו מאפשר לחקור את האירועים המוקדמים לפני ההגירה המובילים לאינדוקציה ומפרט של פסגה עצבית. בהקשר זה, חלו התפתחויות משמעותיות בפיתוח פרוטוקולי התמיינות במבחנה כדי להבדיל CNCC בצלחת באמצעות שימוש במבנים תלת מימדיים הדומים לנוירואפיתל המתפתח הנקרא נוירוספרות (NS)7,8 - המתקבל לאחר התמיינות של מושבות תאי גזע עובריים (ESC). פרוטוקולים תלת-ממדיים אלה מייצרים באופן חזק מספרים גבוהים של CNCC, ומאפשרים ביצוע מחקרים מכניסטיים ביוכימיים וגנומיים 9,10. NS מתורבתים על לוחות חיבור נמוכים במדיום תוסף N2B27, יחד עם גורם גדילה פיברובלסטים (FGF) וגורם גדילה אפידרמיס (EGF)10,11 כדי לעורר את התפשטות התאים. פרוטוקולים אלה מבוצעים בצלחות פטרי, ומטפחים NS רבים באותה צלחת. בתוך ה-NS, התאים מצטברים וממשיכים להתחלק - ומגיעים לקוטר של 100-200 מיקרומטר עם הבגרות. בבגרות (בערך ביום 5), NS נצמד למצע ומתמיין ל-CNCC הדומה למקביליהם in vivo 9,12. לאחר מכן, CNCC אלה עוברים EMT ומתפרקים על פני הצלחת. ניתן להבחין בהבדלים מורפולוגיים בהתאם לגודל ה-NS, שכן כדורים גדולים יותר ייראו כהים יותר בליבה עקב זמינות נמוכה יותר של חומרים מזינים וחמצן, מה שמוביל לתאים לעבור אפופטוזיס13. בעוד שהליך מסוג זה מייצר מספר רב של CNCC בנקודת הקצה של ההתמיינות, הוא מציג מספר מגבלות, מה שהופך את חקר הדינמיקה המולקולרית השונה המתרחשת במהלך תהליך ההתמיינות לכמעט בלתי אפשרי. ראשית, השימוש במושבות ESC - המשתנות בגודלן - מקשה על שליטה במספר התאים ההתחלתי עבור כל ניסוי. התוצאה היא יצירת NS בצורות וקטרים שונים המתפתחים באופן שונה על ידי הפעלת מסלולי איתות ספציפיים, מה שמוביל לשינוי בהתמיינות התאים ובכך לא ליצור דגימה אחידה בנקודת זמן נתונה. שנית, תרבית מספר NS באותה צלחת מובילה לעתים קרובות להתמזגות שלהם יחד14 ופוטנציאלית לשחרר מולקולות איתות המשפיעות על המיקרו-סביבה של שכניהם ובכך על התפתחותם. בסך הכל, נהלים אלה מייצרים שונות רבה בין דגימות לניסויים.
כאן, אנו מציגים אסטרטגיה להתגברות על קשיים אלה המייצרים NS יחיד - המסוגל לייצר CNCC - על ידי צבירת ESC (mESC) של עכבר בלוחות 96 בארות עם תחתית U שאינה מטופלת ב-TC. התחלה מ-mESC מאפשרת ללמוד את תהליך האפיון והשלבים המוקדמים של פיתוח CNCC בהשוואה להתחלה מקווי תאי פסגה עצבית שכבר הוקמו. פרוטוקול זה מתחיל בפירוק מושבות mESC כדי להשיג תרחיף תא בודד, ואחריו זריעה של מספר מסוים של mESC בכל באר של צלחת 96 בארות עם תחתית U שאינה מטופלת ב-TC. התאים נותרים לצבירה למשך יומיים ולאחר מכן מועברים לצלחת עם תחתית שטוחה של 96 בארות שאינה מטופלת ב-TC, בה NS יוכל להתחבר לתחתית הצלחת. על ידי שליטה במספר התאים ההתחלתי ובמיקרו-סביבה של כל NS במהלך תהליך ההתמיינות, פרוטוקול זה מפחית את שונות הדגימה, מה שמגדיל את יכולת השחזור הניסיוני. אנו מאמינים שזו תהיה פלטפורמה נוחה לתכנון ניסויים מרובים, כגון בדיקת ההשפעה של תנאי תרבית שונים או ביצוע מסכי הפרעות גנים.
1. יצירת מתלה חד תאי ממושבות ESC של עכברים
הערה: פרוטוקול זה מותאם לשימוש ב-CK35 mESC (קו mESC המוסמך להעברת קו נבט, כדי שתהיה לו אפשרות לפתח דגמי in vivo 15) הגדלים על מזינים מושבתים בצלחת 6 בארות מצופה ג'לטין. באר אחת של צלחת 6 בארות שטופלה ב-TC אמורה להניב כ-1.5 ×-106 mESC, וזה מספיק לשאר הפרוטוקול. ניתן להגדיל זאת במידת הצורך. התאם את השלבים הראשוניים בהתאם לשיטת זן ה-ESC ותרבית התחזוקה שנבחרה, כמו גם למדיום התרבות המתאים. פרוטוקול זה אמור להתבצע בתנאים סטריליים. עיין בטבלת החומרים לפרטים הקשורים לכל החומרים, הריאגנטים והציוד המשמשים בפרוטוקול זה.
2. העברה לצלחת שטוחה עם 96 בארות לבידול CNCC
3. מעבר ותחזוקה של CNCC
הערה: ניתן לבצע מעבר CNCC ברגע שיש כמות מספקת של תאים הנראית סביב NS. זה יכול להיות כבר ביום השביעי, מכיוון שנקודות זמן מוקדמות יותר אינן מספקות כמות מספקת של CNCC.
4. קיבוע והרכבה של NS לאימונופלואורסצנציה
5. קיבוע והרכבה של CNCC לאימונופלואורסצנציה
בעקבות הפרוטוקול, מושבות mESC פורקו, ו-3000 תאים נזרעו בצלחות U-bottom של 96 בארות שאינן מטופלות ב-TC. ביום השני, NS מצטבר הועבר ללוחות 96 בארות שטוחים שאינם מטופלים ב-TC כדי לאפשר להם להתחבר. הדמיה פשוטה של פרוטוקול צבירת NS מסופקת באיור 1A. NS עברו תרבית עד היום התשיעי ולא...
מודלים של התמיינות תלת מימדית במבחנה מאפשרים ניתוח אינטראקציות מורכבות בין תאים שעלולות להיות קשות - או לא יכולות להיות - בתרבית תאים דו-ממדית. מספר מודלים פותחו כדי לחקור את התפתחות CNCC במבחנה. אלה נגזרים בדרך כלל ישירות ממושבות ESC 7,21
המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.
אנו מודים לד"ר רמי חאווייר קו על ייעוץ בתכנון פריימרים ומומחיות בתרבית תאים. עבודה זו נתמכה על ידי מועצת המחקר האירופית (ERC Start Grant 101039995 - REGENECREST) והקרן למחקר רפואי (Amorçage - AJE202205015403).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22 μm syringe filters | ClearLine | 146560 | |
15 mL High-Clarity Polypropylene Conical Tube | Falcon | 352096 | |
200 µL ClearLine Plus Low Binding Filter Tips | Dutscher | 713263 | |
40 µm filters | Falcon | 352340 | |
5 mL Serological pipette | Starstedt | 86.1253.001 | |
50 mL High-Clarity Polypropylene Conical Tube | Falcon | 352070 | |
Accutase | Merck-Sigma | A6964 | |
Alexa Fluor 488 donkey anti rabbit IgG (H+L) | Thermofisher Scientific | A21206 | |
Alexa Fluor 594 donkey anti mouse IgG (H+L) | Thermofisher Scientific | A21203 | |
Alexa Fluor 647 donkey anti goat IgG (H+L) | Thermofisher Scientific | A31571 | |
Antibiotic-antimycotic solution | Merck-Sigma | A5955 | |
B27 PLUS supplement | Thermofisher Scientific | 17504044 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Merck-Sigma | A9418 | |
Chloroform | Carlo Erba | 438601 | |
Collagenase Type IV | Thermofisher Scientific, Gibco | 17104019 | |
Costar 6 well clear TC-treated multiple well plates | Corning | 3516 | |
Cover glasses, round | VWR | 630-2113 | |
DMEM KnockOut | Thermofisher Scientific | 10829018 | |
DMEM/F12+Glutamax | Thermofisher Scientific | 10565018 | |
DMEM high glucose | Merck-Sigma | D0822 | |
DNA LoBind Tubes, 2 mL | Eppendorf | 30108078 | |
DNase/RNase-Free Distilled Water | Thermofisher Scientific | 10977-035 | |
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (PBS) | Thermofisher Scientific | 14190144 | |
Eppendorf Safe-Lock Tubes, 0.5 mL | Eppendorf | 30121023 | |
Eppendorf Safe-Lock Tubes, 2 mL | Eppendorf | 30120094 | |
ESGRO mLIF Medium Supplement | Merck-Sigma | ESG1107 | |
Ethanol 70% | Carlo Erba | 528170 | |
Fetal Bovine Serum | Merck-Sigma | F7524 | |
Fibronectin | Merck-Sigma | F085-2MG | |
Fluoromount-G | Invitrogen | 00-4958-02 | |
Gelatin solution | Merck-Sigma | ES-006-B | |
GlutaMAX | Thermofisher Scientific | 35050061 | |
Human EGF | Peprotech | AF-100-15-500UG | |
Human FGF-basic | Peprotech | 100-18B | |
Human SOX9 Antibody | R&Dsystems | AF3075 | |
Insulin from bovine pancreas | Merck-Sigma | I6634 | |
iScript cDNA Synthesis Kit | Biorad | 1708891 | |
Mouse Anti-Human AP-2 alpha Monoclonal Antibody, Unconjugated | DSHB | 3B5 | |
Mouse Anti-Human PAX7 Monoclonal Antibody, Unconjugated | DSHB | PAX7 | |
N2 supplement | Thermofisher Scientific | 17502048 | |
Neurobasal Medium | Thermofisher Scientific | 21103049 | |
Non-Tissue culture treated plate, 96 well, Flat bottom | Falcon | 351172 | |
Non-Tissue culture treated plate, 96 well, U-bottom | Falcon | 351177 | |
Paraformaldehyde 16% solution, em grade | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Propan-2-ol | Carlo Erba | 415154 | |
Purified anti-Tubulin β 3 (TUJ1) Antibody | Biolegend | MMS-435P | |
RapiClear 1.47 | Sunjin Lab | RC147001 | |
RapiClear 1.52 | Sunjin Lab | RC152001 | |
Scotch Double Sided 12.7 mm × 22.8 m | Clear fibreless double sided tape | ||
SensiFAST SYBR No-ROX Kit | Meridian Bioscience | BIO-98020 | |
Sterile Disposable Surgical Scalpels | Swann-Morton | 05XX | |
Superfrost Plus Adhesion Microscope Slides | Epredia | J1800AMNZ | |
Triton X-100 | Thermofisher Scientific | A16046.AP | |
TRIzol Reagent | FisherScientific | 15596026 | |
Trypsine-EDTA (0.05%) | Thermofisher Scientific | 25300054 | |
Tween-20 | Fisher Scientific | 10113103 | |
TWIST1 Rabbit mAb (IF Formulated) | Cell signaling technology | E7E2G | |
β-mercaptoethanol | Thermofisher Scientific | 31350010 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved