生物医学工程研究 2016ournal of Biomedical Engineering Research -u… :3O3~308 一 J35{4}.新生大鼠海马神经干细胞的分离培养及分化研究 苗宗宁△,吴卫江,钱寒光,赵基栋 (江苏无锡市第三人民医院,江苏无锡214041) 摘要:研究新生大鼠海马区脑组织中神经干细胞体外培养方法,为治疗神经系统疾病寻找合适的细胞来 源。取新生sD大鼠的海马区脑组织,采用accutase结合机械分离法获取神经干细胞,在含有B一27、碱性成 纤维生长因子和表皮生长因子的DMEM/F12无血清培养液中培养;Accutase酶消化后传代培养,取第3代 细胞行抗巢蛋白免疫荧光染色鉴定并以含10%胎牛血清培养液诱导分化,神经元特异烯醇化酶和胶质纤维 酸性蛋白免疫荧光染色检测NSCs向神经元及胶质细胞分化的能力。分离的新生大鼠海马区脑组织中细 胞,在无血清培养液中形成大量的神经球,部分神经球出现融合及贴壁分化现象,细胞呈典型NSCs形态。 经巢蛋白染色鉴定,大部分为阳性细胞。神经细胞球经含有胎牛血清培养液培养后,可分化为神经元特异烯 醇化酶和胶质纤维酸性蛋白表达阳性的细胞。从新生大鼠海马组织分离培养的NSCs具有自我更新和增殖 能力,在含胎牛血清培养液中具有向神经元和神经胶质细胞分化的潜能。 关键词:海马;神经干细胞;分离培养;细胞分化;新生大鼠 中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1672-6278(2016)04-0303-06 Study on Isolation and Diferentiation Neural Stem Cells from Hippocampus in Neonatal Rats MIAO Zongning,WU Weijiang,QIAN Hanguang,ZHAO Jidong (The Third People’s Hopital ofWuxi,Wuxi 214041,Jiangsu,China) Abstract:To establish the method of cuhure neural stem ceHs in the hippoeampus of neonatM rats in vitro in order to find a suit— able ce1l source for the treatment of nervous system diseases.NSCs were isolated use accutase and mechanical separation method from hippocampus area of neonat ̄SD rat.The ceHs were cultured in completely medium and medium components include DMEM/F12 ser‘ am—free medium,B27,basic fibroblast growth factor and epidermal growth factor.Anti nestin immunofluoreseence staining were used to identify the third generation cell after accutase enzyme digestion and subcuhure.Culture medium containing 10%fetal bovine serum were used to induce NSCs.NF一200 and GFAP immunofluorescence staining were used to identify the differentiation of NSCs to neu— 、 tons nd ra ̄ila cel1.In the hippocampus of neonatla rats,a large number of nerve cells were fomerd in the setum free medium,and some of the neural spheres appeared fused and adherent differentiation.The cells showed typical NSCs morphology.The expressions of nestin staining showed that most cells were positive.Nerve cell spheres could differentiate into neurons and glil faibers acidic protein expression positive cells after cultured with medium continiang fetal bovine serum.The NSCs isolated rom tfhe hippocampus of neonatal rats has the ability of self—renewal and proliferation,which has the potentil tao differentiate into neurons and glil cellas in the serum continiang fetl bovine serum.a Key words:Hippocampus;Neural stem cells;Isolated culture;Cell differentiation;Neonatl rats aDOI 10.19529/j.cnki.1672—6278.2016.04.18 △通信作者Email:zongningm@hotmail.eom 304 生物医学工程研究 第35卷 1 引 言 神经干细胞(neural stem cells,NSCs)是一类起 源于神经外胚层,具有自我更新能力并在一定条件 下分化为神经元和胶质细胞的多潜能干细胞¨ J。 胚胎期和成人中枢神经系统均发现有神经干细胞, 其存在于特殊的niches中,通过自分泌或旁分泌的 方式可以产生多种神经细胞因子,神经递质等特异 性的功能蛋白 J。研究表明移植NSCs可有效地 修复损伤的脊髓组织,重建神经间的连接,治疗脊髓 损伤(spinal cord injury,SCI) -9 J。NSCs主要存在 于哺乳动物侧脑室的室管膜下区和海马的齿状回颗 粒下层以及脊髓管室管膜区等 。本实验采 用无血清培养法进行新生大鼠海马NSCs体外分离 培养,观察其在体外增殖、分化等一系列细胞形态学 变化,为细胞移植治疗SCI提供有效的细胞来源。 2材料与方法 2.1实验动物 新生SD大鼠,由江苏省血吸虫病防治研究所 提供,许可证号SCXK(苏)2007—0021。 实验试剂及材料:DMEM/F12培养基,胎牛血 清,Penicillin—Streptomycin,StemPro Accutase(Gib— CO);B一27(Invitrogen);表皮生长因子,碱性成纤维 细胞生长因子(Pepro Tech);兔抗大鼠nestin单克隆 抗体,兔抗大鼠GFAP单克隆抗体,兔抗大鼠NSE 多克隆抗体,FITC标记的山羊抗兔Ig G(abcam); DAPI,多聚赖氨酸(Sigma);IX一71荧光显微镜(O— lympus);CKX41倒置显微镜(Olympus);培养瓶,离 心管,移液管(Coming);sABC试剂盒(BOSTER); CO:细胞培养箱(Thermo)。 2.2方法 2.2.1新生大鼠海马神经干细胞分离培养及鉴定 取新生SD大鼠(出生24 h以内),颈椎脱臼法处 死,碘酒浸泡1 min后75%乙醇漂洗3次×2 rain/ 次。剪开头皮及颅骨,在解剖显微镜下,分离出海马 区脑组织。用显微镊剥除脑膜及血块并用预冷的D —Hank’S液漂洗2次,用眼科剪剪碎,Accutase蛋 白酶37 ̄C消化3 min,用弯头滴管轻柔吹打,制成单 细胞悬液,1 000 r/min离心3 min,弃去上清液收集 沉淀细胞,加入3 ml完全培养基(DMEM/F一12+ 2%B一27+1%Penicillin—Streptomycin+20 rig/ml EGF+20 ng/ml bFGF),混匀后接种于l2.5 cm 培 养瓶,37℃、5%CO 、饱和湿度条件下静置培养,第 三天开始每3天更换培养液1次,2周左右传代1 次。 换液时将培养瓶中培养液轻轻混匀后移至离心 管,800 r/min离心3 min,吸出一半上清液,加入一 半37。【=预温的完全培养基,混匀后接种至培养瓶。 传代时将培养瓶中培养液轻轻混匀后移至离心 管,1 000 r/min离心3 min,吸出上清液,加入Ac— cutase蛋白酶37℃消化3 min,加入5 ml完全培养 基,用弯头滴管轻柔吹打,800 r/min离心3 min,弃 去上清液收集沉淀细胞,加入完全培养基,按照1:3 的比例传代培养。 鉴定时无菌条件下取多聚赖氨酸包被的盖玻 片,置于6孔板内,收集第三代NSCs,接种到盖玻片 上,培养3天后,取出盖玻片,D—Hank’S液漂洗2 次,4%多聚甲醛固定30 min,PBS漂洗3次后山羊 血清封闭20 rain,弃血清加入兔抗大鼠nestin单克 隆抗体(1:1000),37℃孵育2 h,PBS漂洗3次后加 入FITC标记的山羊抗兔Ig G(1:1 000),37oC避光 反应30 min,PBS漂洗后荧光显微镜下观察。 2.2.2新生大鼠海马神经干细胞诱导分化及鉴定 无菌条件下取多聚赖氨酸包被的盖玻片,置于6 孔板内,收集第三代NSCs,应用诱导培养基 f DMEM/F一12+10%FBS+2%B一27+1%Peni— cillin—Streptomycin+20 ng/ml EGF+20 ng/ml bF— GV)接种到盖玻片上,每天在倒置显微镜下观察细 胞形态。培养7天后,取出盖玻片,D—Hank’S液漂 洗2次,4%多聚甲醛固定30 min,PBS漂洗3次后 山羊血清封闭20 rain,弃血清,分别加入兔抗大鼠 GFAP单克隆抗体(1:500)和兔抗大鼠NSE多克隆 抗体(1:500),37oC孵育2 h,PBS漂洗3次后加入 FITC标记的山羊抗兔Ig G(1:1 000),37 ̄C避光反 应30 min,PBS漂洗后加入终浓度为100 rig/ml DA— PI溶液避光状态下行细胞核染色5 min,PBS漂洗后 荧光显微镜下观察。 3 结果 3.1 新生大鼠海马神经干细胞分离培养及鉴定 从海马组织分离的细胞原代接种后,在显微镜 下观察可见细小组织团块以及单个细胞,细胞悬浮 生长,多呈圆形,大小不一,折光性强。接种2~3天 后,可见细胞碎片增多,部分细胞贴壁,随着时间的 推移,悬浮细胞集聚成小细胞团,逐渐长成由细胞组 成的桑葚状细胞球,部分细胞球因体积过大出现细 胞球中心颜色暗淡、透光性较差。体外传代培养后, 死亡细胞以及组织碎片减少,可见典型神经球形成, 免疫荧光染色结果显示神经球中有大量nestin阳性 细胞存在,见图1。 第4期 苗宗宁。等:新生大鼠海马神经干细胞的分离培养及分化研究 305 ^ 、 B ’ ( 1^ ’ ● D l 霪 謦, ● - ,L● -,图1 新生大鼠海马神经干细胞分离培养及鉴定。 A.原代培养3天×40;B.原代培养10犬x 100;C.传代培养7火x 2OH0;D.E NSCs免疫荧光染色 爪nestin 性细胞×100一 Fig I Isolation culture and identiicatifon of the newborn rat hippocampal neural stem cells,. A. Fhe morphology('f primm3 generalion cells at 3 dnys xdO;H.The morph ̄olog3tlrI .nary generaticn 【s at 10 days x 100; C.The morphology t)r su1)(,ulmre,.ells at 7 days×200:I)一E.NSCs immunot]uorescelite staining Row nestin positive cells×100. 3.2新生大鼠海马神经干细胞诱导分化及鉴定 『日】的延长,边缘部位细胞突起逐渐变长、增多,与相 用含血清培养基培养NSCs后,显微镜下可见 NSCs球很快贴壁,24 h后大量贴壁生长细胞从 NSCs球周围长出。开始阶段由于细胞密度大,以 NSCs球为中心向四周放射状成片牛长,随着培养时 邻的细胞构成网状结构,细胞中既有具有多个长突 起的神经胶质样细胞,也有具有短突起的神经元样 细胞,见图2。免疫荧光染色结果可见大量GFAP l,'l-.tm胞及NSE阳性细胞,见图3。 l{ 、 ‘ ,毒 ● 、( 【] 二、 . ) L ’ ‘ ' ^ - 图2 NSCs诱导分化后细胞形态变化 A.分化3人x40:B.分化7人x40;C.分化l0夫×100:D.分化14人×100 Fig 2"lie cell morphqotlogical changes after NSCs diferentiation at day 3.7,10 and 14 生物医学工程研究 第35卷 ≥’ : ’麓v : , 麓 : . 譬 0 ’ |. . ; ,‘ 、 、 。- 0, j | ._ 。 ≮.. - . 一. .. .0 lI .’ l一 。 ‘ ・ t , 。 ‘ 一 f_1 _ j , . ^ ^ 0: ≤ _- 书 一 0 Y 一 】~一 , _lJ ,; t, ● 羹 .赫 :~: 羹 用¨卜 . ,图3 NSCs诱导分化后免疫荧光染色GFAP和NSE表达。Bar=1OOlun Tile expression of NSE and GFAP identify by immunofluorescence staining after NSCs diferentiation.Bar=IOOpm 4讨论 神经于细胞是一类原始的未分化的多潜能干细 胞,具有自我更新能力,主要向神经系统方向分化, 因此,获取大量NSCs并建立稳定的分离 培养方法尤为重要。本实验从新生大鼠海马组织分 离并培养了NSCs,体外可以增殖,通过条件培养基 可以诱导分化为神经元和神经胶质细胞,为进一步 研究NSCs体内移植后的分化和NSCs治疗SCI提 供了前期的技术支持,, 如神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞等,存在于 海马齿状同和室管膜下区等区域川。。 ,在SCI治疗 的相关研究中,NSCs移植受到广泛关注,此类方法 多是通过促进移植到SCI:部位的外源性NSCs有效 研究表明不同部位来源的中脑神经干细胞具有 的,L-.物学特性,即具有“区域特异性” 。本实 地向神经元分化,促进脊髓重建及神经修复的作 验对新,I 、鼠海马神经F细胞进行了分离培养,由 第4期 苗宗宁。等:新生大鼠海马神经干细胞的分离培养及分化研究 于新生小鼠海马组织体积非常小,因此,建立适合的 分离培养方法就很重要。神经干细胞原代分离主要 采用酶消化法和机械吹打法,研究表明酶消化过程 和机械打散都对细胞的活性造成不利影响,常见的 胰蛋白酶通过水解细胞间的蛋白质使细胞分离,但 其消化能力较强,容易造成细胞膜上的蛋白质也被 消化,进而释放其核内的DNA,而这些DNA具有很 强的黏性,会将分离消化的单细胞黏附在一起,从而 引起细胞的损伤和死亡。机械吹打可以避免细胞膜 被消化,但不易掌握吹打的次数和力度,可造成细胞 膜的机械损伤,导致细胞活性下降及死亡 。这说 明需要改进消化过程,例如换用消化能力更加温和 的酶,并且减少吸管吹打。研究发现accutase消化 酶通过化学解离的方法来分散组织,在细胞培养中 的损伤作用具有非特异性_】 。本实验中采用ac— cutase来分散海马组织和神经球进行原代和传代分 离培养,并辅以轻微的机械吹打,尽可能减少对细胞 的损伤。由于海马组织体积很小,分离后不通过滤 网过滤而直接培养,死亡细胞以及组织碎片通过更 换培养液以及液化作用可以缓慢去除,这样可以尽 可能保留存活细胞。 目前主要通过悬浮培养法体外培养NSCs,这是 保持NSCs干性的重要条件 卜181。EGF主要是维 持干细胞的长期存活生长,可以促进NSCs进行对 称性,产生的子代细胞均可继续。B一27、 bFGF则起到维持细胞悬浮、抑制神经干细胞分化的 作用,bFGF还可促进NSCs进行非对称性,所 产生的子代细胞中只有一个细胞能够继续。 bFGF与EGF同时应用,bFGF可以显著加强EGF 的作用H 射 。本实验以DMEM/F12为基础培养 基,辅以B27添加剂,同时加入bFGF及EGF构成 完全培养基,成功培养出NSCs,并进行了有效地增 殖和分化。 Nestin是一种中间丝蛋白成分,属于第Ⅵ类中 间丝蛋白,仅在胚胎早期神经上皮表达,当神经前体 细胞向终末方向分化为神经元和胶质细胞时,Nestin 便停止表达,故最常用来鉴定NSCs 。NSE和 GFAP均为一种胞浆蛋白,NSE主要表达于神经元。 GFAP属Ⅲ型中间丝蛋白家族成员,在活化的星型 胶质细胞中大量特异性表达 。实验中培养的神 经球经免疫荧光染色可见大量Nestin阳性细胞存 在,表明成功培养出未分化的NSCs。神经球用体积 分数为10%胎牛血清的培养基培养后,可见神经球 贴壁后向四周延伸出多个突起,逐步形成相互连接, 交错成网,NSE和GFAP染色显示阳性,说明神经干 细胞在一定条件下可以分化为神经元和星形胶质细 胞。实验选取新生大鼠海马组织进行体外分离培 养,尽管优化了取材方法,仍无法避免杂细胞,因此 取材与培养方法需要进一步改进,从而快速、精确的 获取NSCs。 参考文献: [1]Rhim JH,Luo X,Xu X et a1.A Hi gh—content screen identiifes compounds promoting the neuronal differentiation and the midbrmn dopamine neuron speciifcation of human neural progenitor ceils[J]. 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