神經(jīng)元原代培養(yǎng)是神經(jīng)科學(xué)研究中的核心技術(shù),通過直接從動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)(如大腦皮層、海馬、視網(wǎng)膜等)分離神經(jīng)元,在體外模擬體內(nèi)環(huán)境進(jìn)行培養(yǎng),以研究神經(jīng)元的生長(zhǎng)、分化、突觸形成及功能機(jī)制。其核心優(yōu)勢(shì)在于保留了神經(jīng)元的原始遺傳特征和生理功能,相比細(xì)胞系更貼近體內(nèi)真實(shí)狀態(tài),同時(shí)減少活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)需求。
神經(jīng)元原代培養(yǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、材料和操作的要求高,因其神經(jīng)元為高度分化細(xì)胞,存活能力弱、易受污染,且對(duì)外界刺激敏感。因此,培養(yǎng)前的準(zhǔn)備工作需細(xì)致且嚴(yán)格,具體可分為以下幾個(gè)核心部分:
一、明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與目標(biāo)
在開始準(zhǔn)備前,需先明確實(shí)驗(yàn)的核心參數(shù),避免后續(xù)操作偏差:
神經(jīng)元類型:確定培養(yǎng)的神經(jīng)元來源(如中樞神經(jīng)系統(tǒng)的大腦皮層、海馬、小腦,或外周神經(jīng)系統(tǒng)的背根神經(jīng)節(jié)等),不同來源的神經(jīng)元分離方法和培養(yǎng)條件差異較大(如海馬神經(jīng)元較皮層神經(jīng)元更嬌弱,對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求更高)。
動(dòng)物選擇:通常選用胚胎期(如大鼠E18-E20、小鼠E16-E18)或新生動(dòng)物(如出生1-3天的大鼠/小鼠),因該階段神經(jīng)元增殖能力較強(qiáng)、分化程度低,更易存活;成年動(dòng)物神經(jīng)元幾乎無增殖能力,培養(yǎng)難度極大。
實(shí)驗(yàn)倫理:提前通過機(jī)構(gòu)動(dòng)物倫理委員會(huì)審批,確保動(dòng)物處理符合3R原則(替代、減少、優(yōu)化)。
二、實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備
?。ㄒ唬﹦?dòng)物準(zhǔn)備
飼養(yǎng):實(shí)驗(yàn)動(dòng)物需在SPF級(jí)(無特定病原體)環(huán)境中飼養(yǎng),避免攜帶微生物污染細(xì)胞;飼養(yǎng)環(huán)境溫度(22-25℃)、濕度(40%-60%)、光照周期(12h光/12h暗)需穩(wěn)定。
取材前確認(rèn):根據(jù)神經(jīng)元來源確定動(dòng)物年齡(如海馬神經(jīng)元常用E18大鼠胚胎),取材前1天確認(rèn)動(dòng)物健康狀態(tài)(無腹瀉、脫毛等異常),并準(zhǔn)備好euthanasia工具(如CO?麻醉裝置或頸椎脫臼工具,需符合倫理規(guī)范)。
?。ǘ┰噭?zhǔn)備
神經(jīng)元培養(yǎng)的試劑需保證無菌、低內(nèi)毒素,且需提前驗(yàn)證批次穩(wěn)定性(尤其是血清、添加劑等關(guān)鍵成分)。
基礎(chǔ)培養(yǎng)基
常用:Neurobasal Medium(神經(jīng)細(xì)胞專用,維持神經(jīng)元存活能力強(qiáng))、DMEM/F12(混合培養(yǎng)基,適用于部分外周神經(jīng)元)。
處理:若為粉末狀需無菌配制(用超純水溶解,磁力攪拌至完q溶解),經(jīng)0.22μm濾膜過濾除菌后分裝,4℃避光保存(避免反復(fù)凍融)。
血清與添加劑
血清:部分原代培養(yǎng)初期需添加胎牛血清(FBS,終濃度5%-10%)促進(jìn)細(xì)胞貼壁,但純神經(jīng)元培養(yǎng)后期需去除血清(避免膠質(zhì)細(xì)胞過度增殖);需選擇低內(nèi)毒素(<10EU/ml)、批次穩(wěn)定的血清,分裝后-20℃保存。
神經(jīng)專用添加劑:
B27 Supplement(常用,含維生素、抗氧化劑等,支持神經(jīng)元存活和突觸形成,終濃度2%);
N2 Supplement(適用于部分神經(jīng)元,如多巴胺能神經(jīng)元,終濃度1%);
其他:谷氨酰胺(神經(jīng)元代謝必需,終濃度2mM,需單獨(dú)分裝避免降解)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(如NGF、BDNF,根據(jù)神經(jīng)元類型添加,促進(jìn)特異性存活)。
消化與解離試劑
消化酶:用于分解組織間的蛋白質(zhì)連接,分離單細(xì)胞。
胰蛋白酶(0.125%-0.25%,適用于大部分神經(jīng)組織,需用不含Ca²?、Mg²?的平衡鹽溶液配制);
木瓜蛋白酶(溫和,適用于敏感神經(jīng)元如海馬神經(jīng)元,需搭配DNase I(50-100μg/ml)減少細(xì)胞聚集);
膠原酶(用于纖維結(jié)締組織較多的外周神經(jīng)組織,如背根神經(jīng)節(jié))。
終止液:含血清的培養(yǎng)基(中和胰蛋白酶活性)或大豆胰蛋白酶抑制劑(STI,適用于無血清體系)。
平衡鹽溶液
用于洗滌組織、稀釋試劑,如PBS(不含Ca²?、Mg²?,避免影響消化酶活性)、HBSS(含葡萄糖,維持細(xì)胞活性),需無菌過濾,4℃保存。
抗生素與抗真菌劑
常用青霉素-鏈霉素混合液(終濃度100U/ml青霉素+100μg/ml鏈霉素),預(yù)防細(xì)菌污染;
若有真菌污染風(fēng)險(xiǎn),可添加兩性霉素B(終濃度2.5μg/ml),但需注意其對(duì)神經(jīng)元的潛在毒性,建議僅短期使用。
培養(yǎng)皿包被液
神經(jīng)元貼壁能力弱,需提前包被培養(yǎng)器皿以促進(jìn)貼壁和生長(zhǎng):
多聚賴氨酸(PDL,常用,濃度50-100μg/ml,促進(jìn)細(xì)胞黏附,用無菌水配制后過濾除菌,4℃保存);
層粘連蛋白(Laminin,增強(qiáng)神經(jīng)元貼壁和突起延伸,常與PDL聯(lián)合使用,濃度10-20μg/ml,-20℃分裝保存,避免反復(fù)凍融)。
?。ㄈ┖牟呐c儀器準(zhǔn)備
無菌耗材
培養(yǎng)器皿:培養(yǎng)皿(6cm/10cm)、培養(yǎng)板(6孔、24孔、96孔,根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇)、玻璃爬片(如需免疫熒光染色)。
其他:無菌離心管(15ml、50ml)、移液管(1ml/5ml/10ml,建議使用無菌一次性吸管)、手術(shù)器械(解剖剪、解剖鑷、眼科剪/鑷,需精細(xì)且鋒利,避免損傷組織)。
處理:
一次性耗材:確認(rèn)包裝完好、無菌(如標(biāo)注“STERILE”),開封后僅在超凈臺(tái)內(nèi)使用;
重復(fù)使用器械:用去離子水洗凈后,高壓蒸汽滅菌(121℃,20min),或用75%酒精浸泡后灼燒滅菌(使用前冷卻,避免燙傷組織)。
關(guān)鍵儀器
無菌環(huán)境:超凈工作臺(tái)(提前30min開啟紫外燈消毒,用75%酒精擦拭臺(tái)面,通風(fēng)后使用);
培養(yǎng)設(shè)備:CO?培養(yǎng)箱(提前1-2天調(diào)試參數(shù):溫度37℃±0.5℃,CO?濃度5%±0.5%,濕度≥95%,水箱加水(無菌去離子水或1%雙蒸水)防止干燥);
其他:離心機(jī)(需無菌轉(zhuǎn)頭,提前預(yù)冷至4℃)、倒置顯微鏡(用于觀察組織解離和細(xì)胞狀態(tài))、水浴鍋(37℃預(yù)熱試劑)、細(xì)胞計(jì)數(shù)板(或自動(dòng)細(xì)胞計(jì)數(shù)儀)。
三、前期操作準(zhǔn)備
試劑預(yù)熱與配制
基礎(chǔ)培養(yǎng)基、血清、消化酶等需提前從冰箱取出,在37℃水浴鍋預(yù)熱(避免高溫破壞成分),平衡至室溫;
完q培養(yǎng)基:按比例混合基礎(chǔ)培養(yǎng)基、血清、添加劑、抗生素(如100ml Neurobasal+2ml B27+1ml谷氨酰胺+1ml雙抗),無菌條件下配制,現(xiàn)配現(xiàn)用(剩余4℃保存,1周內(nèi)用完)。
培養(yǎng)器皿包被
步驟:無菌條件下,向培養(yǎng)皿/板中加入包被液(如PDL,覆蓋底部即可),37℃培養(yǎng)箱孵育1-2h(或4℃過夜);
后續(xù):棄去包被液,用無菌PBS洗滌2-3次,去除殘留包被液,晾干后立即使用(避免污染)。
無菌操作演練
操作人員需穿無菌實(shí)驗(yàn)服、戴口罩、手套,袖口扎緊;
提前演練組織取材、解離的流程(如解剖工具的使用順序、離心轉(zhuǎn)速和時(shí)間控制),避免操作生疏導(dǎo)致細(xì)胞損傷或污染。
四、其他注意事項(xiàng)
污染預(yù)防:所有試劑瓶口、器械需用75%酒精消毒;超凈臺(tái)內(nèi)避免放置無關(guān)物品,操作時(shí)動(dòng)作輕緩,避免揚(yáng)塵;
時(shí)間控制:神經(jīng)元對(duì)缺氧、溫度變化敏感,從動(dòng)物處死到細(xì)胞接種需控制在30-60min內(nèi),避免組織長(zhǎng)時(shí)間暴露在體外;
備用方案:準(zhǔn)備額外的試劑和培養(yǎng)器皿,以防出現(xiàn)污染、試劑失效等突發(fā)情況。