一种原代高通量无需诱导的神经元-三系胶质细胞共培养体系及其在少突胶质细胞谱系进展与髓鞘可塑性研究中的应用

《Journal of Biological Engineering》：Characteristics of oligodendroglial lineage progression in a novel, non-inducible neuron-tri-glial coculture system

　　

摘要

背景

大脑主要由四种成熟细胞类型组成——神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞——它们协同工作以维持大脑稳态。然而，原代神经元-星形胶质细胞-小胶质细胞三系共培养体系缺乏少突胶质细胞谱系细胞，包括少突胶质细胞前体细胞（OPCs）、不成熟（或髓鞘形成前）少突胶质细胞和成熟（或髓鞘形成）少突胶质细胞，后者形成髓鞘包裹神经元轴突并促进动作电位的快速传导。本研究旨在建立一个高通量、无需诱导的神经元-三系胶质细胞共培养体系，该体系包含胚胎第14天大脑的主要细胞类型，并采用优化的细胞密度，在不同营养或炎症条件下进行培养，结合多种方法，包括免疫荧光染色、蛋白质印迹、单细胞RNA测序和酶联免疫吸附测定（ELISA）。

结果

我们的数据显示，在96孔板中以优化的细胞密度（2 × 10⁵ 个细胞/孔）接种后14至21天的时间梯度内，无需诱导的神经元-三系胶质细胞共培养体系中发生了从少突胶质细胞前体细胞到成熟少突胶质细胞的少突胶质细胞谱系进展。此外，培养21天的无需诱导的神经元-三系胶质细胞共培养体系包含神经元（NeuN、βIII-微管蛋白）、星形胶质细胞（GFAP）、小胶质细胞（Iba-1）、少突胶质细胞前体细胞（PDGFRA、SOX）、髓鞘形成前少突胶质细胞（O1、O4、SOX10）和成熟少突胶质细胞（MBP、SOX10），以及一种未知血管相关群体。同时，成熟少突胶质细胞形成包裹神经元轴突的髓鞘。此外，为确定少突胶质细胞谱系是否对营养和免疫挑战敏感，我们的数据表明血清补充可促进少突胶质细胞谱系进展。在脂多糖处理响应下，炎症因子TNF-α和IL-10以时间和剂量依赖方式产生，伴随小胶质细胞依赖的少突胶质细胞成熟受损，表明小胶质细胞具有免疫活性并参与其中。

结论

本研究提出了一种创新的原代、高通量、无需诱导的神经元-三系胶质细胞共培养体系，该体系包含神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞和少突胶质细胞谱系细胞。该体系更贴近体内大脑环境，适用于以髓鞘可塑性和少突胶质细胞谱系进展为焦点的机制研究和药物筛选。

图形摘要