PRINCIPI PRATICI ED ESEMPI DI COLTURE CELLULARI - Dott.ssa Valeria Berton Università di Verona - TANDEM | UNIVR

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PRINCIPI PRATICI ED ESEMPI DI COLTURE CELLULARI - Dott.ssa Valeria Berton Università di Verona - TANDEM | UNIVR
PRINCIPI PRATICI ED ESEMPI
         DI COLTURE CELLULARI

Dott.ssa Valeria Berton
Università di Verona
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Applicazioni delle colture
               cellulari

Studi di biologia e biochimica

Studi di interazione tra organismi patogeni e cellule

Studi degli effetti di farmaci sulle cellule

Studiare processi cellulari

Studi di tossicologia

Ricerca sui tumori
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Colture
Colture d’organo: L’organo (o parte di esso) viene asportato, conservando l’architettura.
                  Usate principalmente per studi di fisiologia e sviluppo.

                                                                 Colture di rene di ratto E13,5
                                                                 (Martovetsky et al. 2013)

Colture tissutali: o colture organotipiche. Fettine di tessuto vengono isolate dall’organo
                   intero.
                   Spessore minore rispetto alle colture d’organo; mantenuti solo gli
                   aspetti principali dell’architettura del tessuto.

                                                                  Colture di ippocampo di ratto P7
                                                                  (Armentano et al. 2010; Guy et al.
                                                                  2011)

Colture cellulari: l’architettura del tessuto (o dell’organo) viene distrutta, fino ad
                        arrivare alla sospensione di singole cellule.
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Colture cellulari
Cellule isolate dal tessuto d’origine e mantenute in vita in un ambiente definito
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Vantaggi e Svantaggi
                Vantaggi                                        Svantaggi

   Sistemi semplici e riproducibili               Sistema semplificato rispetto
                                                    all’intero organismo
   Stretto controllo sulle condizioni
    ambientali                                     Difficile correlazione tra le
                                                    condizioni di coltura e le condizioni
   Consentono analisi a livello                    in vivo
    molecolare
                                                   Possibili interazioni tra la molecola
   Disponibilità di diversi tipi cellulari e       di studio e le condizioni di coltura
    reagenti per colture
                                                   Costi comunque abbastanza elevati
   Relativamente economiche
                                                   Expertise
   Ridotti problemi etici
                                                   Necessitano comunque di prelievo
                                                    da animale o paziente
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Tipi di colture

Colture primarie: derivate dall’isolamento di uno o più tipi cellulari da un
                 campione di tessuto o organo

                               Colture secondarie: derivate dalla propagazione di
                                                   colture primarie

neuroni                         cellule endoteliali              cellule cervice uterina
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Tipi di colture

Linee cellulari continue: derivate cellule tumorali o ottenute da trasformazione
                         (spontanea o indotta) di colture primarie
                         Sono linee clonali

                        Colture clonali: colture derivate da una singola cellula (clone)
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Colture cellulari: limite di Hayflick
Cellule isolate da un
tessuto e seminate in                           Cellule della coltura primaria rimosse e
coltura                                         seminate ad una minore densità

                                      Coltura secondaria
                                                                                      Cellule derivate da tumori o
                   Coltura primaria
                                                                                      trasformate (trasformazione
                                                            Cellule trasformate
                                                                                      spontanea o con agenti chimici o
Log n cellule

                          Proliferazione                    Immortalizzate
                                                                                      biologici)
                                                                                      Acquisiscono la capacità di
                                                                                      proliferare indefinitamente

                                                                      Cellule non
                                                                      trasformate

                                                                              Tempo
                Primo passaggio         Secondo passaggio
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Colture cellulari primarie

Colture primarie: colture cellulari derivate dalla dissociazione di un tessuto o un
                 organo o isolate da fluidi biologici

Dissociazione: meccanica
               enzimatica (tripsina, collagenasi, EDTA)
               Distrugge la matrice cellulare che tiene unite le cellule; si ottiene una
               sospensione di materiale extracellulare e cellule.

Isolamento: Delle cellule dal materiale extracellulare (filtrazione)
             Del tipo cellulare di interesse dalla popolazione mista di cellule; si sfruttano
             le proprietà fisiche (dimensioni), le capacità di adesione a substrati specifici,
             specificità di legame con anticorpi, terreni di coltura selettivi
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Linee continue
Linee continue: cellule tumorali o cellule non tumorali trasformate
                Dette anche linee cellulari immortalizzate

Il programma genetico della senescenza è stato annullato:

 Mutazioni spontanee: cellule derivate da tumori o trasformazione in coltura di cellule da
                      colture secondarie

 Trasformazione indotta: cellule da colture primarie immortalizzate tramite
                         manipolazione genetica

                         Agenti fisici (radiazioni o mutageni chimici)
                         Virus codificanti porzioni di genoma modificate
Colture primarie vs. immortalizzate

            Colture primarie                          Colture immortalizzate

   Limitato numero di cicli cellulari        Proliferazione rapida e continua
                                               dipendente solo dalla presenza di
   Mantengono con maggiore                    metaboliti
    probabilità le caratteristiche delle      Possono acquisire caratteristiche diverse
    cellule in vivo
                                               dalle cellule in vivo (morfologia, fisiologia
                                               e corredo cromosomico)
   Continui prelievi da
    animali/pazienti                          Disponibili commercialmente
                                              Coltura più semplice (minori esigenze
   Condizioni di coltura più delicate         trofiche, ridotta inibizione da contatto)
                                              Variabilità ridotta
   Maggiore variabilità (isolate da
    soggetti diversi)
Tipi di colture cellulari
Aderenti: Cellule che fanno parte di tessuti solidi (es. cellule nervose, epiteliali,
         fibroblasti)
                    Crescono aderendo alla superficie di coltura
                    Spesso richiedono l’interazione tra recettori di adesione di
                    membrana e proteine adesive adsorbite sulla superficie di coltura
                    (es. fibronectina, lamimina, poly-L-lisina, matrigel)
                    L’adesione è necessaria per la proliferazione
                                                                       Inibizione da contatto
                                                                       della proliferazione

In sospensione: Cellule che crescono normalmente in mezzo fluido (es. cellule
                   ematopoietiche)
                    Crescono in sospensione, senza aderire alla superficie di coltura

                                   Esaurimento dei fattori di crescita
Condizioni necessarie alla coltura cellulare

 Adeguato apporto di sostanze nutritive
 • zuccheri
 • amminoacidi
 • ormoni
 • vitamine
 • ioni
 • fattori di crescita

Controllo e mantenimento di condizioni chimico-fisiche ottimali
• sterilità
• pH
• concentrazione di anidride carbonica e ossigeno
• temperatura
• umidità
• substrato
Terreni di coltura
Contengono i nutrienti essenziali al mantenimento e alla crescita delle cellule in coltura

Cellule diverse hanno requisiti nutrizionali diversi             diversi terreni di coltura

Esempio: componenti Neurobasal medium (Gibco)

Amminoacidi                       Vitamine                   Sali inorganici
 Glycine                          Choline chloride           Calcium Chloride (CaCl2) (anhyd.)
 L-Alanine                        D-Calcium pantothenate     Ferric Nitrate (Fe(NO3)3"9H2O)
 L-Arginine hydrochloride         Folic Acid                 Magnesium Chloride (anhydrous)
 L-Asparagine-H2O                                            Potassium Chloride (KCl)
                                  Niacinamide
 L-Cysteine                                                  Sodium Bicarbonate (NaHCO3)
                                  Pyridoxine hydrochloride
 L-Histidine hydrochloride-H2O
                                  Riboflavin                 Sodium Chloride (NaCl)
 L-Isoleucine
 L-Leucine                        Thiamine hydrochloride     Sodium Phosphate monobasic (NaH2PO4-H2O)
 L-Lysine hydrochloride           Vitamin B12                Zinc sulfate (ZnSO4-7H2O)
 L-Methionine                     i-Inositol
 L-Phenylalanine
 L-Proline
 L-Serine                                                    Altri componenti
 L-Threonine
                                                             D-Glucose (Dextrose)
 L-Tryptophan
 L-Tyrosine                                                  HEPES
 L-Valine                                                    Phenol Red
                                                             Sodium Pyruvate
Terreno in uso

In generale, al terreno di coltura vengono aggiunti:
                                                         Supplementi o siero
                                                         Glutammina
                                                         Antibiotici

Il terreno così composto può essere conservato a 4°C per un mese e mezzo al massimo
(meglio un mese)

Il terreno di coltura deve essere riscaldato a 37°C prima di essere messo in contatto
con le cellule.
Non riscaldare l’intero contenitore di terreno, solo la quantità necessaria

Eventuali fattori di crescita (per stimolare la proliferazione o il differenziamento)
vanno addizionati al terreno già riscaldato appena prima dell’uso, in quanto si
degradano velocemente a 37°C
Contaminazione
Ambientale: Stanze per colture cellulari a norma
             Pulizia delle superfici
             Non portare materiale fuori dalla stanza colture

Operatore: Le colture cellulari possono essere contaminate (virus) o trasformarsi
           durante l’uso
            Procedure e tecniche che riducono il rischio per l’operatore (cappe a flusso
            laminare, dispositivi di protezione individuale)
            Le colture cellulari di derivazione umana devono sempre essere considerate
            pericolose

Colture: Più frequenti da lieviti, funghi e micoplasmi; possono uccidere le
         colture (lieviti, funghi e batteri) o alterare le caratteristiche delle cellule
         (micoplasmi)

E’ necessario lavorare in condizioni di sterilità
Contaminazione della coltura
Terreno di coltura tendente al giallo e torbido

Batteri                                                   Funghi

  Lieviti                                                 Virus

            Micoplasmi

                            Hoechst: attraversa le membrana cellulare e si lega al DNA
Sterilità
Assenza di microrganismi inquinanti (batteri, funghi, micoplasmi, virus)

  Trattamento dei materiali con autoclavi e stufe
  Irraggiamento (UV) delle superfici
  Ultrafiltrazione dei liquidi (membrane con pori Ø 0,4 – 0,2 µm)
  Disinfettanti (prima di introdurre materiale sotto la cappa sterile)
  Addizione di antibiotici nei terreni (preventiva)
  Manipolazione in atmosfera sterile (cappe a flusso laminare)
  Incubatori
  Norme di comportamento in stanza delle colture
            uso dei dispositivi di protezione individuale;
            divieto di mangiare o bere all’interno della stanza;
            non parlare mentre si lavora sotto la cappa sterile;
            pulire la cappa prima e dopo l’utilizzo;
            controllo periodico dei filtri della cappa;
            uso di materiali monouso sterili, ad esempio pipette, fiasche e piastre petri etc,
pH

pH fisiologico: 6.8 – 7.8 (dipende dall’origine della coltura cellulare)

Ma il terreno di coltura tende ad acidificarsi a causa dei prodotti del metabolismo
cellulare

Nei terreni di coltura si trovano:
                                     Sistemi tampone (comunemente
                                     bicarbonato di sodio)
                                     Rosso fenolo (indicatore di pH)

                                             Giallo = pH acido
                                             Rosso-arancio = pH neutro
                                             Viola = ph basico

                                             Se il terreno di coltura tende al viola,
                                             non deve essere usato!
Concentrazione CO2 e O2

Incubatori mantengono costante CO2

    pCO2 (pressione parziale CO2) solitamente 5%
    Corrisponde alla pressione parziale di CO2 media nei tessuti (4.6% - 5.9%)
    Contrasta l’acidificazione del terreno dovuta al metabolismo cellulare
    La pCO2 ottimale per la coltura cellulare dipende dal tipo di cellule coltivate

Nell’incubatore: 5% CO2 e 95% aria

    Se all’interno dell’incubatore, il terreno di coltura tende al giallo, significa che il
    metabolismo cellulare (proliferazione) sta acidificando il terreno
    Se invece il terreno tende al viola, la regolazione della pCO2 dell’incubatore non è ben
    calibrata o le cellule stanno morendo
Temperatura
  Il mantenimento della temperatura ottimale è garantito dagli incubatori termostatati

      La temperatura ottimale dipende dal tipo di cellule in coltura
      Generalmente è 37°C, ma può essere inferiore
      In generale, le cellule possono sopravvivere a lievi ipotermie rispetto alla
      temperatura ottimale, ma lievi ipertermie portano a morte o alterazioni

                                             Umidità
Il mantenimento di un corretto grado di umidità impedisce al terreno di coltura di
evaporare (la temperatura all’interno di un incubatore è superiore ai 30°C)

     Il fondo degli incubatori termostatati viene riempito di acqua (sterile)
     Il livello dell’acqua deve essere monitorato costantemente
Supporto di coltura
La plastica per coltura è generalmente in polistirene, trasparente al microscopio.

Viene trattata per essere sterile e atossica nei confronti delle cellule.

La superficie è idrofila e carica negativamente, in modo da favorire il legame dei fattori
di adesione presenti nel siero o aggiunte dall’operatore in un secondo momento,

Nel caso di colture cellulari in sospensione è necessario usare plastica trattata
appositamente allo scopo di inibire l’adesione delle cellule alla superficie.

I supporti di coltura maggiormente usati sono le piastre multiwell, le piastre Petri e le
fiasche
Substrato
Tipi diversi di cellule richiedono la presenza (o l’assenza) di un substrato proteico che
favorisca l’adesione delle cellule stesse alla superficie

Esempi: cellule endoteliali e cellule neuronali richiedono un substrato
        più comuni: laminina, fibronectina, collagene, poli-L-lisina, gelatina,
        Matrigel (mix di proteine)

         cellule ematopoietiche (linfociti), alcuni tipi di cellule staminali vengono
         coltivate in sospensione
Vitalità
Una densità di cellule in coltura troppo alta provoca sofferenza, e spesso alterazioni,
delle cellule

Cellule in adesione crescono fino ad occupare l’intera superficie a disposizione: sono
confluenti.

      Regola generale: non superare l’80%
                        della confluenza

Cellule in sospensione, non aderendo alla superficie di coltura, non offrono un segnale
così chiaro del raggiungimento della densità massima

E’ necessario contare le cellule
Conta delle cellule

Camera di Burker

Contare le cellule vitali nei 4 quadranti

Il numero di cellule/ml è:

      Numero di cellule contate x Fattore di diluizione x 104
                 4
Coloranti vitali

Trypan Blue: internalizzato solo dalle cellule morte, che quindi diventano blu opaco; le
             cellule vive sono bianche e “luminose” (rifrangono la luce emessa dal
             microscopio)
             Un’aliquota di sospensione cellulare viene mescolata con Trypan Blue al
             rapporto desiderato (1:10, 1:2, a seconda della densità delle cellule in
             coltura) e lasciata riposare a T. amb. per 5-10 minuti.
Coloranti vitali

Ioduro di Propidio: intercalante del DNA, diventa fluorescente solo quando va ad inserirsi
                   tra I filamenti di DNA.
                   Le cellule sane non sono permeabili al PI      solo le cellule non vitali
                   diventano fluorescenti
Coloranti vitali

Diacetil fluoresceina: tutte le cellule incorporano la forma esterificata (non fluorescente),
                      ma solo le cellule vitali sono in grado di produrre la forma idrolizzata
                      fluorescente (verde).
                      Le cellule non vitali possono essere evidenziate con PI (rosse)
Applicazioni delle colture cellulari:
         studio di farmaci
                                             Farmaco

           Cambiamenti                 Vitalità
   (RNA, proteine, studi funzionali)
Applicazioni delle colture cellulari:
          organi su chip
Applicazioni delle colture cellulari:
                        polmoni su chip

                                                                                     http://www.elveflow.com/microfluidic-
                                                                                     tutorials/cell-biology-imaging-reviews-and-
                                                                                     tutorials/microfluidic-for-cell-biology/a-review-
                                                                                     about-organs-on-chip/

Huh, D. et al., Reconstituting organ-level lung functions on a chip, Science, 2010
Applicazioni delle colture cellulari:
                  fegato su chip

                                              https://ncats.nih.gov/tissuechip/chip/liver

https://ncats.nih.gov/tissuechip/chip/liver
Applicazioni delle colture cellulari:
          uomo su chip

          http://youngzine.org/news/technology/organs-chip
Oligodendrociti
Gli oligodendrociti sono cellule formanti mielina, la quale ricopre gli assoni
migliorando efficienza e velocità di trasmissione dei potenziali d’azione.

La guaina mielinica ha il principale compito di isolare gli assoni, è ricca di
lipidi che le conferiscono caratteristiche di isolante ed è costituita da
particolari proteine che la caratterizzano.
Danno agli oligodendrociti

Demielinizzazione da parte degli oligodendrociti

         perdita della funzionalità degli assoni
Danno agli oligodendrociti

oligodendrocytes from meningeal stem cells
     can be used regenerative medicine
Oligodendrociti dalle meningi

1st: obtain stem cells from meninges

  Isolation of
   meninges
                          In vitro culture
Oligodendrociti dalle meningi

2nd: obtain oligodendrocytes from meningeal cells

                                          Oligodendrocytes from
                                          meningeal stem cells

Cells in culture

                     Add PDGF and T3
Oligodendrociti dalle meningi: protocollo

NS: A small spinal cord meningeal biopsy is isolated and
cultured in neurosphere expansion medium

OliGo1 : Neurosphere dissociation and culture in oligodendrocyte
induction medium in floating conditions

OliGo2 : Oligosphere dissociation and cell culture in oligodendrocyte differentiation
medium in adherent condition

OliGo3 : Final differentiation with oligodendrocyte maturation
medium
Oligodendrociti dalle meningi: protocollo
Oligodendrociti dalle meningi: davvero?
            Nestin, Vimentin and other stemness and neural progenitor markers
                   are expressed at low levels by the end of the protocol

                                                                          Neural Progenitor-related genes
                                                                                                                           NS

                                              Relative Gene Expression
Expression of stemness-related genes                                                                                       OliGo1
                                                                                                                           OliGo2
Nanog, Oct4, Sox2 and Pax6 was                                                                                             OliGo3
detected only at very low levels at every
step of the protocol

                                                                               Vimentin                       Nestin
                                                                         One-way ANOVA and Bonferroni post-test. *p
Oligodendrociti dalle meningi: davvero?
     Pre-oligodendrocyte and immature oligodendrocyte markers
are expressed in the intermediate stages of the differentiation protocol

                                                          Oligodendrocyte Progenitors
                                                                                                            NS

                           Relative Gene Expression
                                                                                                            OliGo1
                                                                                                            OliGo2
                                                                                                            OliGo3

                                                         Olig1           Olig2       Nkx2.2         Cspg4
                                                      One-way ANOVA and Bonferroni post-test. *p
Oligodendrociti dalle meningi: davvero?
                   Expression of myelin-specific genes:
               1- high increase by the end of the protocol

                                                 Mature Oligodendrocyte - High Increase
                                                                                                          NS
                   Relative Gene Expression
                                                                                                          OliGo1
                                                                                                          OliGo2
                                                                                                          OliGo3

                                                  Mag              Mbp            Mog              Plp1
                                              One-way ANOVA and Bonferroni post-test. *p
Oligodendrociti dalle meningi: davvero?
                                                         Expression of myelin-specific genes:
                                                     2- Cnp increases by the end of the protocol

                           Mature Oligodendrocyte - Low Increase
                                                                                        NS
                                                                                        OliGo1
Relative Gene Expression

                                                                                        OliGo2
                                                                                        OliGo3

                                                                                                 Cnp, Mag, Mbp, Mog and Plp1 are
                                                                                                 considered the signature of mature
                                                                                                 oligodendrocytes in vivo and in vitro

                               GalC           Sox10           CaII           Cnp
                            One-way ANOVA and Bonferroni post-test. *p
Oligodendrociti dalle meningi: davvero?
Under our culture conditions, LeSCs do not differentiate into neurons or
                               astrocytes
                                                                      Neurons
                                                                                                  NS
                      Relative Gene Expression                                                    OliGo1
                                                                                                  OliGo2
                                                                                                  OliGo3

                                                       Dcx                Tub3             Syt1
                                                 One-way ANOVA and Bonferroni post-test.
                                                 n=5

 Gene expression of the mature marker Mtap2 and the astrocytic markers Gfap and Aqp4 were
 detectable only at low levels

 Immunofluorescence analysis detected rare expression of the neuronal markers Tuj1 and MAP2,
 while the astrocytic marker GFAP was never observed
Cellule Nestina+ nelle corteccia di ratto

                             Immunofluorescenza su
                             campioni di cervello di
                             ratto in diverse fasi
                             dello sviluppo

                             Nestina: filamento
                             intermedio tipico delle
                             cellule progenitrici
                             neurali

                             SVZ: nicchia
                             riconosciuta di cellule
                             staminali/progenitrici
                             neurali
Isolamento delle cellule da tessuto

                                              Cervello di ratto Sprague-Dawley al 15°
                                              giorno dopo la nascita (P15)

                                              Prelievo delle leptomeningi

Dissociazione delle meningi:
Enzimatica: Collagenasi (10 minuti 37°C)
             Tripsina e DNAsi (5 minuti 37°C)

Meccanica: pipetta 10ml
            pipetta 5ml
            pasteur di vetro

Azione degli enzimi bloccata dall’aggiunta di terreno contenente siero
Centrifugazione
Filtrazione (per eliminare i frammenti di tessuto rimasti)
Caratterizzazione delle cellule
FACS: Fluorescence-Activated Cell Sorting

                         Cellule in sospensione in PBS
                         Incubazione con anticorpo anti-Nestina coniugato con un
                         fluoroforo
                         Valutazione della percentuale di cellule Nestina+ nella popolazione
                         cellulare

Neurosfere: Aggregati cellulari sferici derivati dalla proliferazione di singole cellule in
colture in sospensione
La capacità di formare neurosfere è una delle caratteristiche principali delle cellule
staminali/progenitrici neurali
                          Le cellule isolate dalle meningi sono state coltivate nel
                          terreno di coltura solitamente usato per indurre la
                          generazione di neurosfere da cellule dell’SVZ
                                                                        Neurobasal    bFGF
                                                                        Glutammina    EGF
                                                                        Pen/Strep
                                                                        B27
Le cellule isolate dalle leptomeningi formano neurosfere                N2
Colony-Forming Unit
Colony-Forming Unit (CFU): Cellula in grado di dare generare una colonia di cellule
derivate dalla replicazione della cellula di origine

Molte cellule dell’organismo sono in grado di proliferare
in vitro, ma solo per un numero limitato di volte (piccole
colonie).

Le cellule staminali/progenitrici sono invece in
grado di formare colonie molto numerose.

Una coltura di cellule
staminali/progenitrici comprende un
alto numero di CFU

Importante:
• Una coltura di cellule staminali/progenitrici mantiene un alto numero di CFU
anche dopo diversi passaggi
• Se le cellule sono staminali/progenitrici, una cellula isolata da una colonia forma a
sua volta una colonia
Analisi dell’immunofenotipo della
                         coltura
La coltura in vitro può modificare le proprietà delle cellule stesse.

                                                              Nestin    MAP2     GFAP
L’analisi con FACS consente di verificare il
livello di espressione di un marker di
interesse
                                                              CD106     CD31     CD34

CD106: marker cellule staminali
        mesenchimali                                                           marker
                                                               CD45     CD90   isotype control
CD31: marker cellule endoteliali
CD34: marker cellule staminali
        ematopoietiche
CD45: marker leucociti
CD90: marker non specifico cellule
        staminali
Analisi dell’espressione proteica

Le neurosfere sono formate da una popolazione cellulare eterogenea, composta da
cellule staminali/progenitrici (nel core della neurosfera) e cellule in via di
differenziamento negli strati più superficiali.

Nestina: marker cellule staminali/progenitrici

MAP2: Microtubule-Associated Protein 2
     marker neuronale

GFAP: marker astrociti
Differenziamento in vitro
Coltura in terreno di differenziamento in
senso neuronale

Diminuisce l’espressione di Nestina
Aumenta l’espressione di MAP2
Immunofluorescenza per studiare la
morfologia delle cellule MAP2+

BrdU: analogo della Timidina
       viene incorporata dalle cellule in
       replicazione, sostituendosi alla
       Timidina

Le cellule MAP2+ derivano da cellule
proliferanti nella coltura, non sono neuroni
pre-esistenti

Spine dendritiche, tipiche dei neuroni
Analisi dell’espressione genica
RT-PCR: Reverse Transcriptase PCR
          Consente di retrotrascrivere cDNA a partire dall’RNA
          In questo modo si può valutare l’espressione dei geni effettivamente
          espressi dalla cellula

Si preleva una quantità di cellule (minimo 105) dalla popolazione in coltura
Le cellule vengono sospese in TRIzol (soluzione chimica che favorisce la rottura delle
membrane e delle componenti cellulari mantenendo al contempo l’integrità degli acidi
nucleici)
Conservate a -80°C
Misurata la quantità di RNA contenuta nei campioni
PCR e quantificazione (relativa)
Time course in coltura aderente

Osservazione delle colonie derivate da cellule delle meningi a diversi time-points:

Nelle prime fasi della coltura sono visibili cellule Nestina+ e qualche cellula NG2+

Durante le diverse fasi, le cellule Nestina+ continuano a proliferare formando colonie
omogenee. Non ci sono cellule NG2+ o GFAP+

Anche in condizioni di aderenza, le cellule isolate dalle leptomeningi mantengono la
capacità proliferativa e l’espressione di Nestina
Differenziamento in vitro

Sinaptofisina: proteina pre-sinaptica

GAD67: enzima coinvolto nel
metabolismo del glutammato; marker
neuroni GABAergici

GluR2: recettore per il glutammato
il recettore più comune nel CNS
Differenziamento in vitro
Calcium Imaging: misurazione dei livelli cellulari di ioni Calcio tramite uso di indicatori

Gli ioni Calcio fungono da segnali intracellulari in tutti i tipi cellulari. Nei neuroni regolano l’esocitosi dei
neurotrasmettitori, la plasticità sinaptica e la trascrizione genica.
Fura-2: indicatore fluorescente; eccitato a 350/380 nm emette fluorescenza proporzionale al livello di ioni Calcio.
Consente valutazione quantitativa.
La depolarizzazione (KCl) attiva i canali del Calcio voltaggio-dipendenti che si aprono e fanno entrare ioni Calcio.

I neuroni derivati dalle cellule delle leptomeningi mostrano livelli di Calcio simili a quelli
misurati da colture primarie di neuroni         Possono essere differenziate in
                                                neuroni funzionali
Potenziale differenziativo in
                        vivo
Riconoscimento delle cellule trapiantate         Espressione di EGFP

Cellule isolate dalle leptomeningi di ratti transgenici EGFP
Trapiantate nell’ippocampo di ratti adulti

                                              McCaffery P, Zhang J, Crandall JE J Neurobiol.
                                              2006
  Cheung and Cardinal BMC Neuroscience 2005
Potenziale differenziativo in
                   vivo
                               4 settimane
Analizzate tramite immunofluorescenza
        Doppia immunofluorescenza: anticorpo anti-EGFP (verde) e anticorpo anti-GFAP,
                                                              -MAP2 o -NG2 (rosso)

               Cellule EGFP+ nella          Astrociti (GFAP) circondano
               zona di iniezione            le cellule EGFP+ nella zona
                                            dell’iniezione

Real time PCR: espressione di EGFP solo nei ratti trapiantati
Potenziale differenziativo in
           vivo 4 settimane
Molte cellule
EGFP+ sono
anche Nestina+

Rare cellule
EGFP+/GFAP+

Rare cellule
EGFP+/NG2+
Potenziale differenziativo in
              vivo 8 settimane

La maggior parte delle cellule EGFP+ (49,8%)
sono MAP2+

La maggior parte delle cellule EGFP+/MAP2+ si
trovano nella regione CA1 dell’ippocampo

Alcune cellule EGFP+ mostrano
morfologia complessa e simile a quella dei
neuroni piramidali dell’ippocampo

        Neuronal Dynamics
        Laboratory
        University of Utah
Potenziale differenziativo in
              vivo 8 settimane

Cellule EGFP+/MAP2+ nello strato
piramidale e nello stratum oriens
dell’ippocampo

Alcune cellule EGFP+/MAP2+ sono
migrate nella sub-granular zone (SGZ) del
giro dentato
Conclusioni

   Le cellule isolate dalle leptomeningi sono Nestina+ e possono essere
    coltivate in vitro sottoforma di neurosfere
   Le cellule delle leptomeningi (in colture aderenti e di neurosfere)
    esprimono alti livelli di geni correlati alla staminalità
   Le cellule possono proliferare in coltura per diversi mesi e possono
    essere indotte a differenziare con alta efficienza in cellule della linea
    neuronale
   Una volta trapiantate nell’ippocampo del ratto adulto, le cellule delle
    leptomeningi si integrano nel tessuto e acquisiscono caratteristiche
    simili a quelle dei neuroni maturi (espressione di MAP2 e morfologia)

    Presenti nell’adulto
    Proliferazione in vitro          Leptomeningeal Stem/progenitor
                                     Cells (LeSCs)
    Differenziamento in
    neuroni in vitro e in
    vivo
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