全光谱流式高活性分选小鼠大脑海马体细胞


研究背景

中枢神经系统包括大脑和脊髓,其中的驻留细胞由神经元和胶质细胞组成,共同协调着大脑代谢、神经元信号转导和机体作用。目前对中枢神经系统驻留细胞的研究较为局限,主要棘手的地方在于中枢神经系统微环境的高度复杂性、样本来源珍贵和细胞分离难度高等方面。尽管多参数流式细胞仪在外周免疫细胞精细分型实验中优势突出,但是在中枢神经系统驻留细胞表型检测上则应用匮乏,原因在于中枢神经系统细胞特异性指标少,制备成适用于流式实验的样本要求高,尤其应用于流式细胞分选实验更是困难重重。


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人和鼠中枢神经系统细胞表型参考1

研究结果

神经元是中枢神经系统的主要成员,与神经元细胞相邻的是胶质细胞。胶质细胞可以进一步细分为星形胶质细胞、小神经胶质细胞和少突细胞等,其中,星形胶质细胞丰度最高,参与中枢神经系统发育、稳态调节,并与疾病发生有关。星形胶质细胞表达异质性基因,形态各异,与神经元回路有功能性互作。在健康动物的成年和衰老大脑中,神经元和星形胶质细胞维持相互作用关系,而发生神经退行性疾病时,这个作用关系则会发生显著性变化。


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胶质细胞类型和指标参考2


流式细胞术针对高度异质性的中枢神经系统驻留细胞检测具备显著优势,利用细胞表面指标ACSA-2和胞内指标GFAP,标记分离的新生小鼠星形胶质细胞进行表型分析,可以获得特异性分群结果。然而,样本制备困难,活细胞数量低,流式特异抗体稀有,细胞分辨率不佳,各种问题都局限了这一技术在中枢神经系统的更深入探索,而流式分选技术在其中的应用更是屈指可数。


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新生小鼠星形胶质细胞流式分析1


来自哥本哈根大学生物技术研究与创新中心团队的研究人员开发了一种基于空间转录组信息的新算法CellNeighborEX,发现了小鼠胚胎、大脑、肝癌等组织样本中细胞相互作用有关的基因。其中,对于小鼠大脑中发现的相邻细胞相关基因Trf, Fabp7和Dbi,研究人员利用全光谱分选型流式细胞仪Aurora CS深入开展功能性验证。从小鼠的海马体中,首先分选到星形胶质细胞(CD11b-ACSA2+)和内皮尖端细胞(EnT细胞,VEGFR1+ VEGFR2- CD34+),分别单独体外培养。之后,利用慢病毒转染星形胶质细胞标记GFP荧光,流式二次分选纯化GFP+的星形胶质细胞,与EnT细胞按照1:1的比例共培养48h。再第三次用流式分选GFP+的星形胶质细胞和GFP-的 EnT细胞。分选后的细胞与各自单独培养的细胞,分别用RT-qPCR定量检测Trf, Fabp7和Dbi的mRNA表达水平。结果发现,相比较单独培养的细胞,共培养之后,EnT细胞的Trf表达上调约4倍,星形胶质细胞的Fabp7和Dbi上调约5倍。初步验证了细胞共培养引起了相邻细胞相关基因的表达变化。


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分选小鼠大脑细胞体外培养,对接基因表达检测3


为了进一步证明上述基因的表达变化是来源于细胞相互作用,而不是由于细胞因子的释放,研究人员分别将分选后的星形胶质细胞培养上清更换为Ent细胞来源的培养基,而将分选后的Ent细胞培养上清更换为星形胶质细胞来源,孵育48h。之后,同样检测Trf, Fabp7和Dbi基因表达,与没有更换上清单独培养的细胞相比,结果没有差异,进一步证明基因的表达上调,确实由Ent和星形胶质细胞接触互作引发。


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验证细胞上清对基因表达的影响3

亮点总结

中枢神经系统中的细胞亚群繁杂,特异性抗体数量少,脆弱细胞分离纯化尤为困难。研究人员利用全光谱分选型流式细胞仪Cytek® Aurora CS从小鼠海马体中,三次分选星形胶质细胞,两次分选Ent细胞,体外培养后成功对接核酸定量检测,充分展现了仪器高活性、高纯度、高得率的卓越分选性能Aurora CS采用Cytek®专利的全光谱分析技术(FSP™),集高维分析与智能分选为一体,帮助研究者们将复杂实验简单化,轻松分辨最具挑战的细胞类群,打造超高分辨率的高水平分选平台。


参考文献

1Cossarizza, A. et al. Guidelines for the use of flow cytometry and cell sorting in immunological studies.  51, 2708-3145 (2021).

2Gorina, Y. V. et al. Astrocyte Activation Markers.  87, 851-870 (2022).

3Kim, H. et al. CellNeighborEX: deciphering neighbor‐dependent gene expression from spatial transcriptomics data. e11670 (2023).


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