PL235678B1 - Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych oraz jej zastosowanie - Google Patents

Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych oraz jej zastosowanie Download PDF

Info

Publication number
PL235678B1
PL235678B1 PL422747A PL42274717A PL235678B1 PL 235678 B1 PL235678 B1 PL 235678B1 PL 422747 A PL422747 A PL 422747A PL 42274717 A PL42274717 A PL 42274717A PL 235678 B1 PL235678 B1 PL 235678B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
medium
optimized
cortical
glucose
hydrochloride
Prior art date
Application number
PL422747A
Other languages
English (en)
Other versions
PL422747A1 (pl
Inventor
Kamil KOZIŃSKI
Kamil Koziński
Andrzej Nagalski
Lski An Drzej Naga
Marta Wiśniewska
Original Assignee
Univ Warszawski
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Warszawski filed Critical Univ Warszawski
Priority to PL422747A priority Critical patent/PL235678B1/pl
Publication of PL422747A1 publication Critical patent/PL422747A1/pl
Publication of PL235678B1 publication Critical patent/PL235678B1/pl

Links

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest zoptymalizowana pożywka do hodowli neuronów, korzystnie pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, która zawiera mleczan w stężeniu od około 125 uM do około 6 mM, a glukozę w stężeniu od około 3,0 do około 12,5 mM. Zgłoszenie obejmuje też zastosowanie pożywki do prowadzenia hodowli neuronów i sposób hodowli neuronów wykorzystujący zoptymalizowaną pożywkę do hodowli neuronów.

Description

Opis wynalazku
DZIEDZINA TECHNIKI
Wynalazek dotyczy zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, jej zastosowania do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych oraz sposobu hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych wykorzystującego zoptymalizowaną pożywkę do hodowli neuronów według wynalazku.
STAN TECHNIKI
Znane są komercyjnie dostępne pożywki do hodowli neuronów. Dostępne pożywki przeznaczone są zarówno do hodowli komórek pre- jak i post-natalnych, w tym neuronów pochodzących z hipokampa czy kory, oraz innych rejonów mózgu w tym następujące wymienione z nazwy handlowej: Neurobasal® (Thermo Scientific), NbActiv4 (BrainBits), Primary Neuron Growth Medium (PNGM, Lonza), BrainPhys™ Neuronal Basal Medium (Stemcell) i NeuroCult™ Neuronal Basal Medium (Stemcell).
Neurobasal® [Brewer et al., 1993] jest to pożywka powstała na bazie pożywki DMEM przeznaczonej do szybko dzielących się komórek (w tym pochodzenia nowotworowego oraz linii komórkowych unieśmiertelnionych in vitro), nie dziwi więc, że medium to nie jest optymalne dla przeżycia i różnicowania neuronów. Obecnie znakomita większość naukowców na całym świecie prowadzi hodowle neuronów w pożywce Neurobasal (Thermo Scientific), która od wielu lat jest traktowana jako tzw. „złoty standard”. Jednak Neurobasal nie jest pożywką optymalną do prowadzenia hodowli neuronów, gdyż wykazano jej ekscytotoksyczne działanie na neurony w hodowlach pierwotnych [Hogins et al., 2011; Maggioni et al., 2015], które polega na patologicznym procesie, w którym neurony są uszkadzane i zabijane przez glutaminian i podobne związki chemiczne. Dodatkowo wysokie stężenie glukozy w pożywce wywołuje toksyczny efekt na neurony w hodowlach pierwotnych [Russell et al., 2002; Peng et al., 2016]. Zachodzi więc potrzeba stworzenia nowej pożywki o optymalnym składzie, pozwalającej na efektywne prowadzenie hodowli pierwotnej neuronów w warunkach fizjologicznych, nie wywołujących negatywnego efektu ekscytoksycznego i glukotoksycznego.
Znaną pożywką wykorzystywaną do hodowli neuronów jest NbActiv4 (BrainBits). Pożywka NbActiv4 (BrainBits) jest modyfikacją kompozycji medium Neurobasal (Thermo Scientific). Pożywka względem Neurobasal jest dodatkowo uzupełniona o cholesterol, kreatynę i estrogen. Modyfikacja ta zwiększa gęstość synaps neuronalnych i ilość receptorów neurotransmiterów w hodowanych neuronach, co zwiększa ilość rejestrowanych potencjałów iglicowych. Pożywka ta ma następujące wady: opiera się na formulacji pożywki Neurobasal i nadal zawiera m.in. niefizjologiczną ilość glukozy (patrz https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC239354).
Innymi znanymi pożywkami do hodowli neuronów są NeuroCult™ Neuronal Basal Medium (StemCell) oraz BrainPhys™ Neuronal Medium (StemCell) (patrz http://www.pnas.org/con- tent/112/20/E2725.long). Pożywka BrainPhys składem przypomina płyn mózgowo-rdzeniowy. Ma m.in. obniżoną zawartości glukozy do wartości 2,5 mM. Pożywki NeuroCult oraz BrainPhys mają następujące wady: najważniejszą z nich jest to, że hodowla pierwotna neuronów wymaga zastosowania dwóch rodzajów pożywek - jednej do założenia hodowli (NeuroCult, która jest pożywką z wysokim, toksycznym stężeniu glukozy) i drugiej BrainPhys do utrzymania hodowli przez okres dłuższy niż 5 dni.
UJAWNIENIE WYNALAZKU
W świetle opisanego stanu techniki celem niniejszego wynalazku jest przezwyciężenie wskazanych niedogodności i dostarczenie nowej zoptymalizowanej pożywki do hodowli neuronów, szczególnie pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych oraz jej zastosowania do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych oraz sposobu hodowli z jej wykorzystaniem.
Istota niniejszego wynalazku opiera się więc na nieoczekiwanym stwierdzeniu, że dodanie do pożywki odpowiedniej dla hodowli neuronów mleczanu w stężeniu od około 125 μM do około 6 mM, korzystnie około 125 μM, wraz z obniżeniem stężenia glukozy do stężeń w zakresie od około 3,0 do około 12,5 mM, korzystnie do około 3 mM, prowadzi do uzyskania zoptymalizowanej pożywki do hodowli neuronów, która zapewnia fizjologiczne warunki utrzymania hodowli neuronów, szczególnie neuronów pierwotnych korowych i wzgórzowych, oraz zwiększa ich żywotności w stosunku do dotychczasowych rozwiązań opierających się na wysokiej koncentracji glukozy.
Nieoczekiwanie okazało się, że dodając mleczan do pożywek odpowiednich do hodowli neuronów w stężeniu od około 125 μM do około 6 mM z jednoczesnym obniżeniem stężenia glukozy do stężenia od około 3,0 do około 12,5 mM, czyli w zakresach stężeń wskazanych dla zoptymalizowanej
PL 235 678 B1 pożywki według wynalazku obserwuje się efekt synergistyczny (patrz Fig. 9) współdziałania tych dwóch czynników, nieobserwowany dla działania po dodaniu samego mleczanu czy jedynie obniżenia stężenia glukozy. Taki synergistyczny efekt współdziałania mleczanu i glukozy w określonych zakresach ich stężeń nie był znany ani sugerowany w stanie techniki.
Jest oczywiste, że zoptymalizowana pożywka dla hodowli neuronów zawiera inne składniki pożywki w stężeniach umożliwiających wzrost i rozwój neuronów w tym białka, aminokwasy, lipidy, w szczególności tłuszcze, woski, sterole (w tym cholesterol), rozpuszczalne w tłuszczach witaminy (A, D, E, K), monoacyloglicerole, diacyloglicerole, fosfolipidy, cukry, witaminy, mikroelementy i makroelementy, ponadto może korzystnie zawierać środki stabilizujące, środki buforujące, środki przeciwbakteryjne, środki przeciwwirusowe, środki przeciwgrzybicze, barwniki, czynniki prożyciowe, aktywatory wzrostu, osmolity itd.
Inne składniki i środki zoptymalizowanej pożywki dla hodowli neuronów są korzystnie wybrane z glicyny, alaniny, argininy, asparaginy, cysteiny, histydyny, izoleucyny, leucyny, lizyny, metioniny, fenyloalaniny, proliny, seryny, treoniny, tryptofanu, tyrozyny, waliny, kwasu glutaminowego, glutaminy, chlorku choliny, pantotenianu wapnia, kwasu foliowego, amidu niacyny, hydrochlorku pirydoksalu, ryboflawiny, tiaminy, hydrochlorku tiaminy, kwasu asparaginowego, witaminy B12, inozytolu, NaCI, KCI, MgSO4, CuSO4, FeSO4, NaH2PO4, CaCb, Fe(NO3)3x9H2O, MgCb, KCI, NaHCO3, NaCI, NaH2PO4-H2O, ZnSO4-7H2O, HEPES, Na2SeO3, HEPES, biotyny, alfa-tokoferolu, octanu alfa-tokoferolu, witaminy A, albuminy, katalazy, insuliny, dysmutazy nadtlenkowej, transferryny, kortykosteronu, galaktozy, etanolaminy, glutationu, karnityny, kwasu linolowego, kwasu linolenowego, progesteronu, putrescyny, trijodotyroniny, suplementu B-27 (ThermoScientific), suplementu SM1 (StemCell), suplementu IGA1000+NSF-1 (Lonza), pożywki pohodowlanej z astrocytów, czerwieni fenolowej, pirogronianu sodu lub ich mieszanin. Specjalista w dziedzinie jest w stanie ustalić odpowiednie składniki i stężenia tych składników, przykładowo bazując na stężeniach i składnikach występujących w znanych obecnie pożywkach dla hodowli neuronów NeuroCult™ Neuronal Basal Medium (StemCell), BrainPhys™ Neuronal Medium (StemCell), Neurobasal (ThermoScientific), PNGM (Lonza), zmieniając odpowiednio stężenie glukozy (w odpowiednim przypadku np. Neurobasal A (Thermo Scientific) lub BrainPhys (StemCell)) i dodając mleczan.
Zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według wynalazku zawiera optymalną dla wzrostu neuronów ilość glukozy w stężeniu tożsamym jak w warunkach występujących naturalnie w mózgu oraz mleczan, który jest wykorzystywany przez komórki nerwowe jako alternatywne źródło energii lub cząsteczka sygnałowa, które działają ze sobą synergistycznie.
Zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według wynalazku zwiększa przeżywalność neuronów w stosunku do dotychczasowych znanych rozwiązań przez co pozwala na efektywne prowadzenie hodowli neuronów. Zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według wynalazku umożliwia prowadzenie hodowli pierwotnych i eksperymentów na neuronach w warunkach zbliżonych do fizjologicznych. Zapewnienie fizjologicznych warunków utrzymania hodowli neuronów pierwotnych oraz zwiększenia ich żywotności w stosunku do dotychczasowych rozwiązań opierających się na wysokiej koncentracji glukozy w pożywkach, zapobiega efektowi ubocznemu występującemu przy wykorzystaniu do hodowli znanych w stanie techniki pożywek, którym jest tzw. glukotoksyczność, czyli toksyczne działanie glukozy przy chronicznym narażeniu na wysokie jej stężenie. Dodatkowo, pożywka zawiera niestosowany dotąd w innych rozwiązaniach składnik - mleczan, będący alternatywnym w stosunku do glukozy i pirogronianu źródłem energii dla neuronów lub cząsteczką sygnałową. Znane pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, nie zawierają w swoim składzie mleczanu.
Wynalazek dotyczy więc zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych zarówno w etapie zakładania hodowli pierwotnej neuronów korowych lub wzgórzowych jak i w etapie utrzymywania hodowli pierwotnej neuronów korowych lub wzgórzowych, która zawiera mleczan w stężeniu od 125 μΜ do 6 mM, glukozę w stężeniu od 3,0 do 12,5 mM.
W korzystnej zoptymalizowanej pożywce do hodowli neuronów mleczan jest w postaci mleczanu sodu a glukoza jest w postaci D-glukozy.
Korzystna zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych zawiera mleczan sodu w stężeniu 125 μM, D-glukozę w stężeniu 3 mM.
Korzystna zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych ponadto zawiera składniki wybrane z glicyny, alaniny, argininy, asparaginy, cysteiny, histydyny,
PL 235 678 B1 izoleucyny, leucyny, lizyny, metioniny, fenyloalaniny, proliny, seryny, treoniny, tryptofanu, tyrozyny, waliny, kwasu glutaminowego, glutaminy, chlorku choliny, pantotenianu wapnia, kwasu foliowego, amidu niacyny, hydrochlorku pirydoksalu, ryboflawiny, tiaminy, hydrochlorku tiaminy, kwasu asparaginowego, witaminy B12, inozytolu, NaCI, KCI, MgSO4, CuSO4, FeSO4, NaH2PO4, CaCb, Fe(NO3)3x9H2O, MgCb, KCI, NaHCO3, NaCI, NaH2PO4-H2O, ZnSO4-7H2O, Na2SeO3, HEPES, biotyny, alfa-tokoferolu, octanu alfa-tokoferolu, witaminy A, albuminy, katalazy, insuliny, dysmutazy nadtlenkowej, transferryny, kortykosteronu, galaktozy, etanolaminy, glutationu, karnityny, kwasu linolowego, kwasu linolenowego, progesteronu, putrescyny, trijodotyroniny, czerwieni fenolowej, pirogronianu sodu lub ich mieszanin.
Korzystna zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych zawiera glicynę 0,4 mM; L-alaninę 0,02247191 mM; hydrochlorek L-argininy 0,39810428 mM; L-asparaginę 0,0055333334 mM; L-cysteinę 0,2603306 mM; hydrochlorek L-histydyny 0,2 mM; L-izoleucynę 0,8015267 mM; L-leucynę 0,8015267 mM; hydrochlorek L-lizyny 0,7978142 mM; L-metioninę 0,20134228 mM; L-fenyloalaninę 0,4 mM; L-prolinę 0,06747826 mM; L-serynę 0,4 mM; L-treoninę 0,7983193 mM; L-tryptofan 0,078431375 mM; L-tyrozynę 0,39779004 mM; L-walinę 0,8034188 mM; kwas glutaminowy 0,0125 mM; L-glutaminę 2,0 mM; chlorek choliny 0,028571429 mM; pantotenian wapnia 0,008385744 mM; kwas foliowy 0,009070295 mM; amid niacyny 0,032786883 mM; hydrochlorek pirydoksalu 0,019607844 mM; ryboflawinę 0,0010638298 mM; hydrochlorek tiaminy 0,011869436 mM; witamina B12 5,0184503E-6 mM; inozytol 0,04 mM; CaCI2 1,8018018 mM; Fe(NOs)sx9H2O 2,4752476E-4 mM; MgCb 0,8136842 mM; KCI 5,3333335 mM; NaHCOs 26,190475 mM; NaCI 51,724136 mM; NaH2PO4-H2O 0,9057971 mM; ZnSO4-7H2O 6.736111E-4 mM; D-glukozę 3,125 mM; HEPES 10,92437 mM; czerwień fenolową 0,021519661 mM; pirogronian sodu 0,22727273 mM; mleczan sodu 0,125 mM.
Zoptymalizowana pożywka jest korzystnie uzupełniona pożywką pohodowlaną z astrocytów lub suplementem niesurowiczym, przykładowo wybranym z suplementu B-27 (ThermoScientific), suplementu SM1 (StemCell), suplementu IGA-1000+NSF-1 (Lonza).
Wynalazek dotyczy również zastosowania zoptymalizowanej pożywki według wynalazku do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych, przy czym zoptymalizowana pożywka zawiera mleczan w stężeniu od 125 μM do 6 mM, glukozę w stężeniu od 3,0 do 12,5 mM, przy czym zoptymalizowaną pożywkę stosuje się zarówno do zakładania hodowli pierwotnej neuronów korowych lub wzgórzowych jak i utrzymywania hodowli pierwotnej neuronów korowych lub wzgórzowych.
W korzystnym zastosowaniu zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych zoptymalizowana pożywka zawiera mleczan sodu w stężeniu 125 μM, D-glukozę w stężeniu 3 mM.
W korzystnym zastosowaniu zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych zoptymalizowana pożywka ponadto zawiera składniki wybrane z glicyny, alaniny, argininy, asparaginy, cysteiny, histydyny, izoleucyny, leucyny, lizyny, metioniny, fenyloalaniny, proliny, seryny, treoniny, tryptofanu, tyrozyny, waliny, kwasu glutaminowego, glutaminy, chlorku choliny, pantotenianu wapnia, kwasu foliowego, amidu niacyny, hydrochlorku pirydoksalu, ryboflawiny, tiaminy, hydrochlorku tiaminy, kwasu asparaginowego, witaminy B12, inozytolu, NaCI, KCI, MgSO4, CuSO4, FeSO4, NaH2PO4, CaCI2, Fe(NO3)3x9H2O, MgCI2, KCI, NaHCO3, NaCI, NaH2PO4-H2O, ZnSO4-7H2O, Na2SeO3, HEPES, biotyny, alfa-tokoferolu, octanu alfa-tokoferolu, witaminy A, albuminy, katalazy, insuliny, dysmutazy nadtlenkowej, transferryny, kortykosteronu, galaktozy, etanolaminy, glutationu, karnityny, kwasu linolowego, kwasu linolenowego, progesteronu, putrescyny, trijodotyroniny, czerwieni fenolowej, pirogronianu sodu lub ich mieszanin.
W korzystnym zastosowaniu zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych zoptymalizowana pożywka zawiera glicynę 0,4 mM; L-alaninę 0,02247191 mM; hydrochlorek L-argininy 0,39810428 mM; L-asparaginę 0,0055333334 mM; L-cysteinę 0,2603306 mM; hydrochlorek L-histydyny 0,2 mM; L-izoleucynę 0,8015267 mM; L-leucynę 0,8015267 mM; hydrochlorek L-lizyny 0,7978142 mM; L-metioninę 0,20134228 mM; L-fenyloalaninę 0,4 mM; L-prolinę 0,06747826 mM; L-serynę 0,4 mM; L-treoninę 0,7983193 mM; L-tryptofan 0,078431375 mM; L-tyrozynę 0,39779004 mM; L-walinę 0,8034188 mM; kwas glutaminowy 0,0125 mM; L-glutaminę 2,0 mM; chlorek choliny 0,028571429 mM; pantotenian wapnia 0,008385744 mM; kwas foliowy 0,009070295 mM; amid niacyny 0,032786883 mM; hydrochlorek pirydoksalu 0,019607844 mM; ryboflawinę 0,0010638298 mM; hydrochlorek tiaminy 0,011869436 mM; witamina B12 5,0184503E-6 mM; inozytol 0,04 mM; CaCl2 1,8018018 mM; Fe(NO3)3x9H2O 2,4752476E-4 mM; MgCb 0,8136842 mM; KCI 5,3333335 mM; NaHCO3 26,190475 mM; NaCI 51,724136 mM; NaH2PO4-H2O 0,9057971 mM; ZnSO4-7H2O 6,736111E-4 mM;
PL 235 678 B1
D-glukozę 3,125 mM; HEPES 10,92437 mM; czerwień fenolową 0,021519661 mM; pirogronian sodu 0,22727273 mM; mleczan sodu 0,125 mM.
W korzystnym zastosowaniu zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych w trakcie hodowli wymieniana jest część objętości pożywki, na której prowadzi się hodowlę na zoptymalizowaną pożywkę jak stosowaną w opisanym zastosowaniu. Korzystniej w zastosowaniu zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych wymiana części objętości zoptymalizowanej pożywki następuje po 34 dobach od dnia startu hodowli, korzystnie etap wymiany zoptymalizowanej pożywki jest wielokrotnie powtarzany co 3-4 doby.
Korzystniej w zastosowaniu zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych zoptymalizowana pożywka wymieniana jest w ilości od około 1/3 do około 2/3 części objętości pożywki z prowadzonej hodowli, korzystniej wymieniana jest połowa objętości pożywki, na której prowadzona jest hodowla na zoptymalizowaną pożywkę jak stosowaną w opisanym zastosowaniu.
Wynalazek dotyczy również sposobu hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, który obejmuje etapy, w których:
a) zakłada się hodowlę pierwotną neuronów korowych lub wzgórzowych na zoptymalizowanej pożywce zawierającej mleczan i glukozę,
b) utrzymuje się hodowlę pierwotną neuronów korowych lub wzgórzowych na zoptymalizowanej pożywce zawierającej mleczan i glukozę, przy czym zoptymalizowana pożywka stosowana w etapie a) i b) zawiera mleczan w stężeniu od 125 μΜ do 6 mM, glukozę w stężeniu od 3,0 do 12,5 mM.
W korzystnym sposobie hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych zoptymalizowana pożywka stosowana w etapie a) i/lub b) zawiera mleczan sodu w stężeniu 125 μM, D-glukozę w stężeniu 3 mM.
W korzystnym sposobie hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych zoptymalizowana pożywka stosowana w etapie a) i/lub b) ponadto zawiera składniki wybrane z glicyny, alaniny, argininy, asparaginy, cysteiny, histydyny, izoleucyny, leucyny, lizyny, metioniny, fenyloalaniny, proliny, seryny, treoniny, tryptofanu, tyrozyny, waliny, kwasu glutaminowego, glutaminy, chlorku choliny, pantotenianu wapnia, kwasu foliowego, amidu niacyny, hydrochlorku pirydoksalu, ryboflawiny, tiaminy, hydrochlorku tiaminy, kwasu asparaginowego, witaminy B12, inozytolu, NaCI, KCI, MgSO4, CuSO4, FeSO4, NaH2PO4, CaCI2, Fe(NO3)3x9H2O, MgCI2, KCI, NaHCO3, NaCI, NaH2PO4-H2O, ZnSO4-7H2O, Na2SeO3, HEPES, biotyny, alfa-tokoferolu, octanu alfa-tokoferolu, witaminy A, albuminy, katalazy, insuliny, dysmutazy nadtlenkowej, transferryny, kortykosteronu, galaktozy, etanolaminy, glutationu, karnityny, kwasu linolowego, kwasu linolenowego, progesteronu, putrescyny, trijodotyroniny, czerwieni fenolowej, pirogronianu sodu lub ich mieszanin.
W korzystnym sposobie hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych zoptymalizowana pożywka stosowana w etapie a) i/lub b) zawiera glicynę 0,4 mM; L-alaninę 0,02247191 mM; hydrochlorek L-argininy 0,39810428 mM; L-asparaginę 0,0055333334 mM; L-cysteinę 0,2603306 mM; hydrochlorek L-histydyny 0,2 mM; L-izoleucynę 0,8015267 mM; L-leucynę 0,8015267 mM; hydrochlorek L-lizyny 0,7978142 mM; L-metioninę 0,20134228 mM; L-fenyloalaninę 0,4 mM; L-prolinę 0,06747826 mM; L-serynę 0,4 mM; L-treoninę 0,7983193 mM; L-tryptofan 0,078431375 mM; L-tyrozynę 0,39779004 mM; L-walinę 0,8034188 mM; kwas glutaminowy 0,0125 mM; L-glutaminę 2,0 mM; chlorek choliny 0,028571429 mM; pantotenian wapnia 0,008385744 mM; kwas foliowy 0,009070295 mM; amid niacyny 0,032786883 mM; hydrochlorek pirydoksalu 0,019607844 mM; ryboflawinę 0,0010638298 mM; hydrochlorek tiaminy 0,011869436 mM; witamina B12 5,0184503E-6 mM; inozytol 0,04 mM; CaCI2 1,8018018 mM; Fe(NO3)3x9H2O 2,4752476E-4 mM; MgCI2 0,8136842 mM; KCI 5,3333335 mM; NaHCO3
26,190475 mM; NaCI 51,724136 mM; NaH2PO4-H2O 0,9057971 mM; ZnSO4-7H2O 6,736111E-4 mM; D-glukozę 3,125 mM; HEPES 10,92437 mM; czerwień fenolową 0,021519661 mM; pirogronian sodu 0,22727273 mM; mleczan sodu 0,125 mM.
W korzystnym sposobie hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych sposób ponadto zawiera co najmniej jeden etap wymiany części objętości pożywki na której prowadzi się hodowlę na zoptymalizowaną pożywkę jak stosowaną w sposobie hodowli opisanym powyżej.
Korzystniej w sposobie hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych wymiana części objętości zoptymalizowanej pożywki następuje po 3-4 dobach od dnia startu hodowli, korzystnie etap wymiany zoptymalizowanej pożywki jest wielokrotnie powtarzany co 3-4 doby.
PL 235 678 B1
Korzystniej w sposobie hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych wymienia się około 1/3 do około 2/3 części objętości pożywki z prowadzonej hodowli, korzystniej wymieniana jest połowa objętości pożywki na której prowadzona jest hodowla na zoptymalizowaną pożywkę jak stosowaną w sposobie hodowli określonym powyżej.
Twórcy opracowali nową formulację zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych. Nowo opracowana pożywka, zwana dalej pożywką według wynalazku, pozwala na efektywne prowadzenie hodowli neuronów. Umożliwia prowadzenie hodowli pierwotnych i eksperymentów na neuronach w warunkach zbliżonych do fizjologicznych co zmniejsza ryzyko otrzymania artefaktów badawczych, przykładowo spowodowanych stresem i warunkami niefizjologicznymi. Pożywka według wynalazku, przykładowo w odróżnieniu od stosowanych dotąd pożywek do hodowli neuronów przykładowo pożywki Neurobasal, nie wywołuje efektu ekscytotoksycznego i glukotoksycznego. Zastosowanie pożywki według wynalazku powoduje zmniejszenie śmiertelności neuronów w hodowli pierwotnej, co zostało udowodnione poprzez znaczący spadek zawartości aktywnej formy kaspazy 3, będącej markerem apoptozy - programowanej śmierci komórkowej (patrz Fig. 1).
Pożywka według wynalazku zwiększa przeżywalność i żywotność neuronów w hodowli w stosunku do obecnych standardów (patrz Fig. 2).
Efekt lepszej żywotności osiągnięto przez obniżenie stężenia glukozy poniżej 12,5 mM co zapobiega efektowi glukotoksycznemu (patrz Fig. 7). Większość obecnych na rynku pożywek zawiera stanowczo zbyt wysokie, toksyczne stężenie glukozy tj. 25 mM.
Jako dodatkowy niestosowany dotąd w tego typie pożywkach składnik zastosowano mleczan stanowiący dodatkowe źródło energii lub będący cząsteczką sygnałową dla komórek nerwowych. Dodatek mleczanu do pożywki hodowlanej wpływa pozytywnie na żywotność neuronów (patrz Fig. 8). Składnik ten nie występuje w dostępnych na rynku pożywkach zaś występuje fizjologicznie w mózgu. Dodanie mleczanu do dowolnej pożywki wysokoglukozowej występującej na rynku powoduje nieznaczne zwiększenie żywotności neuronów (patrz Fig. 6). Nieoczekiwanie okazało się, że jednoczesne obniżenie stężenia glukozy w pożywce i dodanie niestosowanego dotąd mleczanu daję formulację pożywki dla neuronów, która przez synergistyczne współdziałanie tych dwóch czynników (patrz Fig. 9), powoduje, że warunki hodowli są bardziej podobne do warunków fizjologicznych panujących w mózgu. Zbilansowany skład substratów energetycznych w pożywce według wynalazku umożliwia optymalne prowadzenie hodowli i badań neuronów.
Neurony hodowane w pożywce według wynalazku wykazują morfologię bardziej odpowiadającą stanowi fizjologicznemu, przykładowo prezentują gęstsze drzewo dendrytyczne w stosunku do hodowli na obecnie stosowanych standardowych pożywkach (patrz Fig. 3).
Ponadto neurony hodowane w pożywce według wynalazku wykazują wyższą zawartość neurofilamentu, markera aksonów, sugerującą lepszy wzrost aksonu w porównaniu ze standardowymi warunkami (patrz Fig. 4).
Zastosowanie pożywki według wynalazku do hodowli neuronów ma tę zaletę, że zapewnia ona bardziej fizjologiczne warunki hodowli neuronów oraz obserwowana jest większa żywotność neuronów w stosunku do dotychczasowych znanych rozwiązań. Dla zapewnienia optymalnych warunków hodowli i w celu zachowania stałego stężenia substancji odżywczych i substratów energetycznych, podobnie jak w przypadku znanych ze stanu techniki pożywek np. Neurobasal, zalecana zgodnie ze sposobem hodowli według wynalazku jest cykliczna wymiana części pożywki, korzystnie wymiana od około 1/3 do około 2/3, korzystniej wymiana około połowy objętości pożywki co 3-4 doby, ze względu na zużywanie się substratów energetycznych oraz substancji odżywczych (patrz Fig. 5).
KRÓTKI OPIS FIGUR RYSUNKU
Dla lepszego zrozumienia wynalazku, został on zilustrowany w przykładach wykonania oraz na załączonych figurach rysunku, na których:
Fig. 1. Przedstawia wyniki analizy western-blot aktywnej formy kaspazy 3 (markera apoptozy) w neuronach z 14-dniowej hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych. Gapdh - dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego (białko kontrolne).
Fig. 2. Przedstawia wyniki żywotności neuronów w hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych zmierzonej w dniu 14 hodowli przy użyciu testu Celltiter-Blue (Promega). *p<0,05 vs. Neurobasal.
PL 235 678 B1
Fig. 3. Przedstawia wyniki analizy morfologii neuronów z 10-dniowej hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych A. - Analiza liczby dendrytów B. - Analiza długości dendrytów C. - Analiza Sholla D. - zdjęcie mikroskopowe obrazujące morfologię neuronów (lub obraz morfologii neuronów).
Fig. 4. Przedstawia wyniki analizy western-blot zawartości neurofilamentu (markera aksonów) w neuronach z 14-dniowej hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych. NF-M - neurofilament 140-160 kDa; Gapdh - dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego (białko kontrolne).
Fig. 5. Przedstawia wyniki oznaczania stężenia glukozy w pożywce X - pożywce według wynalazku oraz pożywce Neurobasal w trakcie hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych. D0, D1, D4, D7, D10, D14 - dzień hodowli odpowiednio 0, 1,4, 7, 10, 14.
Fig. 6. Przedstawia wyniki żywotności neuronów w hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych hodowanych w pożywkach wysokoglukozowych (25 mM) różnych dostawców: Neurobasal (ThermoScientific), NeuroCult (StemCell), PNGM (Lonza). Mleczan dodany w stężeniu 125 μΜ. Żywotność została zmierzona w dniu 14 hodowli przy użyciu testu Celltiter-Blue (Promega). *p<0,05 vs. PNGM.
Fig. 7. Przedstawia wyniki żywotności neuronów w hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych hodowanych w pożywce zawierającej różne stężenia glukozy w zakresie od 1,56 mM do 25 mM. Żywotność mierzona w dniu 14 hodowli przy użyciu testu Celltiter-Blue (Promega). *p<0,05 vs. 25 mM glukozy (Neurobasal).
Fig. 8. Przedstawia wyniki żywotności neuronów w hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych hodowanych w pożywkach zawierających stałe stężenie glukozy 3 mM oraz zmienne stężenie mleczanu w zakresie od 0 do 20 mM. Żywotność zmierzona w dniu 14 hodowli przy użyciu testu CelltiterBlue (Promega). *p<0,05 vs. 25 mM glukozy (Neurobasal).
Fig. 9. Przedstawia efekt synergistycznego działania dodatku mleczanu oraz obniżonego stężenia glukozy na żywotność neuronów w hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych zmierzonej w dniu 14 hodowli przy użyciu testu Celltiter-Blue (Promega). *p<0,05 vs. 25 mM glukozy; #p<0,05 vs. 3 mM glukozy.
SPOSOBY WYKONANIA WYNALAZKU
Poniższe przykłady zostały umieszczone jedynie w celu zilustrowania wynalazku oraz wyjaśnienia poszczególnych jego aspektów, a nie w celu jego ograniczenia i nie powinny być utożsamiane z całym jego zakresem, który zdefiniowano w załączonych zastrzeżeniach.
W poniższych przykładach, jeśli nie wskazano inaczej stosowano standardowe materiały i metody znane specjalistom w dziedzinie techniki lub postępowano zgodnie z zaleceniami producentów dla określonych materiałów i metod.
Wszystkie referencje i cytowane publikacje są niniejszym włączone w całości jako odniesienie.
PRZYKŁADY
P r z y k ł a d 1. Wytworzenie zoptymalizowanej pożywki do hodowli neuronów
Pożywkę według wynalazku w postaci korzystnej Pożywki X otrzymano przez zmieszanie sypkich lub płynnych składników w celu otrzymania odpowiednich końcowych stężeń molarnych z wodą o molekularnej czystości i wyjałowienie przez filtrację (szerokość poru filtra 0,22 μM firmy VWR) w warunkach sterylnych (w komorze laminarnej).
Jako pożywki kontrolne stosowano Neurobasal oraz Neurobasal-A (Thermo Scientific), NeuroCult (StemCell), PNGM (Lonza) uzupełniane lub nie, w zależności od określonego eksperymentu L-glutaminą, kwasem L-glutaminowym, D-glukozą, mleczanem sodu, pirogronianem sodu oraz suplementami B27 (Thermo Scientific) lub SM1 (StemCell) lub GA-1000+NSF-1 (Lonza).
W celu uzyskania końcowej stosowanej w doświadczeniach Pożywki X pożywka o składzie wymienionym w Tabeli 1. była uzupełniana dodatkowo suplementem niesurowiczym B- 27 (ThermoScientific) zgodnie z instrukcjami producenta w stosunku 1:50 suplement/pożywka (obj./obj.), który to suplement zawiera: Na2SeOs, HEPES, biotynę, alfa-tokoferol, octan alfa-tokoferolu, witaminę A, albuminę, katalazę, insulinę, dysmutazę nadtlenkową, transferrynę, kortykosteron, galaktozę, etanolaminę, glutationu, karnitynę, kwas linolowy, kwasu linolenowy, progesteron, putrescynę, trijodotyroninę.
PL 235 678 Β1
Tabela 1 Skład pożywki według wynalazku do hodowli neuronów (Pożywka X bez suplementu niesurowiczego).
stężenie [mM]
Glicyna 0,4
L-Alanina 0,02247191
hydrochlorek L-Argininy 0,39810428
L-Asparagina 0,0055333334
L-Cysteina 0,2603306
hydrochlorek L-Histydny 0,2
L-Izoleucyna 0,8015267
L-Leucyna 0,8015267
hydrochlorek L-Lizyny 0,7978142
L-Metionina 0,20134228
L-Fenyloalanina 0,4
L-Prolina 0,06747826
L-Sery na 0,4
L-Treonina 0,79831934
L-T ryptofan 0,078431375
L-Tyrozyna 0,39779004
L-Walina 0,8034188
Kwas glutaminowy 0,0125
L-Glutamina 2,0
Chlorek choliny 0,028571429
Pantotenian wapnia 0,008385744
Kwas foliowy 0,009070295
Amid niacyny 0,032786883
Hydrochlorek pirydoksalu 0,019607844
Rybotlawina 0,0010638298
Hydrochlorek tiaminy 0,011869436
Witamina B12 5,0184503E-6
inozytol 0,04
CaCI2 1,8018018
PL 235 678 Β1
Fe(NO3)39H2O 2,4752476E-4
MgCI2 0,8136842
KOI 5,3333335
NaHCO3 26,190475
NaCI 51,724136
NaH2PO4-H2O 0,9057971
ZnSO4-7H2O 6,736111E-4
D-Glukoza 3,125
HEPES 10,92437
Czerwień fenolowa 0,021519661
Pirogronian sodu 0,22727273
Mleczan sodu 0,125
Przykład 2. Sposób hodowli neuronów
Ciężarną samicę szczura stada Wistar poddano eutanazji gazowej oraz uśmierceniu poprzez dyslokację kręgów szyjnych. Wyekstrahowano płody w wieku embrionalnym E18.5 w celu izolacji fragmentów kory oraz wzgórza mózgu. Wyizolowane fragmenty kory oraz wzgórza płukano w zimnym buforze HBSS (Sigma-Aldrich) i poddano enzymatycznemu trawieniu przy użyciu 1,25% trypsyny (Thermo Scientific) w temperaturze 37°C przez okres 10 min. Następnie tkankę rozdysocjowano w roztworze HBSS (Sigma-Aldrich) mechanicznie za pomocą pipety. Liczbę uwolnionych komórek nerwowych w zawiesinie zliczano przy użyciu komory Burkera a następnie zawieszano w pożywce hodowlanej i wysiewano w objętości 500 μΙ w liczbie 200 tyś. kom./dołek 24-dołkowych hodowlanych płytek adherentnych pokrytych poli-D-lizyną (Corning). Hodowlę pierwotną neuronów korowych lub wzgórzowych prowadzono w inkubatorze w temperaturze 37°C oraz 5% CO2 przez okres 2 tygodni. Co 3-4 dni % pożywki hodowlanej wymieniano na świeżą. Hodowle prowadzono w pożywce według wynalazku o określonym w danym doświadczeniu składzie, i/lub w pożywkach znanych ze stanu techniki.
Przykład 3. Analiza western-blot markera apoptozy (kaspazy 3) w neuronach z hodowli pierwotnej oraz analiza western-blot zawartości markera wzrostu aksonów (neurofilamentu)
Neurony korowe lub wzgórzowe w hodowli pierwotnej prowadzonej na Pożywce X (wytworzonej zgodnie z Przykładem 1) i prowadzonej na pożywce Neurobasal przepłukiwano jednokrotnie buforem PBS a następnie zbierano przy użyciu skrobaczki i inkubowano na lodzie przez 30 minut w zimnym buforze lizującym. Następnie lizaty wirowano. Supernatant zawierający białka przenoszono do nowej probówki i oznaczano w nim zawartość białka metodą Bradforda.
Prowadzono elektroforetyczny rozdział białek (po 50 μg białka/próbę) w żelu poliakrylamidowym w warunkach denaturujących stosując 10% żel rozdzielający i 5% żel zagęszczający [stosowano marker wielkości białek PageRuler Plus Prestained Protein Ladder (Thermo Scientific)].
Rozdzielone białka przenoszono na membranę nitrocelulozową (GE Healthcare) i inkubowano w obecności odpowiedniego l-rzędowego przeciwciała [1:1000 anty-casp3 (Celi Signaling), 1:500 antyNFMH (ProteinTech), 1:40000 anty-GAPDH (Sigma-Aldrich)] a następnie z ll-rzędowym przeciwciałem sprzężonym z peroksydazą chrzanową [1:10000 anty-mouse-HRP oraz anty-rabbit-HRP (Sigma-Aldrich)]. Detekcję białek prowadzono za pomocą odczynników do chemilinescencji. Sygnał z membrany wizualizowano przy użyciu aparatu Amersham lmager600 RGB (GE Healthcare).
Wyniki analizy western-blot aktywnej formy kaspazy 3 w neuronach z 14-dniowej hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych wykazały spadek zawartości tego markera apoptozy w neuronach hodowanych w pożywce według wynalazku (Fig. 1). Świadczy to o niższym poziomie śmiertelności
PL 235 678 B1 neuronów hodowanych w pożywce według wynalazku. Wyniki analizy western-blot zawartości neurofilamentu w neuronach z 14-dniowej hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych wykazała wzrost zawartości markera wzrostu aksonów w lizacie z neuronów hodowanych w Pożywce X (Fig. 4) co może świadczyć o lepszej kondycji aksonów neuronów hodowanych w Pożywce X.
P r z y k ł a d 4. Oznaczenie żywotności neuronów 4.1.
Przeżywalność neuronów korowych lub wzgórzowych w hodowli pierwotnej hodowanych w Pożywce X i pożywce Neurobasal określano przy użyciu odczynnika CellTiter-Blue Cell Viability Assay (Promega). Wskaźnikiem żywotności komórek, w tym teście, jest zdolność aktywnych metabolicznie komórek do redukcji rezazuriny (barwa ciemnoniebieska) do rezorufiny (barwa różowa). Ilość powstającej rezorufiny jest proporcjonalna do liczby żywych komórek. W tym celu do komórek dodawano pełną pożywkę hodowlaną zawierającą odczynnik CellTiter-Blue. Po 3 godzinach inkubacji w 37°C mierzono absorbancję przy długości fali 620 nm przy długości fali referencyjnej 690 nm używając czytnika mikropłytek Bio-tek. Przeżywalność komórek przedstawiono jako różnice wartości względnej absorbancji zmierzonej przy długości fal 620 nm i 690 nm z uwzględnieniem wartości próby ślepej. W tym i kolejnych przykładach uzyskane i przedstawione wyniki zostały opracowane statystycznie na istotność testem „One-way Anova”.
Wynik pomiaru żywotności neuronów w hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych zmierzonej w dniu 14 hodowli przy użyciu testu Celltiter-Blue (Promega) wykazał zwiększoną przeżywalność neuronów hodowanych w Pożywce X (Fig. 2).
4.2.
Przeżywalność neuronów korowych w hodowli pierwotnej określano przy użyciu odczynnika CellTiter-Blue Cell Viability Assay (Promega) po okresie 14 dni hodowli prowadzonych w sposób opisany jak wyżej. Pożywki suplementowane były wg zaleceń producentów.
a) Różne pożywki z mleczanem
Do dostępnych komercyjnie pożywek wysokoglukozowych (25 mM glukozy), w tym Neurobasal (Thermo Scientific), NeuroCult (StemCell) oraz PNGM (Lonza) dodano 125 gM mleczanu sodu. W pożywkach tych zakładano i prowadzono hodowlę pierwotną neuronów korowych. W 14 dniu hodowli wykonano pomiar żywotności. Neurony hodowane w pożywkach wysokoglukozowych z dodatkiem mleczanu wykazywały nieznaczną tendencję wzrostu żywotności w porównaniu do neuronów hodowanych w tożsamych pożywkach bez dodatku mleczanu (Fig. 6).
b) Różne stężenia glukozy
Pożywkę pozbawionej glukozy Neurobasal-A (Thermo Scientific) uzupełniono pirogronianem sodu w stężeniu 0,277 mM oraz różnymi stężeniami glukozy w zakresie od 1,56 mM do 25 mM. W pożywkach tych zakładano i prowadzono hodowlę pierwotną neuronów korowych. W 14 dniu hodowli wykonano pomiar żywotności. Neurony hodowane w pożywkach ze zmniejszoną zawartością glukozy (tj. w zakresie 1,56-12,5 mM) wykazywały wzrost żywotności w porównaniu do neuronów hodowanych w standardowej pożywce wysokoglukozowej tj. o stężeniu glukozy równym 25 mM (Fig. 7).
c) Stałe stężenie glukozy i zmienne stężenie mleczanu
Pożywkę Neurobasal-A (Thermo Scientific) uzupełniono suplementem B27 (Thermo Scientific), pirogronianem sodu w stężeniu 0,277 mM, D-glukozą w stężeniu 25 i 3 mM oraz mleczanu sodu w stężeniu 125 gM w celu określenia wpływu glukozy i mleczanu na żywotność neuronów. W pożywkach tych zakładano i prowadzono hodowlę pierwotną neuronów korowych. W 14 dniu hodowli wykonano pomiar żywotności. Neurony hodowane w pożywkach z dodatkiem mleczanu w zakresie stężeń od 0,63 gM do 6 mM wykazywały wzrost żywotności w porównaniu do neuronów hodowanych w pożywce nie zawierającej dodatku mleczanu (Fig. 8).
Neurony hodowane jedynie z 3 mM mleczanem lub 6 mM mleczanem bez glukozy miały bardzo niską przeżywalność i wykazywały 10-20% żywotności (wyniki nie uwzględnione na wykresie).
P r z y k ł a d 5. Analiza porównawcza morfologii neuronów z hodowli pierwotnej neuronów korowych
Neurony korowe hodowane na szkiełkach pokrytych poli-D-lizyną oraz lamininą (Corning) w pożywce Neurobasal i Pożywce X transfekowano w 7-dniu hodowli plazmidem ekspresyjnym zawierającym białko zielonej fluorescencji GFP przy użyciu odczynnika Lipofectamine 2000 (Thermo Fisher). Po 3 dniach od transfekcji komórki przepłukiwano roztworem PBS i inkubowano w 4% paraformaldehydzie przez 10 minut w temperaturze pokojowej. Następnie utrwalone komórki płukano roztworem PBS i wybarwiano jądra komórkowe z użyciem barwnika fluorescencyjnego DAPI (Thermo Fisher), a następnie
PL 235 678 B1 zabezpieczono roztworem zamykającym VectaShield Fluorescent Mounting Medium (Vector Laboratories). Zdjęcia mikroskopowe wykonano przy użyciu mikroskopu konfokalnego i oceniano ich morfologię w tym całkowitą długość dendrytów, liczbę dendrytów oraz morfologię drzewa dendrytycznego (tzw. analiza Scholl).
Wyniki analizy morfologii neuronów z 10-dniowej hodowli pierwotnej szczurzych neuronów korowych wykazała zwiększoną liczbę dendrytów (Fig. 3 A), długość dendrytów (Fig. 3 B) oraz bardziej rozbudowane drzewo dendrytyczne neuronów hodowanych w Pożywce X (Fig. 3 C, D).
P r z y k ł a d 6. Wyznaczenie stężenia glukozy w pożywce w trakcie hodowli pierwotnej neuronów korowych
W trakcie trwania hodowli pierwotnej neuronów korowych lub wzgórzowych pobierano część pożywki pohodowlanej. 10 ul pożywki mieszano z 1 ml odczynnika do pomiaru stężenia glukozy zawierającej oksydazę glukozy oraz peroksydazę (Biosystems). Reakcję enzymatyczną prowadzono w temperaturze pokojowej w czasie 10 minut, a następnie mierzono absorbancję powstającego barwnego produktu reakcji enzymatycznej tj. chinoimina przy długości fali 500 nm w spektrofotometrze kuwetowym (Eppendorf biophotometer D30). Stężenie glukozy określano na podstawie wartości absorbancji zmierzonej przy długości fal 500 nm z uwzględnieniem wartości próby ślepej oraz dostarczonego przez producenta zestawu standardu (Fig. 5).
P r z y k ł a d 7. Wykazanie efektu synergistycznego współdziałania mleczanu oraz obniżonego stężenia glukozy na żywotność neuronów
Pożywkę Neurobasal-A (Thermo Scientific) uzupełniono suplementem B27 (Thermo Scientific), pirogronianem sodu w stężeniu 0,277 mM, D-glukozą w stężeniu 3 mM oraz różnymi stężeniami mleczanu sodu w zakresie od 0 do 20 mM. W pożywkach tych zakładano i prowadzono hodowlę pierwotną neuronów korowych. W 14 dniu hodowli wykonano pomiar żywotności. Neurony hodowane w pożywce standardowej o stężeniu glukozy 25 mM z dodatkiem mleczanu oraz neurony hodowane w pożywce z niskim stężeniem glukozy wykazały wzrost żywotności w porównaniu do neuronów hodowanych w standardowej pożywce wysokoglukozowej tj. o stężeniu 25 mM (Fig. 9). Jednakże, nieoczekiwanie, połączenie niskiego stężenia glukozy (tj. w zakresie 3,0-12,5 mM) oraz dodatku mleczanu spowodowało synergistyczny efekt wzrostu żywotności neuronów, większy od pozostałych grup badawczych oraz większy niż mogłoby to wynikać z efektu addytywnego obniżenia stężenia glukozy oraz suplementacji mleczanu (Fig. 9).
Podsumowanie:
Zoptymalizowana pożywka hodowlana dla neuronów według wynalazku zawiera optymalną dla wzrostu neuronów ilość glukozy w stężeniu zbliżonym do warunków występujących naturalnie w mózgu. Dodatkowo pożywka zawiera niestosowany dotąd w innych rozwiązaniach składnik - mleczan, będący alternatywnym (w stosunku do glukozy i pirogronianu) źródłem energii dla neuronów lub działającym jako cząsteczka sygnałowa. Niespodziewanie okazało się, że dodając mleczan do pożywek odpowiednich do hodowli neuronów w stężeniu od 125 μM do 6 mM z jednoczesnym obniżeniem stężenia glukozy do stężenia 3,0-12,5 mM obserwuje się efekt synergistyczny współdziałania tych dwóch czynników dla wzrostu neuronów. Pożywka według wynalazku zapewnia fizjologiczne warunki utrzymania hodowli neuronów pierwotnych oraz zwiększenia ich żywotności w stosunku do dotychczasowych rozwiązań opierających się na wysokiej koncentracji glukozy w pożywkach (25 mM), których efektem ubocznym była tzw. glukotoksyczność, czyli toksyczne działanie glukozy przy narażeniu chronicznym na wysokie jej stężenie. Nie będąc związanym żadną teorią wg. hipotezy o wymianie mleczanu między astrocytami, a neuronami to właśnie mleczan jest podstawowym źródłem energii dla neuronów, dostarczanym w mózgu przez astrocyty do neuronów. Dodatek mleczanu do pożywki symuluje naturalnie występujący skład substancji odżywczych dostępnych dla neuronów w warunkach fizjologicznych mózgu. Dotychczasowe produkty (pożywki) dostępne na rynku nie zawierają w swoim składzie mleczanu. Dotychczas nie był znany synergistyczny efekt współdziałania mleczanu i glukozy w określonych zakresach ich stężeń oraz nie był znany ani sugerowany w stanie techniki.
Literatura:
Brewer GJ, Torricelli JR, Evege EK, Price PJ. Optimized survival of hippocampal neurons in B27supplemented Neurobasal, a new serum-free medium combination. J Neurosci Res. 1993 Aug 1; 35(5):567-76. PubMed PMID: 8377226;
PL 235 678 B1
Hogins J, Crawford DC, Zorumski CF, Mennerick S. Excitotoxicity triggered by Neurobasal culture medium. PLoS One. 2011; 6(9):e25633. doi: 10.1371/joumal.pone.0025633. Epub 2011 Sep 28. PubMed PMID: 21980512; PubMed Central PMCID: PMC3182245;
Maggioni D, Monfrini M, Ravasi M, Tredici G, Scuteri A. Neurobasal medium toxicity on mature cortical neurons. Neuroreport. 2015 Apr 15; 26(6):320-4. doi: 10.1097/WNR.0000000000000343. PubMed PMID: 25756909;
Peng Y, Liu J, Shi L, Tang Y, Gao D, Long J, Liu J. Mitochondrial dysfunction precedes depression of AMPK/AKT signaling in insulin resistance induced by high glucose in primary cortical neurons. J Neurochem. 2016 Jun; 137(5):701-13. doi: 10.1111 /jnc. 13563. Epub 2016 Apr 18. PubMed PMID: 26926143.
Russell JW, Golovoy D, Vincent AM, Mahendru P, Olzmann JA, Mentzer A, Feldman EL. High glucose-induced oxidative stress and mitochondrial dysfunction in neurons. FASEB J. 2002 Nov; 16(13):1738-48. PubMed PMID: 12409316.

Claims (18)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, znamienny tym, że obejmuje etapy, w których:
    a) zakłada się hodowlę pierwotną neuronów korowych lub wzgórzowych na zoptymalizowanej pożywce zawierającej mleczan i glukozę,
    b) utrzymuje się hodowlę pierwotną neuronów korowych lub wzgórzowych na zoptymalizowanej pożywce zawierającej mleczan i glukozę, przy czym zoptymalizowana pożywka stosowana w etapie a) i b) zawiera mleczan w stężeniu od 125 μΙ^ do 6 mM, glukozę w stężeniu od 3,0 do 12,5 mM.
  2. 2. Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według zastrz. 1, znamienny tym, że zoptymalizowana pożywka stosowana w etapie a) i/lub b) zawiera mleczan sodu w stężeniu 125 μM, D-glukozę w stężeniu 3 mM.
  3. 3. Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według zastrz. 1-2, znamienny tym, że zoptymalizowana pożywka stosowana w etapie a) i/lub b) ponadto zawiera składniki wybrane z glicyny, alaniny, argininy, asparaginy, cysteiny, histydyny, izoleucyny, leucyny, lizyny, metioniny, fenyloalaniny, proliny, seryny, treoniny, tryptofanu, tyrozyny, waliny, kwasu glutaminowego, glutaminy, chlorku choliny, pantotenianu wapnia, kwasu foliowego, amidu niacyny, hydrochlorku pirydoksalu, ryboflawiny, tiaminy, hydrochlorku tiaminy, kwasu asparaginowego, witaminy B12, inozytolu, NaCI, KCI, MgSO4, CuSO4, FeSO4, NaH2PO4, CaCI2, Fe(NO3)3x9H2O, MgCI2, KCI, NaHCO3, NaCI, NaH2PO4-H2O, ZnSO4-7H2O, Na2SeO3, HEPES, biotyny, alfa-tokoferolu, octanu alfa-tokoferolu, witaminy A, albuminy, katalazy, insuliny, dysmutazy nadtlenkowej, transferryny, kortykosteronu, galaktozy, etanolaminy, glutationu, karnityny, kwasu linolowego, kwasu linolenowego, progesteronu, putrescyny, trijodotyroniny, czerwieni fenolowej, pirogronianu sodu lub ich mieszanin.
  4. 4. Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według zastrz. 1-3, znamienny tym, że zoptymalizowana pożywka stosowana w etapie a) i/lub b) zawiera glicynę 0,4 mM; L-alaninę 0,02247191 mM; hydrochlorek L-argininy 0,39810428 mM; L-asparaginę 0,0055333334 mM; L-cysteinę 0,2603306 mM; hydrochlorek L-histydyny 0,2 mM; L-izoleucynę 0,8015267 mM; L-leucynę 0,8015267 mM; hydrochlorek L-lizyny 0,7978142 mM; L-metioninę 0,20134228 mM; L-fenyloalaninę 0,4 mM; L-prolinę 0,06747826 mM; L-serynę 0,4 mM; L-treoninę 0,7983193 mM; L-tryptofan 0,078431375 mM; L-tyrozynę 0,39779004 mM; L-walinę 0,8034188 mM; kwas glutaminowy 0,0125 mM; L-glutaminę 2,0 mM; chlorek choliny 0,028571429 mM; pantotenian wapnia 0,008385744 mM; kwas foliowy 0,009070295 mM; amid niacyny 0,032786883 mM; hydrochlorek pirydoksalu 0,019607844 mM; ryboflawinę 0,0010638298 mM; hydrochlorek tiaminy 0,011869436 mM; witamina B12 5,0184503E-6 mM; inozytol 0,04 mM; CaCI2 1,8018018 mM; Fe(NO3)39H2O 2,4752476E-4 mM; MgCI2
    0,8136842 mM; KCI 5,3333335 mM; NaHCO3 26,190475 mM; NaCI 51,724136 mM; NaH2PO4-H2O 0,9057971 mM; ZnSO4-7H2O 6,736111E-4 mM; D-glukozę 3,125 mM; HEPES 10,92437 mM; czerwień fenolową 0,021519661 mM; pirogronian sodu 0,22727273 mM; mleczan sodu 0,125 mM.
    PL 235 678 B1
  5. 5. Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według zastrz. 1-4, znamienny tym, że ponadto zawiera co najmniej jeden etap wymiany części objętości pożywki na której prowadzi się hodowlę na zoptymalizowaną pożywkę jak stosowaną w sposobie hodowli określonym w zastrz. 1-4.
  6. 6. Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według zastrz. 5, znamienny tym, że wymiana części objętości zoptymalizowanej pożywki następuje po 3-4 dobach od dnia startu hodowli, korzystnie etap wymiany zoptymalizowanej pożywki jest wielokrotnie powtarzany co 3-4 doby.
  7. 7. Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według zastrz. 5-6, znamienny tym, że wymienia się około 1/3 do około 2/3 części objętości pożywki z prowadzonej hodowli, korzystniej wymieniana jest połowa objętości pożywki na której prowadzona jest hodowla na zoptymalizowaną pożywkę jak stosowaną w sposobie hodowli określonym w zastrz 1-4.
  8. 8. Zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych zarówno w etapie zakładania hodowli pierwotnej neuronów korowych lub wzgórzowych jak i w etapie utrzymywania hodowli pierwotnej neuronów korowych lub wzgórzowych, znamienna tym, że zawiera mleczan w stężeniu od 125 μΜ do 6 mM, glukozę w stężeniu od 3,0 do 12,5 mM.
  9. 9. Zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według zastrz. 8, znamienna tym, że zawiera mleczan sodu w stężeniu 125 μM, D-glukozę w stężeniu 3 mM.
  10. 10. Zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według zastrz. 8-9, znamienna tym, że ponadto zawiera składniki wybrane z glicyny, alaniny, argininy, asparaginy, cysteiny, histydyny, izoleucyny, leucyny, lizyny, metioniny, fenyloalaniny, proliny, seryny, treoniny, tryptofanu, tyrozyny, waliny, kwasu glutaminowego, glutaminy, chlorku choliny, pantotenianu wapnia, kwasu foliowego, amidu niacyny, hydrochlorku pirydoksalu, ryboflawiny, tiaminy, hydrochlorku tiaminy, kwasu asparaginowego, witaminy B12, inozytolu, NaCI, KCI, MgSO4, CuSO4, FeSO4, NaH2PO4, CaCI2, Fe(NO3)3x9H2O, MgCb, KCI, NaHCO3, NaCI, NaH2PO4-H2O, ZnSO4-7H2O, Na2SeO3, HEPES, biotyny, alfa-tokoferolu, octanu alfa-tokoferolu, witaminy A, albuminy, katalazy, insuliny, dysmutazy nadtlenkowej, transferryny, kortykosteronu, galaktozy, etanolaminy, glutationu, karnityny, kwasu linolowego, kwasu linolenowego, progesteronu, putrescyny, trijodotyroniny, czerwieni fenolowej, pirogronianu sodu lub ich mieszanin.
  11. 11. Zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych według zastrz. 8-10, znamienna tym, że zawiera glicynę 0,4 mM; L-alaninę 0,02247191 mM; hydrochlorek L-argininy 0,39810428 mM; L-asparaginę 0,0055333334 mM; L-cysteinę 0,2603306 mM; hydrochlorek L-histydyny 0,2 mM; L-izoleucynę 0,8015267 mM; L-leucynę 0,8015267 mM; hydrochlorek L-lizyny 0,7978142 mM; L-metioninę 0,20134228 mM; L-fenyloalaninę 0,4 mM; L-prolinę 0,06747826 mM; L-serynę 0,4 mM; L-treoninę 0,7983193 mM; L-tryptofan 0,078431375 mM; L-tyrozynę 0,39779004 mM; L-walinę 0,8034188 mM; kwas glutaminowy 0,0125 mM; L-glutaminę 2,0 mM; chlorek choliny 0,028571429 mM; pantotenian wapnia 0,008385744 mM; kwas foliowy 0,009070295 mM; amid niacyny 0,032786883 mM; hydrochlorek pirydoksalu 0,019607844 mM; ryboflawinę 0,0010638298 mM; hydrochlorek tiaminy 0,011869436 mM; witamina B12 5,0184503E-6 mM; inozytol 0,04 mM; CaCI2 1,8018018 mM; Fe(NO3)3x9H2O 2,4752476E-4 mM; MgCb 0,8136842 mM; KCI 5,3333335 mM; NaHCO3 26,190475 mM; NaCI 51,724136 mM; NaH2PO4-H2O 0,9057971 mM; ZnSO4-7H2O
    6.736111E-4 mM; D-glukozę 3,125 mM; HEPES 10,92437 mM; czerwień fenolową 0,021519661 mM; pirogronian sodu 0,22727273 mM; mleczan sodu 0,125 mM.
  12. 12. Zastosowanie zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych, przy czym zoptymalizowana pożywka zawiera mleczan w stężeniu od 125 μM do 6 mM, glukozę w stężeniu od 3,0 do 12,5 mM, oraz przy czym zoptymalizowaną pożywkę stosuje się zarówno do zakładania hodowli pierwotnej neuronów korowych lub wzgórzowych jak i utrzymywania hodowli pierwotnej neuronów korowych lub wzgórzowych.
  13. 13. Zastosowanie zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych według zastrz. 12, znamienne tym, że zoptymalizowana pożywka zawiera mleczan sodu w stężeniu 125 μM, D-glukozę w stężeniu 3 mM.
    PL 235 678 B1
  14. 14. Zastosowanie zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych według zastrz. 12-13, znamienne tym, że zoptymalizowana pożywka ponadto zawiera składniki wybrane z glicyny, alaniny, argininy, asparaginy, cysteiny, histydyny, izoleucyny, leucyny, lizyny, metioniny, fenyloalaniny, proliny, seryny, treoniny, tryptofanu, tyrozyny, waliny, kwasu glutaminowego, glutaminy, chlorku choliny, pantotenianu wapnia, kwasu foliowego, amidu niacyny, hydrochlorku pirydoksalu, ryboflawiny, tiaminy, hydrochlorku tiaminy, kwasu asparaginowego, witaminy B12, inozytolu, NaCI, KCI, MgSO4, CuSO4, FeSO4, NaH2PO4, CaCI2, Fe(NO3)3x9H2O, MgCb, KCI, NaHCOs, NaCI, NaH2PO4-H2O, ZnSO4-7H2O, Na2SeO3, HEPES, biotyny, alfa-tokoferolu, octanu alfa-tokoferolu, witaminy A, albuminy, katalazy, insuliny, dysmutazy nadtlenkowej, transferryny, kortykosteronu, galaktozy, etanolaminy, glutationu, karnityny, kwasu linolowego, kwasu linolenowego, progesteronu, putrescyny, trijodotyroniny, czerwieni fenolowej, pirogronianu sodu lub ich mieszanin.
  15. 15. Zastosowanie zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych według zastrz. 12-14, znamienne tym, że zoptymalizowana pożywka zawiera glicynę 0,4 mM; L-alaninę 0,02247191 mM; hydrochlorek L-argininy 0,39810428 mM; L-asparaginę 0,0055333334 mM; L-cysteinę 0,2603306 mM; hydrochlorek L-histydyny 0,2 mM; L-izoleucynę 0,8015267 mM; L-leucynę 0,8015267 mM; hydrochlorek L-lizyny 0,7978142 mM; L-metioninę 0,20134228 mM; L-fenyloalaninę 0,4 mM; L-prolinę 0,06747826 mM; L-serynę 0,4 mM; L-treoninę 0,7983193 mM; L-tryptofan 0,078431375 mM; L-tyrozynę 0,39779004 mM; L-walinę 0,8034188 mM; kwas glutaminowy 0,0125 mM; L-glutaminę 2,0 mM; chlorek choliny 0,028571429 mM; pantotenian wapnia 0,008385744 mM; kwas foliowy 0,009070295 mM; amid niacyny 0,032786883 mM; hydrochlorek pirydoksalu 0,019607844 mM; ryboflawinę 0,0010638298 mM; hydrochlorek tiaminy 0,011869436 mM; witamina B12 5,0184503E-6 mM; inozytol 0,04 mM; CaCb 1,8018018 mM; Fe(NOs)sx9H2O 2,4752476E-4 mM; MgCb 0,8136842 mM; KCI 5,3333335 mM; NaHCOs 26,190475 mM; NaCI 51,724136 mM; NaH2PO4-H2O 0,9057971 mM; ZnSO4-7H2O 6,736111E-4 mM; D-glukozę 3,125 mM; HEPES 10,92437 mM; czerwień fenolową 0,021519661 mM; pirogronian sodu 0,22727273 mM; mleczan sodu 0,125 mM.
  16. 16. Zastosowanie zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych według zastrz. 12-15, znamienne tym, że w trakcie hodowli wymieniana jest część objętości pożywki, na której prowadzi się hodowlę na zoptymalizowaną pożywkę jak stosowaną w zastosowaniu określonym w zastrz. 12-15.
  17. 17. Zastosowanie zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych według zastrz. 16, znamienne tym, że wymiana części objętości zoptymalizowanej pożywki następuje po 3-4 dobach od dnia startu hodowli, korzystnie etap wymiany zoptymalizowanej pożywki jest wielokrotnie powtarzany co 3-4 doby.
  18. 18. Zastosowanie zoptymalizowanej pożywki do hodowli pierwotnych neuronów korowych lub wzgórzowych według zastrz. 16-17, znamienne tym, że zoptymalizowana pożywka wymieniana jest w ilości od około 1/3 do około 2/3 części objętości pożywki z prowadzonej hodowli, korzystniej wymieniana jest połowa objętości pożywki, na której prowadzona jest hodowla na zoptymalizowaną pożywkę jak stosowaną w zastosowaniu określonym w zastrz. 12-15.
PL422747A 2017-09-05 2017-09-05 Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych oraz jej zastosowanie PL235678B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL422747A PL235678B1 (pl) 2017-09-05 2017-09-05 Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych oraz jej zastosowanie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL422747A PL235678B1 (pl) 2017-09-05 2017-09-05 Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych oraz jej zastosowanie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL422747A1 PL422747A1 (pl) 2019-03-11
PL235678B1 true PL235678B1 (pl) 2020-10-05

Family

ID=65629581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL422747A PL235678B1 (pl) 2017-09-05 2017-09-05 Sposób hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych, zoptymalizowana pożywka do hodowli pierwotnych neuronów korowych i wzgórzowych oraz jej zastosowanie

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL235678B1 (pl)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008102118A1 (en) * 2007-02-19 2008-08-28 Stem Cell Sciences (Uk) Ltd Large scale production of stem cells
CN103484432A (zh) * 2013-09-30 2014-01-01 栾佐 一种诱导神经干/祖细胞分化为少突胶质前体细胞的诱导培养基及其诱导方法和用途
WO2016210313A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Whitehead Institute For Biomedical Research Culture medium for generating microglia from pluripotent stem cells and related methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008102118A1 (en) * 2007-02-19 2008-08-28 Stem Cell Sciences (Uk) Ltd Large scale production of stem cells
CN103484432A (zh) * 2013-09-30 2014-01-01 栾佐 一种诱导神经干/祖细胞分化为少突胶质前体细胞的诱导培养基及其诱导方法和用途
WO2016210313A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Whitehead Institute For Biomedical Research Culture medium for generating microglia from pluripotent stem cells and related methods

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A-K. BOUZIER-SORE ET AL: "2003", LACTATE IS A PREFERENTIAL OXIDATIVE ENERGY SUBSTRATE OVER GLUCOSE FOR NEURONS IN CULTURE *
S. WOHNSLAND ET AL: "2010", NEURONS AND NEURONAL STEM CELLS SURVIVE IN GLUCOSE-FREE LACTATE AND IN HIGH GLUCOSE CELI CULTURE MEDIUM DURING NORMOXIA AND ANOXIA *
Z. ALVAREZ ET AL: "2016", NEURONAL PROGENITOR MAINTENANCE REQUIRES LACTATE METABOLISM AND PEPCK-M-DIRECTED CATAPLEROSIS *

Also Published As

Publication number Publication date
PL422747A1 (pl) 2019-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6148429B2 (ja) ヒト多能性幹細胞の培養方法
US6103529A (en) Animal cell culture media comprising peptides derived from rice
KR20100025569A (ko) 배아 줄기 세포 배양을 위한 제형 및 방법
US20040171152A1 (en) Animal cell culture media comprising non-animal or plant-derived nutrients
WO2011067465A1 (en) Formulations and methods for culturing stem cells
US20130084640A1 (en) Animal cell culture media comprising non animal or plant derived nutrients
CN103857789A (zh) 制备间充质干细胞基础培养基和利用间充质干细胞基础培养基制备细胞治疗产品的方法及用该培养基得到的分化产品
JP6780638B2 (ja) ヒト血清アルブミンを含む神経幹細胞増殖培地
US10968429B2 (en) Chelated iron-containing culture medium for neural stem cells
WO2016210313A1 (en) Culture medium for generating microglia from pluripotent stem cells and related methods
US20190024047A1 (en) Medium for neural stem cells enhancing neural differentiation ability
EP1210410A2 (en) Metal binding compounds and their use in cell culture medium compositions
JP2023531963A (ja) 多能性細胞懸濁物を培養するための方法及び組成物
JP2016073323A (ja) ヒト多能性幹細胞の培養方法
WO2018111908A1 (en) Xenobiotic-free culture system to expand human limbal stem cells
WO2026093217A1 (en) Reduction of albumin in a cell culture medium
WO2026093215A1 (en) Reduction of albumin in a cell culture medium