慢性EAEを有するマウスにおける神経幹/前駆細胞の全身注射
Summary
神経幹/前駆細胞（NPCの）の移植は、再生神経学に大きな約束を保持している。のNPCの全身送達は、脳および中枢神経系の実験的慢性炎症性損傷の影響を受け齧歯類およびヒト以外の霊長類の脊髄に幹細胞を提供するために効果的な、侵襲的な低、かつ治療に非常に効果的なプロトコルになっています。
Abstract
神経幹/前駆細胞（NPCの）は、再生神経の脳の修復や復元を目的とした移植のアプローチのための有望な幹細胞源である。このディレクティブは、脳の修復が神経疾患のいくつかの前臨床モデルでの焦点または全身NPC移植後に達成されていることを豊富な証拠から生じている。
これらの実験データは、緊急の評価を必要とする脳疾患のための修復、幹細胞治療の主なハードルの一つとして細胞送達経路を同定した。実質内の幹細胞移植は、例えば、脊髄損傷およびパーキンソン病のような単離され、アクセス可能な脳の病変によって特徴付けられる病状の論理的なアプローチを表す。残念ながら、この原理は、多発性硬化症（MS）を含む、不十分、多焦点を特徴とする状態に適用炎症性および散在性（時間的にも空間の）性質である。このように、脳はシステム経験による標的EMIC NPC送達は、脳および中枢神経系（CNS）の実験的慢性炎症性損傷の影響を受け齧歯類およびヒト以外の霊長類の脊髄に細胞を送達するための低侵襲性治療上有効なプロトコルとなっている。
細胞送達のこの代替方法は、（i）に特異的にそれらの生得的な能力、NPCのpathotropismに依存している機能的な細胞接着分子および炎症性サイトカインおよびケモカイン受容体を介して環境を感知し; （II）静脈後漏れるの解剖学的障壁交差または脳室内（ICV）注射（ 静脈 ）; （iii）の炎症性の脳および脊髄損傷の複数の血管周囲部位（単数または複数）のレベルで蓄積する。および（iv）インビボで異なる宿主標的細胞上に顕著な組織栄養および免疫調節効果を発揮する。
ここでは、我々はIVのために開発した方法が記載されている。と<EM慢性CNS炎症性脱髄のモデルとして実験的自己免疫性脳脊髄炎（EAE）マウスにおける同系のNPC> ICV配信、および再生神経学における炎症を起こした脳の選択的標的化のための貴重な技術のような全身性幹細胞送達を想定。
Introduction
強力な証拠は、CNS障害1-8の動物モデルにおける体性神経幹/前駆細胞（NPCの）移植の治療効果を証明するインビボ研究から生じた。これらの実験結果は臨床応用に変換することができる前に、それにもかかわらず、宿主への幹細胞の送達に関連する問題の数は、慎重な検討が必要です。多病巣性、慢性炎症性脳疾患のための（非造血系）回復幹細胞治療の開発に向け、特に、実質的なハードルは、NPCの注射の理想的なルートの同定である。対象となる疾患の病態生理をしっかり理解（限局性または多病巣性、原発性または原発性変性）、および配信技術に関連する実現可能性とリスクの問題の慎重な分析は、幹細胞送達に最適なプロトコルを識別している。
（焦点間<em>例えば。神経系の実質に）幹細胞移植損傷の空間的に閉じ込められた領域によって特徴付けられるCNS疾患の治療への論理的アプローチである（ 例えば、パーキンソン病およびハンチントン病、脳および脊髄外傷、および脳卒中）、非常に同じアプローチを証明することができるこのような多病巣性、慢性、および空間的に播種性CNS損傷が時間をかけて蓄積し、MS、などの条件に実質的に実行不可能であると。この後者の場合、個々の病変に焦点細胞注入を標的はまた、このように低侵襲NPCの移植に標的CNSの他の、より適切な方法の識別を促す、CNS実質内長距離にわたって移行する移植されたNPCの限られた能力によって妨げられる。
大きな期待はCNS9外に血管内に注入された場合のNPCは、マウスにおける頭蓋内腫瘍（ 例えば神経膠腫）を標的観測から明らかになった。この独創的な次の幹細胞pathotrophism 10のin vivoでの証拠に 、広範なデータは、静脈内のいずれかを介して 、炎症性CNS損傷のモデルとして、実験的自己免疫性脳脊髄炎（EAE）と実験動物における実現可能性とのNPCの全身移植の治療効果に関する蓄積されてきた（IV）または脳室内（ICV）のNPC注入1,2,5,6,8···私たちは、まず、これはターゲットと入力し、炎症を起こしたCNSに、その後、複数の細胞間に係合するように移植したNPCの能力に依存していることが示されている生体 11 内の特定の微小環境内で通信プログラム。特に中枢神経系を標的とするために、NPCは脳脊髄液（CSF）ICV注射による循環、または静脈内注射を介して血流への直接配信されます。一度血流またはCSFのいずれかを入力し、移植されたNPCは積極的に相互作用血液脳（BBB）または血液脳脊髄液（BCSFB）障壁とCNS実質を入力してください。 NPCグラフト及びBBB（又はBCSFB）との間のこの相互作用は、NPC表面の細胞接着分子（CAM）の特定のセットにより調節および活性化内皮/上衣細胞12-14上のCAMカウンターリガンドの高レベルの発現によって促進される。これらのCAMの例としては、ヒアルロン酸の受容体であるCD44、および細胞間接着分子（ICAM）-1のリガンドは非常に遅い抗原（VLA）-4 5,15,16（つまり、白血球では、活性化上衣との相互作用の責任があるが含まれおよび内皮細胞）、およびはるかに低い程度のリンパ球機能関連抗原（LFA）-1およびP-セレクチン糖タンパク質リガンド（PSGL）-1。 NPCはまた、CCR1、CCR2、CCR5、CXCR3、およびCXCR4を含む、ケモカイン受容体の広範囲を発現する（しかし、CCR3およびCCR7を発現しない）、 インビトロおよびインビボの両方で 5,16、機能的に活性である。このように、systemicaLLYのNPCは、炎症を起こしたCNSのレベルで蓄積する、Gタンパク質共役受容体（GPCRは）とともに、これらのCAMを使用して注入した。逆に、NPCは、血管や脳脊髄液の空間ルート2 を介して中枢神経系を入力しない健康なマウスに全身的に注射。 CNS炎症、または化学的に誘発された脳炎のモデルとして、全身性サイトカインまたはlypopolisaccharide（LPS）の注射後に内皮/上衣細胞の活性化は、脳や脊髄の2に全身に注入されたNPCの蓄積が必要である。このようにして、全身のNPC療法とCNSの成功ターゲティングは、脳と脊髄環境が蓄積とのNPCの経内皮移動に資するである、機会（ウー）の病気特定のウィンドウの識別に依存している。このような条件は、一般的に、急性および亜急性炎症17のコンテキストで発生する。一度、未分化のNPCを移植し、中枢神経系に入ったマウスの臨床病理学的な特徴だけでなく、EAEを持つ大規模、ヒト以外の霊長類を改善することが示されている。これはに応じて最小限の細胞置換2および非CNS炎症を起こした領域19,20（ 例えばリンパ節）VS血管周囲のCNS 2,5,6,18内の免疫調節および神経保護パラクリン因子の分泌が顕著で依存していることが記載されている炎症細胞シグナル伝達は、免疫細胞の浸潤を5により誘発される。
ここに我々は、慢性EAEのマウスモデルに、体のNPCの全身注射の主要な方法論の側面を説明します。具体的には、我々は我々が（i）に設置していたプロトコルを展開し、派生して、大人のC57BL / 6マウスの脳室下帯（SVZ）からの移植体細胞のNPCの準備を定義します。 （ii）は、マウスの慢性EAEを誘導し、（iii）の（ 静脈内または脳室内投与 ）治療的に有効な全身を行うNPC移植iをNTO EAEマウス。
Protocol
Representative Results
Discussion
体性幹細胞に基づく治療は、例えば、MS2 11などの慢性炎症性CNS障害を治療するための最も有望な戦略の一つとして浮上している。その治療効果を維持するメカニズムはまだ完全に解明される必要があるが、神経変性疾患の様々な実験モデルにおいて、NPC移植の重大な影響は、細胞がすぐにヒトでの研究にも適用することができる幹やや挑発的な信念に上昇を与えている。しかし、我?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、批判的に原稿を編集して再検討し、証明にジェイデン·スミスに感謝します。この作品は、国立多発性硬化症協会（NMSS、部分的な補助金RG-4001-A1）から支持を受けて、イタリアの多発性硬化症協会（AISMは、2010/R/31を付与）、イタリア保健省（GR08-7）、ライフ、バンカアグリコラPOPOLAREディラグーザ（BAPR）、欧州研究会議（ERC）ERC-2010-STGグラント契約の下では260511-SEM_SEMと欧州共同体（EC）第7次フレームワークプログラム（FP7/2007-2013）のための翼グラント契約書N *度の下で; 280772 – ジオン。
Materials
| Cell culture | |||
| EBSS | Sigma | E2888 | |
| L-Cystein | SIGMA-ALDRICH CO LTD | C7352 | |
| Papain | WORTHINGTON | 30H11965 | |
| EDTA | Fisher scientific | D/0700/50 | |
| Mouse NeuroCult basal medium | Stem Cell technologies | 05700 | |
| NeuroCult proliferation supplements | Stem Cell technologies | 05701 | |
| Heparin | Sigma | H3393 | |
| Basic fibroblast growth factor | Peprotech | 100-18B-1000 | |
| Epidermal growth factor | Peprotech | AF-100-15-1000 | |
| Pen/Strep | Invitrogen | 1514012 | |
| Matrigel (coating solution) | BD biosciences | 354230 | |
| NeuroCult® Differentiation Kit (Mouse) | Stem cell technologies | 05704 | |
| Accumax | eBioscience | 00-4666-56 | |
| Dulbecco's PBS (DPBS) (10x) without Ca& Mg | PAA LABORATORIES LTD | H15-011 | |
| Myco trace | PAA LABORATORIES LTD | Q052-020 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | SIGMA | D2650 | |
| immunofluorescence | |||
| Normal goat serum | PAA LABORATORIES LTD | B11-035 | |
| Polyethylene glycol p-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-phenyl ether | SIGMA-ALDRICH CO LTD | T8787 | |
| Mouse anti Nestin | Abcam | ab11306 | |
| Rabbit anti GFAP | DAKO | 203344 | |
| Mouse anti Histone H3 (phospho S10) | Abcam | ab14955 | |
| Rabbit anti MAP-2 | Abcam | ab32454 | |
| Rat anti MBP | AbD SEROTEC | MCA409S | |
| Anti-O4 Antibody, clone 81 | MAB345 | Millipore | MAB345 | |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | |
| Mounting solution | DAKO | S3023 | |
| EAE | |||
| Freund's Adjuvant Incomplete | SIGMA-ALDRICH CO LTD | F5506 | |
| Mycobacterium tuberculosis | DIFCO | H37Ra | |
| MOG(35–55) | Espikem | ||
| Pertussis toxin | List Biological Laboratories | 181 | |
| Tissue processing | |||
| Iris scissor straight | Fine Sciences Tolls | 14060-09 | |
| Blunt/bended forceps | Fine Sciences Tolls | 11080-02 | |
| Brain slicer | Zivic instruments | BSMAS005-1 | |
| Surgical blades | Swann-Morton | 324 | |
| P200, P1000 pipettes | |||
| Ketamine (Vetalar) | Boehringer Ingelheim | 01LC0030 | |
| Xylazine (Rompun) | Bayer | 32371 | |
| Stereotaxic frame | KOPF | Model 900 | |
| Hamilton syringe | Hamilton | 7762-04 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | SIGMA | 158127 | |
| VECTASTAIN Elite ABC Kit | vector laboratories | PK-6100 |
References
- Ben-Hur, T., et al. Transplanted multipotential neural precursor cells migrate into the inflamed white matter in response to experimental autoimmune encephalomyelitis. Glia. 41, 73-80 (2003).
- Pluchino, S., et al. Injection of adult neurospheres induces recovery in a chronic model of multiple sclerosis. Nature. 422, 688-694 (2003).
- Chu, K., Kim, M., Jeong, S. W., Kim, S. U., Yoon, B. W. Human neural stem cells can migrate, differentiate, and integrate after intravenous transplantation in adult rats with transient forebrain ischemia. Neurosci. Lett. 343, 129-133 (2003).
- Bottai, D., Madaschi, L., Di Giulio, A. M., Gorio, A. Viability-dependent promoting action of adult neural precursors in spinal cord injury. Mol. Med. 14, 634-644 (2008).
- Pluchino, S., et al. Neurosphere-derived multipotent precursors promote neuroprotection by an immunomodulatory mechanism. Nature. 436, 266-271 (2005).
- Einstein, O., et al. Intraventricular transplantation of neural precursor cell spheres attenuates acute experimental allergic encephalomyelitis. Mol. Cell Neurosci. 24, 1074-1082 (2003).
- Chu, K., et al. Human neural stem cell transplantation reduces spontaneous recurrent seizures following pilocarpine-induced status epilepticus in adult rats. Brain Res. 1023, 213-221 (2004).
- Jeong, S. W., et al. Human neural stem cell transplantation promotes functional recovery in rats with experimental intracerebral hemorrhage. Stroke. 34, 2258-2263 (2003).
- Aboody, K. S., et al. Neural stem cells display extensive tropism for pathology in adult brain: evidence from intracranial gliomas. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 12846-12851 (2000).
- Muller, F. J., Snyder, E. Y., Loring, J. F. Gene therapy: can neural stem cells deliver. Nat. Rev. Neurosci. 7, 75-84 (2006).
- Martino, G., Pluchino, S. The therapeutic potential of neural stem cells. Nat. Rev. Neurosci. 7, 395-406 (2006).
- Deckert-Schluter, M., Schluter, D., Hof, H., Wiestler, O. D., Lassmann, H. Differential expression of ICAM-1, VCAM-1 and their ligands LFA-1, Mac-1, CD43, VLA-4, and MHC class II antigens in murine Toxoplasma encephalitis: a light microscopic and ultrastructural immunohistochemical study. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 53, 457-468 (1994).
- Hemmer, B., Archelos, J. J., Hartung, H. P. New concepts in the immunopathogenesis of multiple sclerosis. Nat. Rev. Neurosci. 3, 291-301 (2002).
- Butcher, E. C., Picker, L. J. Lymphocyte homing and homeostasis. Science. 272, 60-66 (1996).
- Rampon, C., et al. Molecular mechanism of systemic delivery of neural precursor cells to the brain: assembly of brain endothelial apical cups and control of transmigration by CD44. Stem Cells. 26, 1673-1682 (2008).
- Pluchino, S., et al. Human neural stem cells ameliorate autoimmune encephalomyelitis in non-human primates. Ann. Neurol. 66, 343-354 (2009).
- Martino, G., Pluchino, S., Bonfanti, L., Schwartz, M. Brain regeneration in physiology and pathology: the immune signature driving therapeutic plasticity of neural stem cells. Physiol. Rev. 91, 1281-1304 (2011).
- Aharonowiz, M., et al. Neuroprotective effect of transplanted human embryonic stem cell-derived neural precursors in an animal model of multiple sclerosis. PLoS ONE. 3, e3145 (2008).
- Pluchino, S., et al. Immune regulatory neural stem/precursor cells protect from central nervous system autoimmunity by restraining dendritic cell function. PLoS One. 4, (2009).
- Einstein, O., et al. Neural precursors attenuate autoimmune encephalomyelitis by peripheral immunosuppression. Ann. Neurol. 61, 209-218 (2007).
- Gritti, A., et al. Multipotential stem cells from the adult mouse brain proliferate and self-renew in response to basic fibroblast growth factor. J. Neurosci. 16, 1091-1100 (1996).
- Furlan, R., Pluchino, S., Marconi, P. C., Martino, G. Cytokine gene delivery into the central nervous system using intrathecally injected nonreplicative viral vectors. Methods Mol. Biol. 215, 279-289 (2003).
- Constantin, G. Visualization and analysis of adhesive events in brain microvessels by using intravital microscopy. Methods Mol. Biol. 239, 189-198 (2004).
- Politi, L. S., et al. Magnetic-resonance-based tracking and quantification of intravenously injected neural stem cell accumulation in the brains of mice with experimental multiple sclerosis. Stem Cells. 25, 2583-2592 (2007).
- Melzi, R., et al. Co-graft of allogeneic immune regulatory neural stem cells (NPC) and pancreatic islets mediates tolerance, while inducing NPC-derived tumors in mice. PLoS One. 5, (2010).
- Amariglio, N., et al. Donor-derived brain tumor following neural stem cell transplantation in an ataxia telangiectasia patient. PLoS Med. 6, (2009).
- Ben-Hur, T., et al. Effects of proinflammatory cytokines on the growth, fate, and motility of multipotential neural precursor cells. Mol. Cell Neurosci. 24, 623-631 (2003).
- Giusto, E., Donega, M., Cossetti, C., Pluchino, S. Neuro-immune interactions of neural stem cell transplants: From animal disease models to human trials. Exp. Neurol. , (2013).
