גישה חלופית ללמוד העיקרי אירועים הקשורים ניוון מוחיים לשעבר Vivo עכברוש המוח בפרוסות
Summary
אנו מציגים שיטה אשר יכול לספק עוד תובנות האירועים בתחילת שבבסיס הקשורים ניוון מוחיים, המבוססת על הטכניקה המוח הוקמה לשעבר-vivo , המשלב את היתרונות של ניסויים ב- vivo ו- in vitro לקשרי . יתר על כן, הוא מייצג הזדמנות ייחודית השוואה ישירה של קבוצת טיפול ללא טיפול באותו מישור אנטומיים.
Abstract
למרות מחקרים רבים המנסים לפתח מודלים אמינים בעלי חיים אשר המשקף העיקרית תהליכים הקשורים ניוון מוחיים הבסיסית, מעטים התקבלו באופן נרחב. כאן, אנו מציעים הליך חדש מקורי ידועים שמחוץ המוח פרוסה הטכניקה, אשר מציעה יישום קרוב ויוו-כמו לתרחיש יותר במבחנה הכנות, על חקירת האירועים בתחילת מפעילה ניוון תאים, כמו נצפתה מחלת אלצהיימר (AD). וריאציה זו כוללת צעדים לשחזור בקלות ופשוט, המאפשר שימור cytoarchitecture האנטומי של האזור שנבחר המוח ופונקציונליות המקומית שלה וחשש פיזיולוגיים. ניתן להשיג במגוון תחומים אנטומיים המוח באותו, מתן האפשרות לבצע ניסויים מרובים עם הטיפולים המדובר האתר – מינון-, באופן תלוי-זמן. מגבלות פוטנציאליים, אשר עלול להשפיע על התוצאות הקשורות מתודולוגיה זו קשורים שימור הרקמה, קרי, שמירה על שלמותה אנטומי במהלך השלבים הדגירה וגזירה, העובי סעיף, אשר יכול להשפיע על הניתוח הביוכימי ו- immunohistochemical. גישה זו יכולה להיות מועסק למטרות שונות, כגון חקר המנגנונים המולקולריים המעורבים בתנאים פיזיולוגיים או פתולוגית, והתרופות הקרנה או מבחני מנה-תגובה. לבסוף, פרוטוקול זה גם יכול להפחית את מספר בעלי חיים המועסקים במחקרים התנהגותיים. היישום דיווחו כאן שתוארו לאחרונה ובדק בפעם הראשונה ב- ex-vivo עכברוש המוח פרוסות המכילות הקדמי הבזליים (BF), אשר הוא אחד האזורים במוח מושפע בעיקר לספירה. באופן ספציפי, זה הוכח כי הממשל של פפטיד רעילים שמקורם את קצה קרבוקסילי של אצטילכולין אסטראז (AChE) יכול לבקש פרופיל כמו AD, מפעילה, לאורך ציר גישה antero-אחוריים BF, ביטוי דיפרנציאלי של חלבונים שינו לספירה, כגון הקולטן nicotinic alpha7 (α7-nAChR), phosphorylated טאו (p-טאו), עמילואיד ביתא (Aβ).
Introduction
המודעה היא שמחלה כרונית המאופיינת על ידי ליקוי ניווניות הדרגתית להשפיע על אזורים שונים במוח, כגון entorhinal קליפת (EC), BF, ההיפוקמפוס (HC) וכן הריח הנורה (אבוב)1,2,3, 4,5. כך שהאח של AD התפתחות להוביל ירידה קוגניטיבית מתקדמת, גורם מחלה זו הצורה הנפוצה ביותר של דמנציה, והיוו כ-70% של המקרים כל6. למרות ניסיונות נרחב להבין בשלבים הראשונים גורם לספירה, אין כרגע אינדיקציה ניסיוני מוגדר שחקרתי אותם. בנוסף, התיאוריה המקובלת ביותר – “עמילואיד ההשערה” – נחקרת יותר ויותר מאז הוא אינו מספק פרופיל מלא להסביר את pathobiology לספירה, ולא מטרה התרופות הוכיח יעילות7,8 ,9.
תיאוריה חלופית אשר מקבל תשומת לב גדלה והולכת מרמז כי המנגנון הראשוני המתרחשים במהלך הקשורים ניוון מוחיים הקשורים מקבץ עצביים רגישים בעיקר לספירה3,10,11 , 12 , 13 , 14. רכזת הסלולר הטרוגנית זו הקיפה במסגרת הפרויקטים BF, המוח האמצעי, גזע המוח, באזורים מרובים, כגון ה EC, HC ו- OB15,16. למרות המגוון שלה מורפולוגיה עצביים, סינתזה נוירוטרנסמיטר, הגרעין של תאים משתף תכונה נפוצה לבטא כאב, אשר יכול להיות גם של פונקציה אנזימטי17,18. התפקיד-קלאסי זה כמו רומן איתות מולקולה שמתווכת סידן (Ca2 +) מזרימה נוירונים אשר יכול לחוות אירועים עם מחלות או רעילים ביחס במינון2 + Ca, זמינות ו עצביים בגיל17,18 , 19.
במהלך הקשורים ניוון מוחיים, אובדן תאי שנצפה יכול להיות לכן קשור עם זה פונקציה שאינה אנזימטי17,18,20, אשר אינה משרתת פפטיד 30mer (T30) ביקע מ כאב קרבוקסילי 20. בקנה אחד עם תוצאות קודמות, נישא על תרבית תאים וההכנות אופטי הדמיה18,21 , הפגנו, באמצעות גישה חדשנית המבוססת על שמחוץ עכברוש המוח פרוסות המכילות מבנים BF, שהביאה T30 המודעה דמוי22. באופן ספציפי, מתודולוגיה חדשה זו מציעה תרחיש פיזיולוגית יותר מאשר תרבית תאים מאז זה משמר רבים מהמאפיינים של רקמות ללא פגע, ועד אנטומי שימור המעגלים, גם אם עבור חלון זמן של שעות. אנחנו מוחלים פרוטוקול זה לחקור את האירועים המתרחשים במהלך השלבים המוקדמים של הקשורים ניוון מוחיים, ניטור התגובה חריפה עם יישום T30.
למרות גוף גדול של הספרות על משתמש במוח פרוסות לחקור מסלולים מולקולריים נרמז נזקים עצביים או23,נוירוג’נסיס24, פרוטוקול זה מספק בפעם הראשונה מיידי יותר, רגיש הקריא בהשוואה לשימוש משותף של פרוסות organotypic. עם זאת, כפי שקורה organotypic מקטעים המוח, הליך חריפה פרוסה יכול גם להיות מאומץ למספר מטרות, כגון הערכת neuroprotective או מולקולות העצבים, גילוי ראשוני השינויים המולקולריים המתרחשים תהליך ספציפי, immunohistochemical ניתוח ולאחר מבחני תרופתי על מערכת העצבים המרכזית הקשורים פתולוגיות.
Protocol
Representative Results
Discussion
ההיבט העיקרי של פרוטוקול זה, המבוסס על טכניקת המוח ומבוססת ex-vivo , מאפשר לבחון באופן סינכרוני שני hemislices סימונים, המתקבל אותו מישור אנטומיים, ניטור התגובה שלהם לאחר היישום של ספציפי תנאי (לשלוט או לטפל); זה מציע לכן פרדיגמה נסיונית מבוקר חזק ככל האפשר. האפשרות של הערכת פעם, מינון-ו באופן ס?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומן על ידי נוירו-ביו בע מ ברצוננו להודות Ferrati ג’ובאני ד ר ד ר סרג’יו ברוטונדו (נוירו-ביו) הערות, עצות על כתב היד.
Materials
| Sodium chloride (NaCl) | Sigma-Aldrich, Germany | S7653 | Reagent for aCSF preparation |
| Potassium chloride (KCl) | Sigma-Aldrich, Germany | P9333 | Reagent for aCSF preparation |
| Sodium bicarbonate (NaHCO3) | Sigma-Aldrich, Germany | S5761 | Reagent for aCSF preparation |
| Magnesium sulphate heptahydrate (MgSO4 (7H2O)) | Sigma-Aldrich, Germany | 63138 | Reagent for aCSF preparation |
| Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) | Sigma-Aldrich, Germany | P5655 | Reagent for aCSF preparation |
| Hepes salt | Sigma-Aldrich, Germany | H7006 | Reagent for aCSF preparation |
| Hepes acid | Sigma-Aldrich, Germany | H3375 | Reagent for aCSF preparation |
| Glucose | Sigma-Aldrich, Germany | G7528 | Reagent for aCSF preparation |
| Calcium chloride dehydrate | Sigma-Aldrich, Germany | 223506 | Reagent for aCSF preparation |
| T30 peptide | Genosphere Biotechnologies, France | AChE-derived peptide tested | |
| Surgical dissecting kit | World Precision Instruments, USA | Item #: MOUSEKIT | Brain removal step |
| Surgical blades | Swann-Morton, UK | BS 2982 | Brain removal step |
| Filter paper | Fisher Scientific, USA | 11566873 | Brain preparation for slicing |
| Glue | Brain preparation for slicing | ||
| Vibratome | Leica, Germany | VT1000 S | Slicing |
| Brushes | Tissue handling | ||
| Oxygen canister | Sectioning and incubation phase | ||
| 1x Phosphate buffer saline (PBS) | Fisher Scientific, USA | BP2438-4 | Homogenization step |
| Phosphatase inhibitors | Fisher Scientific, USA | 1284-1650 | Homogenization step |
| Protease inhibitors | Roche complete PIC, USA | 4693116001 | Homogenization step |
| Pestles | Starlab, UK | I1415-5390 | Homogenization step |
| Microcentrifuge | |||
| Pierce 660 nm Protein Assay | Thermo Scientific, USA | 22660 | Protein concentration |
References
- Braak, H., Braak, E. Neuropathological stageing of Alzheimer-related changes. Acta Neuropathologica. 82 (4), 239-259 (1991).
- Schliebs, R. Basal forebrain cholinergic dysfunction in Alzheimer’s disease–interrelationship with beta-amyloid, inflammation and neurotrophin signaling. Neurochemical Research. 30 (6-7), 895-908 (2005).
- Schmitz, T. W., et al. Basal forebrain degeneration precedes and predicts the cortical spread of Alzheimer’s pathology. Nature Communications. 7, 13249 (2016).
- Fjell, A. M., McEvoy, L., Holland, D., Dale, A. M., Walhovd, K. B. What is normal in normal aging? Effects of aging, amyloid and Alzheimer’s disease on the cerebral cortex and the hippocampus. Progress in neurobiology. 117, 20-40 (2014).
- Kovács, T., Cairns, N. J., Lantos, P. L. Olfactory centres in Alzheimer’s disease: olfactory bulb is involved in early Braak’s stages. Neuroreport. 12 (2), 285-288 (2001).
- Winblad, B., et al. Defeating Alzheimer’s disease and other dementias: a priority for European science and society. The Lancet Neurology. 15 (5), 455-532 (2016).
- Herrup, K. The case for rejecting the amyloid cascade hypothesis. Nat Neurosci. 18 (6), 794-799 (2015).
- De Strooper, B., Karran, E. The Cellular Phase of Alzheimer’s Disease. Cell. 164 (4), 603-615 (2016).
- Scheltens, P., et al. Alzheimer’s disease. Lancet. 388 (10043), 505-517 (2016).
- Arendt, T., Brückner, M. K., Lange, M., Bigl, V. Changes in acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase in Alzheimer’s disease resemble embryonic development-A study of molecular forms. Neurochemistry International. 21 (3), 381-396 (1992).
- Auld, D. S., Kornecook, T. J., Bastianetto, S., Quirion, R. Alzheimer’s disease and the basal forebrain cholinergic system: relations to β-amyloid peptides, cognition, and treatment strategies. Progress in Neurobiology. 68 (3), 209-245 (2002).
- Arendt, T., Bruckner, M. K., Morawski, M., Jager, C., Gertz, H. J. Early neurone loss in Alzheimer’s disease: cortical or subcortical?. Acta Neuropathol Commun. 3, 10 (2015).
- Mesulam, M. The Cholinergic Lesion of Alzheimer’s Disease: Pivotal Factor or The Cholinergic Lesion of Alzheimer’s Disease: Pivotal Factor or Side Show?. Learn Mem. , 43-49 (2004).
- Schliebs, R., Arendt, T. The cholinergic system in aging and neuronal degeneration. Behavioural Brain Research. 221 (2), 555-563 (2011).
- Mesulam, M. M., Mufson, E. J., Wainer, B. H., Levey, A. I. Central cholinergic pathways in the rat: An overview based on an alternative nomenclature (Ch1-Ch6). Neurosciences. 10 (4), 1185-1201 (1983).
- Mesulam, M., Mufson, E. J., Levey, A. I., Wainer, B. H. Cholinergic innervation of cortex by the basal forebrain: cytochemistry and cortical connections of the septal area, diagonal band nuclei, nucleus basalis (substantia innominata), and hypothalamus in the rhesus monkey. J Comp Neurol. 214 (2), 170-197 (1983).
- Greenfield, S. Discovering and targeting the basic mechanism of neurodegeneration: The role of peptides from the C-terminus of acetylcholinesterase: Non-hydrolytic effects of ache: The actions of peptides derived from the C-terminal and their relevance to neurodegenerat. Chemico-Biological Interactions. 203 (3), 543-546 (2013).
- Garcia-Ratés, S., et al. (I) Pharmacological profiling of a novel modulator of the α7 nicotinic receptor: Blockade of a toxic acetylcholinesterase-derived peptide increased in Alzheimer brains. Neuropharmacology. 105, 487-499 (2016).
- Eimerl, S., Schramm, M. The quantity of calcium that appears to induce neuronal death. Journal of neurochemistry. 62 (3), 1223-1226 (1994).
- Greenfield, S., Vaux, D. J. Commentary Parkinson’s Disease, Alzheimer’s Disease and Motor Neurone Disease: Identifying a Common Mechanism. Science. 113 (3), 485-492 (2002).
- Badin, A. S., Morrill, P., Devonshire, I. M., Greenfield, S. A. (II) Physiological profiling of an endogenous peptide in the basal forebrain: Age-related bioactivity and blockade with a novel modulator. Neuropharmacology. 105, 47-60 (2016).
- Brai, E., Stuart, S., Badin, A. -. S., Greenfield, S. A. A Novel Ex Vivo Model to Investigate the Underlying Mechanisms in Alzheimer’s Disease. Frontiers in Cellular Neuroscience. 11, 291 (2017).
- Cho, S., Wood, A., Bowlby, M. R. Brain slices as models for neurodegenerative disease and screening platforms to identify novel therapeutics. Current neuropharmacology. 5 (1), 19-33 (2007).
- Humpel, C. Organotypic brain slice cultures: A review. Neurosciences. 305, 86-98 (2015).
- Sakmann, B., Neher, E. Patch clamp techniques for studying ionic channels in excitable membranes. Annual review of physiology. 46, 455-472 (1984).
- Jensen, M. S., Lambert, J. D. C., Johansen, F. F. Electrophysiological recordings from rat hippocampus slices following in vivo brain ischemia. Brain Research. 554 (1-2), 166-175 (1991).
- Ferrati, G., Martini, F. J., Maravall, M. Presynaptic Adenosine Receptor-Mediated Regulation of Diverse Thalamocortical Short-Term Plasticity in the Mouse Whisker Pathway. Frontiers in Neural Circuits. 10, 1-9 (2016).
- Grinvald, A., Hildesheim, R. VSDI: a new era in functional imaging of cortical dynamics. Nature Reviews Neuroscience. 5 (11), 874-885 (2004).
- Badin, A. S., John, E., Susan, G. High-resolution spatio-temporal bioactivity of a novel peptide revealed by optical imaging in rat orbitofrontal cortex in vitro: Possible implications for neurodegenerative diseases. Neuropharmacology. 73, 10-18 (2013).
- Greenfield, S. A., Badin, A. S., Ferrati, G., Devonshire, I. M. Optical imaging of the rat brain suggests a previously missing link between top-down and bottom-up nervous system function. Neurophotonics. 4, 31213 (2017).
- Opitz-Araya, X., Barria, A. Organotypic hippocampal slice cultures. Journal of visualized experiments: JoVE. (48), (2011).
- Gong, C. -. X., Lidsky, T., Wegiel, J., Grundke-Iqbal, I., Iqbal, K. Metabolically active rat brain slices as a model to study the regulation of protein phosphorylation in mammalian brain. Brain Research Protocols. 6 (3), 134-140 (2001).
