Ein Neurosphäre Assay auszuwertende endogenen neurale Stammzellen Aktivierung in einem Mausmodell der minimalen Spinal Cord Injury
Summary
Hier zeigen wir die Leistung eines minimalen Rückenmark Verletzungen Modells in einer Erwachsenen Maus, die den zentralen Kanal Nische Gehäuse endogenen neurale Stammzellen (NSCs) erspart. Wir zeigen, wie neurosphäre Assay verwendet werden kann, um Aktivierung und Migration der definitive und primitiven NSCs nach Verletzung zu quantifizieren.
Abstract
Neurale Stammzellen (NSCs) im Erwachsenen Säugetier Rückenmark sind relativ mitotically Ruhestrom Einwohner periventrikulären Zellen, die studierte in Vitro mit neurosphäre Assay werden können. Dieser Assay koloniebildenden ist ein mächtiges Werkzeug um die Reaktion der NSCs auf exogene Faktoren in einer Petrischale zu studieren; jedoch kann auch hiermit, die Wirkung von in Vivo Manipulationen mit das richtige Verständnis der Stärken und Grenzen des Tests zu studieren. Eine Manipulation der klinischen Interesse ist die Wirkung von Verletzungen auf endogene Aktivierung der NSC. Aktuelle Modelle von Verletzungen des Rückenmarks sind eine Herausforderung, diese zu studieren, da die Schwere der gemeinsamen Prellung, Komprimierung und Durchtrennung Modelle führen die Zerstörung der NSC Nische an der Stelle der Verletzung wo die Stammzellen befinden. Hier beschreiben wir ein minimaler Verletzung-Modell, das an der oberflächlichen dorsolateralen Oberfläche der unteren thorakalen Ebene (T7/8) des Rückenmarks Erwachsenen Maus lokalisierte schädigt. Dieses Modell Verletzungen erspart den zentralen Kanal auf der Ebene der Verletzungen und ermöglicht Analyse von NSCs, die auf der Ebene der Läsion zu verschiedenen Zeitpunkten nach Verletzung befinden. Wir zeigen hier, wie die neurosphäre Assay genutzt werden kann, um die Aktivierung von zwei unterschiedlichen, Comyn-bezogenen, Populationen von NSCs zu studieren, die in das Rückenmark periventrikulären Region – primitiv und definitive NSCs befinden (pNSCs und dNSCs, beziehungsweise). Wir zeigen, wie zu isolieren und Kultur Diese NSCs aus der periventrikulären Region auf der Ebene der Verletzungen und der weißen Substanz Verletzung Aufstellungsort. Unsere Post-op Rückenmark Sezierungen zeigen vermehrt pNSC und dNSC abgeleitet neurosphären aus der periventrikulären Region des verletzten Schnüre im Vergleich zu Kontrollen, zu deren Aktivierung über Verletzungen sprechen. Darüber hinaus nach Verletzungen, dNSC abgeleitet neurosphären isoliert werden aus Verletzung Aufstellungsort – Nachweis der Fähigkeit der NSCs aus ihrer Nische periventrikulären auf Seiten der Verletzung zu migrieren.
Introduction
Das zentrale Nervensystem enthält eine Subpopulation von selbst erneuernde, multipotente Stammzellen, die alle die verschiedenen Reifen neuronale Zelle Arten1,2,3,4auslösen können. Diese neuronalen Stammzellen (NSCs) befinden sich in spezialisierten Nischen im Gehirn und im Rückenmark und nach Verletzungen zu vermehren, migrieren und differenzieren in ausgereifte Nervenzellen aktiviert werden kann. NSCs und deren Nachkommen haben gezeigt, zu der Verletzung Aufstellungsort in kortikalen Verletzung Modelle5,6migrieren. Im Gehirn nachweislich die NSCs aus der seitlichen Ventrikel an der Stelle der Verletzung zu migrieren, wo sie in Astrozyten, die glial Narbe Bildung7beitragen, zu differenzieren. Im Rückenmark jedoch wurden nur wenige Studien um zu Fragen, ob diese gleichen endogenen NSCs nutzbar gemacht werden können, Förderung der Erholung nach Verletzungen des Rückenmarks durchgeführt. In der Tat gibt es derzeit eine Debatte darüber, ob Aktivierung des Stammzell-Pools im Rückenmark eine direkte physische Schädigung der Auskleidung der zentralen Kanal8 periventrikulären Nische erfordert oder wenn die Schäden an der Wirbelsäule Parenchym (verlassen des Stamms Schnur Zelle Nische intakt) genügt zur Aktivierung endogener NSCs9zur Verfügung.
Eine Reihe von Rückenmark Verletzungen (SCI) Modelle wurden eingesetzt, um die Pathophysiologie der akuten und chronischen Verletzungen zu studieren. Diese Modelle wurden auch zur möglichen Therapien zur Behandlung von SCI durch Neuroprotektion, Immunmodulation und entwickelnden Zelle Transplantation/Ersatz Strategien10,11,13testen. Aktuelle Modelle verfügen über Kompression und/oder Prellung Verletzungen, die groß angelegte funktionelle Defizite sowie umfangreiche Läsionen und Kavitation in der Schnur14,15verursachen. Daraus resultierende glial Narben können mehrere wirbelsäulensegmente zusammen mit der Mehrheit der Breite/Umfang des Rückenmarks16erstrecken. So, während diese Modelle klinisch relevant sind, leisten sie große Herausforderungen für das Studium der Reaktion des endogenen NSCs nach Verletzung. Es gibt chemische Modelle der Verletzung, die um mildere Formen der Verletzung zu verursachen, die den zentralen Kanal17erübrigen können angepasst werden können. Jedoch diese Art von Verletzungen im Fokus der Demyelinisierung SCI zugeordnet und sind keine klinisch relevanten Modelle für die körperliche und/oder mechanische Schäden im Zusammenhang mit traumatischen Sci.
Um die Einschränkungen der aktuellen Modelle der Verletzung zu beheben, haben wir eine Nadel Track minimal SCI-Modell, ursprünglich entwickelt in der Ratte9, für den Einsatz in einer Erwachsenen Maus-Modell angepasst. Unser Modell angepasst Verletzungen erstellen eine konsistentere Läsion der dorsolateralen Region des Rückenmarks Maus und ersparen den Zentralkanal an Ebene(n) Verletzungsgefahr. Der Vorteil dieses Modells ist, dass es die Untersuchung von NSC Kinetik erlaubt nach Verletzungen und ihre mögliche radialen Migration an der Stelle der Verletzung. Die Verwendung von einem Maus-Modell ermöglicht auch den Einsatz von transgenen Mäusen, die Linie Verfolgung von endogenen NSCs und ihre Nachkommen nach Verletzung zu ermöglichen. Die Eigenschaften der NSCs können näher untersucht werden, über eine modifizierte Form des in-vitro- neurosphäre Assays, die in diesem Protokoll eingeführt wird.
Die neurosphäre-Assay ist ein in Vitro koloniebildenden Assay, der die Isolierung der NSCs im Beisein von Mitogene ermöglicht. Bei klonalen Beschichtung dichten vermehren sich einzelne NSCs um freischwebende kugelige Kolonien von Zellen entstehen, die aus einer kleinen Subpopulation von NSCs und eine große Mehrheit der Stammväter18,19bestehen. In unserem Protokoll zeigen wir die Isolierung von zwei unterschiedlichen, Comyn im Zusammenhang mit NSCs aus der periventrikulären Region des Rückenmarks-Basislinie Bedingungen und im Anschluss an unser minimal SCI-Modell. Definitive neuronale Stammzellen Zellen (dNSCs) express nestin und glial fibrillary sauren Protein (GFAP) und in Anwesenheit von epidermalen Wachstumsfaktor (EGF), Fibroblasten-Wachstumsfaktor (FGF) und Heparin (zusammen benannt EFH)20angebaut. Diese dNSCs sind selten im Rückenmark naiv, was zu sehr wenige neurosphären in Vitro. Wir zeigen jedoch, dass dNSCs nach minimal SCI, erweitert die Zahl der neurosphären isoliert von der periventrikulären Region21aktiviert sind. Primitive neurale Stammzellen (pNSCs) sind oberhalb des dNSCs in der neuronalen Stammzelle Abstammung. pNSCs sind äußerst selten, ausdrückliche niedrigen Niveau der Pluripotenz Markierung Oct4, und Leukämie hemmenden Faktor (LiF) reagieren22. pNSCs bilden keine neurosphären, wenn Sie aus dem Rückenmark Erwachsener Mäuse aufgrund des Vorhandenseins von Myelin basic Protein (MBP) in Primärkulturen isoliert; jedoch pNSC neurosphären von MBP mangelhaft Mäusen isoliert werden und ihre Zahlen sind erweiterte folgende Verletzungen – ähnlich wie bei dNSCs21. Schließlich zeigen wir, dass neurosphären dNSC abgeleitet von der Stelle der Verletzung in frühen Zeiten nach minimal Sci isoliert werden können Diese Ergebnisse zeigen, dass unsere Verletzungen Modell und Assays die Aktivierung Merkmale der periventrikulären NSCs wie ihre Fähigkeit beurteilen können, vermehren sich und Wandern in Reaktion auf eine Verletzung.
Protocol
Representative Results
Discussion
Während des chirurgischen Eingriffs gibt es ein paar wichtige Schritte wo die Forscher besondere Aufmerksamkeit widmen sollte, um optimale Ergebnisse zu erhalten und zu minimieren Variabilität zwischen den Tieren. Mit der eingeatmeten Anästhesie (Isofluran) während der Operation achten wie die Narkose neuroprotektive Wirkung mit längerer Exposition27gezeigt hat. Entsprechend, wenn das Studium der Regenerationsfähigkeit des Rückenmarks nach Verletzung, bemühen Sie, so schnell und effizient …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird von der Krembil Stiftung (Betriebskostenzuschuss CMM) finanziert. WX erhielt der Carlton Marguerite Smith Student Award. NL erhielt eine Ontario-Graduate-Stipendium.
Materials
| Agricola Retractor | Fine Science Tools | 17005-04 | |
| Moria Vannas-Wolff Spring Scissors (Curved) | Fine Science Tools | 15370-50 | Customize when ordering to get blunted tips |
| Graefe Forceps (Straight, 1×2 Teeth) | Fine Science Tools | 11053-10 | |
| Extra Fine Graefe Forceps (Curved, Serrated) | Fine Science Tools | 11152-10 | Or any other forceps for suturing |
| Hartman Hemostats (Straight) | Fine Science Tools | 13002-10 | Or any other appropriate for suturing |
| Scalpel Handle #3 | Fine Science Tools | 10003-12 | Or any other appropriate |
| Hair clippers | amazon.ca | https://www.amazon.ca/Wahl-Professional-8685-Classic-Clipper/dp/B00011K2BA | or any other appropriate |
| Stereotaxic instrument | Stoeling | 51500 | or any other appropriate |
| Buprenorphine | or any appropirate sanctioned my animal care facility | ||
| Meloxicam | or any appropriate sanctioned by animal care facility | ||
| Tears Naturale P.M. | Alcon | https://www.amazon.ca/Alcon-Tear-Gel-Liquid-Eye-Gel/dp/B00HHXGUXE | or any other appropriate |
| Isoflurane | Baxter International Inc | DIN 02225875 | or any other appropriate for anesthesia |
| Q-tips Cottom Swabs | amazon.ca | https://www.amazon.ca/Q-Tips-Cotton-Swabs-500-Count/dp/B003M5UO6U/ref=pd_lpo_vtph_194_bs_tr_img_1/140-7113119-8364127?_encoding=UTF8&psc=1&refRID=JC16N542KVRF2N62N3DS | |
| Cotton Gauze | Fisher Scientific | 13-761-52 | |
| 30G Needles | Becton Dickinson | 305106 | For Injury |
| 25G Needles | Becton Dickinson | 305122 | For Drug injections |
| 1mL Syringes | Becton Dickinson | 3090659 | for drug injections |
| 3mL Syringes | Becton Dickinson | 309657 | for fluid injections |
| 4-0 Suture | uoftmedstore.com | 2297-VS881 | for skin suturing |
| 6-0 Suture | uoftmedstore.com | VS889 | for muscle suturing |
| Polysporin ointment | amazon.ca | 102051 | |
| Isoflurane Vaporizer | VetEquip | 901806 | |
| 15mL conical tubes | ThermoFisher | Any appropriate | |
| Petri Dishes | ThermoFisher | any appropriate | |
| Trypan Blue | ThermoFisher | Any | |
| Hemocytometer | ThermoFisher | Any appropriate | |
| Centrifuge | ThermoFisher | Any appropriate | |
| Standard Dissection Tools | Fine Science Tools | ||
| Dissection Microscope | Zeiss | Stemi 2000 | |
| Counting Microscope | Olympus | CKX41 | |
| Neural Basal-A Medium | Invitrogen | 10888-022 | |
| B27 | Invitrogen | 17404-044 | |
| Penicillin- Streptomycin | Gibco | 15070 | |
| L- Glutamine | Gibco | 25030 | |
| DMEM | Invitrogen | 12100046 | |
| F12 | Invitrogen | 12700075 | |
| 30% Glucose | Sigma | G6152 | 1M- 9.01g in 100mL dH2O |
| 1M Glucose | |||
| 7.5% NaHCO3 | Sigma | S5761 | 155mM- 1.30g in 100mL dH2O |
| 155mM NaHCO3 | |||
| 1M HEPES | Sigma | H3375 | 23.83 g in 100mL dH2O |
| Apo-Transferrin | R&D Systems | 3188-AT | |
| Putrescine | Sigma | P7505 | |
| Insulin | Sigma | I5500 | |
| Selenium | Sigma | S9133 | |
| Progesterone | Sigma | P6149 | |
| Papain Dissociation System | Worthington Biochemical Corporation | PDS | 1 vial of papain can be used for 2 samples |
| Epidermal Growth Factor | Invitrogen | PMG8041 | Powder reconstituted with 1mL Hormone Mix and aliquoted into 20uL vials to be stored in freezer |
| Fibroblast Growth Factor | Invitrogen | PHG0226 | Powder reconstituted with 0.5mL Hormone Mix and aliquoted into 20uL vials to be stored in freezer |
| Heparin | Sigma | H3149 | |
| Leukemia Inhibitory Factor | In House | ||
| Trypan Blue | |||
| Hemocytometer | |||
| 24 well Plates | NUNC | ||
| 2M NaCl | Sigma | S5886 | 11.69g in 100mL dH2O |
| 1M KCL | Sigma | P5405 | 7.46g in 100mL dH2O |
| 1M MgCl2 | Sigma | M2393 | 20.33g in 100mL dH2O |
| 108mM CaCl2 | Sigma | C7902 | 1.59g in 100mL dH2O |
References
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