Внутриархивная доставка нейронных стволовых клеток крыс и мышей мозга: Применение к церебральной ишемии
Summary
Метод доставки нервных стволовых клеток, адаптируемых для инъекционных решений или суспензий, через общую сонную артерию (мышь) или внешнюю сонную артерию (крысу) после ишемического инсульта сообщается. Инъекционные клетки широко распределены по всей паренхиме мозга и могут быть обнаружены до 30 г после родов.
Abstract
Терапия нервной стволовыми клетками (NSC) является новым инновационным методом лечения инсульта, черепно-мозговой травмы и нейродегенеративных расстройств. По сравнению с внутричерепной доставки, внутриартерационной администрации NSCs является менее инвазивным и производит более диффузное распределение NSCs в мозге parenchyma. Кроме того, внутриартеральная доставка позволяет эффект первого прохода в циркуляции мозга, уменьшая потенциал для захвата клеток в периферических органах, таких как печень и селезенка, осложнение, связанное с периферическими инъекциями. Здесь мы подробно методологии, как у мышей и крыс, для доставки NSCs через общую сонную артерию (мышь) или внешней сонной артерии (крысы) в ipsilateral полушария после ишемического инсульта. Используя NSCs с маркировкой GFP, мы иллюстрируем широкое распространение, достигнутое во всем ипсианом полушарии грызунов в 1 г, 1 неделю и 4 недели после доставки постишемических, с более высокой плотностью в или вблизи места ишемической травмы. В дополнение к долгосрочному выживанию, мы показываем доказательства дифференциации Клеток, обозначенных GFP, на 4 недели. Подход внутриартературной доставки, описанный здесь для НСУ, может также использоваться для администрирования терапевтических соединений и, таким образом, имеет широкую применимость к различным моделям травматизма и болезней ЦНС в различных видах.
Introduction
Терапия стволовыми клетками (SC) обладает огромным потенциалом в качестве лечения неврологических заболеваний, включая инсульт, травму головы и слабоумие1,,2,,3,,4,,5,,6. Тем не менее, эффективный метод доставки экзогенных ОВ в больной мозг остается проблематичным2,6,7,,8,9,10,11,12,13. SCs поставляется через периферические маршруты доставки, в том числе внутривенные (IV) или внутриперитонные (IP) инъекции, подлежат первому проходу фильтрации в микроциркуляции, особенно в легких, печени, селезенки и мышц8,9 ,139,,14, увеличивая шансы накопления клеток в нецелевых областях. Инвазивный внутрицерковный метод инъекций приводит к локализованному повреждению тканей головного мозга и очень ограниченному распределению ОВ вблизи места инъекции2,,6,,8,,14,,15,,16. Недавно мы создали метод внутриартериальной инъекции на основе катетера для доставки экзогенных нейронных ОВ (НСК), который описан здесь в модели грызунов фокусного ишемического инсульта. Мы вызываем переходные (1 ч) ишемии реперфузии травмы в одном полушарии с помощью силиконовой резиновой покрытием нити захлепыть левой средней мозговой артерии (MCA) в мыши или крысы17,18,19. В этой модели мы воспроизводили примерно 75-85% депрессии мозгового кровотока (CBF) в ipsilateral полушария с лазерным доплером или лазерной пятнышко изображения17,19, уступая последовательного неврологического дефицита17,18,19.
Для экономии времени, видео установлен играть в два раза нормальной скорости и рутинных хирургических процедур, таких как подготовка кожи и раны закрытия с швом и использования и установки моторизованного шприц насоса не представлены. Метод внутриартерационной доставки НСК демонстрируется в контексте окклюзии средней мозговой артерии (МКАД) модели экспериментального инсульта у грызунов. Поэтому мы включаем транзиторную процедуру ишемического инсульта, чтобы потом продемонстрировать, как проводится вторая операция, внутриартеральная инъекция, с использованием предыдущего хирургического участка на том же животном. Осуществимость внутриартературной доставки НСК в моделях грызунов демонстрируется путем оценки распределения и выживаемости экзогенных НСК. Эффективность НСК-терапии для ослабления патологии мозга и неврологической дисфункции будет сообщено отдельно.
Protocol
Representative Results
Discussion
Терапия стволовыми клетками неврологических заболеваний все еще находится на ранней исследовательской стадии. Одной из основных проблем является отсутствие установленного метода для достаточной доставки НК или НСК в мозг.
Хотя экзогенные CS/NSCs могут быть обнаружены в г…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано следующим образом: AHA Award 14SDG20480186 для LC, Тема инновационная команда Шаньси Университета китайской медицины 2019-ЗН07 для B, и Кентукки спинного мозга и головы травмы научно-исследовательский целевой грант 14-12A для KES и LC.
Materials
| 20 G needle | Becton & Dickinson | BD PrecisionGlide 305175 | preparation of injection catheter |
| 26 G needle | Becton & Dickinson | BD PrecisionGlide 305111 | preparation of injection catheter |
| 27 G needle | Becton & Dickinson | BD PrecisionGlide 305136 | preparation of injection catheter |
| 4-0 NFS-2 suture with needle | Henry Schein Animal Health | 56905 | surgery |
| 6-0 nylon suture | Teleflex/Braintree Scientific | 104-s | surgery |
| Accutase | STEMCELL Technologies | 7922 | cell detachment solution |
| blade | Bard-Parker | 10 | surgery |
| Buprenorphine-SR Lab | ZooPharm | Buprenorphine-SR Lab® | analgesia (0.6-1 mg/kg over 3 d) |
| Calcium/magnisum free PBS | VWR | 02-0119-0500 | NSC dissociation |
| DCX antibody | Millipore | AB2253 | immunostaining |
| GFAP antibody | Invitrogen | 180063 | immunostaining |
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 50562-1 | surgery |
| MCAO filament for mouse | Doccol | 702223PK5Re | surgery |
| MCAO filament for rat | Doccol | 503334PK5Re | surgery |
| MRE010 catheter | Braintree Scientific | MRE010 | preparation of injection catheter |
| MRE025 catheter | Braintree Scientific | MRE025 | preparation of injection catheter |
| MRE050 catheter | Braintree Scientific | MRE050 | preparation of injection catheter |
| Nu-Tears Ointment | NuLife Pharmaceuticals | Nu-Tears Ointment | eye care during surgery |
| S&T Forceps – SuperGrip Tips JF-5TC Angled | Fine Science Tools | 00649-11 | surgery |
| S&T Forceps – SuperGrip Tips JF-5TC Straight | Fine Science Tools | 00632-11 | surgery |
| Superglue | Pacer Technology | 15187 | preparation of injection catheter |
| syringe pump | Kent Scientific | GenieTouch | surgery |
| Tuj1 antibody | Millipore | MAb1637 | immunostaining |
| two-component 5 minute epoxy | Devcon | 20445 | preparation of injection catheter |
| Vannas spring scissors | Fine Science Tools | 15000-08 | surgery |
| vascular clamps | Fine Science Tools | 00400-03 | surgery |
| Zeiss microscope | Zeiss | Axio Imager 2 | microscopy |
Riferimenti
- Wang, Y. Stroke research in 2017: surgical progress and stem-cell advances. The Lancet. Neurology. 17, 2-3 (2018).
- Bliss, T., Guzman, R., Daadi, M., Steinberg, G. K. Cell transplantation therapy for stroke. Stroke. 38, 817-826 (2007).
- Boese, A. C., Le, Q. E., Pham, D., Hamblin, M. H., Lee, J. P. Neural stem cell therapy for subacute and chronic ischemic stroke. Stem Cell Research & Therapy. 9, 154 (2018).
- Kokaia, Z., Llorente, I. L., Carmichael, S. T. Customized Brain Cells for Stroke Patients Using Pluripotent Stem Cells. Stroke. 49, 1091-1098 (2018).
- Savitz, S. I. Are Stem Cells the Next Generation of Stroke Therapeutics. Stroke. 49, 1056-1057 (2018).
- Wechsler, L. R., Bates, D., Stroemer, P., Andrews-Zwilling, Y. S., Aizman, I. Cell Therapy for Chronic Stroke. Stroke. 49, 1066-1074 (2018).
- Muir, K. W. Clinical trial design for stem cell therapies in stroke: What have we learned. Neurochemistry International. 106, 108-113 (2017).
- Guzman, R., Janowski, M., Walczak, P. Intra-Arterial Delivery of Cell Therapies for Stroke. Stroke. 49, 1075-1082 (2018).
- Misra, V., Lal, A., El Khoury, R., Chen, P. R., Savitz, S. I. Intra-arterial delivery of cell therapies for stroke. Stem Cells and Development. 21, 1007-1015 (2012).
- Argibay, B., et al. Intraarterial route increases the risk of cerebral lesions after mesenchymal cell administration in animal model of ischemia. Scientific Reports. 7, 40758 (2017).
- Kelly, S., et al. Transplanted human fetal neural stem cells survive, migrate, and differentiate in ischemic rat cerebral cortex. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101, 11839-11844 (2004).
- Chen, L., Swartz, K. R., Toborek, M. Vessel microport technique for applications in cerebrovascular research. Journal of Neuroscience Research. 87, 1718-1727 (2009).
- Fischer, U. M., et al. Pulmonary passage is a major obstacle for intravenous stem cell delivery: the pulmonary first-pass effect. Stem Cells and Development. 18, 683-692 (2009).
- Misra, V., Ritchie, M. M., Stone, L. L., Low, W. C., Janardhan, V. Stem cell therapy in ischemic stroke: role of IV and intra-arterial therapy. Neurology. 79, 207-212 (2012).
- Muir, K. W., Sinden, J., Miljan, E., Dunn, L. Intracranial delivery of stem cells. Translational Stroke Research. 2, 266-271 (2011).
- Boltze, J., et al. The Dark Side of the Force – Constraints and Complications of Cell Therapies for Stroke. Frontiers in Neurology. 6, 155 (2015).
- Huang, C., et al. Noninvasive noncontact speckle contrast diffuse correlation tomography of cerebral blood flow in rats. Neuroimage. 198, 160-169 (2019).
- Wong, J. K., et al. Attenuation of Cerebral Ischemic Injury in Smad1 Deficient Mice. PLoS One. 10, 0136967 (2015).
- Zhang, B., et al. Deficiency of telomerase activity aggravates the blood-brain barrier disruption and neuroinflammatory responses in a model of experimental stroke. Journal of Neuroscience Research. 88, 2859-2868 (2010).
- Walker, T. L., Yasuda, T., Adams, D. J., Bartlett, P. F. The doublecortin-expressing population in the developing and adult brain contains multipotential precursors in addition to neuronal-lineage cells. The Journal of Neuroscience. 27, 3734-3742 (2007).
- Progatzky, F., Dallman, M. J., Lo Celso, C. From seeing to believing: labelling strategies for in vivo cell-tracking experiments. Interface Focus. 3, 20130001 (2013).
- Bertrand, L., Dygert, L., Toborek, M. Induction of Ischemic Stroke and Ischemia-reperfusion in Mice Using the Middle Artery Occlusion Technique and Visualization of Infarct Area. Journal of Visualized Experiments. , (2017).
- Leda, A. R., Dygert, L., Bertrand, L., Toborek, M. Mouse Microsurgery Infusion Technique for Targeted Substance Delivery into the CNS via the Internal Carotid Artery. Journal of Visualized Experiments. , (2017).
- Chua, J. Y., et al. Intra-arterial injection of neural stem cells using a microneedle technique does not cause microembolic strokes. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 31, 1263-1271 (2011).
- Potts, M. B., Silvestrini, M. T., Lim, D. A. Devices for cell transplantation into the central nervous system: Design considerations and emerging technologies. Surgical Neurology International. 4, 22-30 (2013).
- Duma, C., et al. Human intracerebroventricular (ICV) injection of autologous, non-engineered, adipose-derived stromal vascular fraction (ADSVF) for neurodegenerative disorders: results of a 3-year phase 1 study of 113 injections in 31 patients. Molecular Biology Reports. 46, 5257-5272 (2019).
