Summary

Methoden für die experimentelle Manipulationen nach Optic Nerve Durchtrennung im Säuger-ZNS

Published: May 12, 2011
doi:

Summary

Optic Nerve Durchtrennung ist eine weit verbreitete Modell der erwachsenen ZNS-Verletzung. Dieses Modell ist ideal für die Durchführung einer Reihe von experimentellen Manipulationen, die die Netzhaut Ziel global oder direkt auf den verletzten neuronalen Population von retinalen Ganglienzellen.

Abstract

Retinalen Ganglienzellen (RGC) sind ZNS-Neuronen, die Ausgabe visueller Informationen aus der Netzhaut zum Gehirn über den Sehnerv. Der Sehnerv kann innerhalb der Augenhöhle zugegriffen werden und vollständig durchtrennt (axotomized), Schneiden der Axone des gesamten RGC Bevölkerung. Sehnerv durchtrennt ist ein reproduzierbares Modell der apoptotischen Zelltod in der erwachsenen ZNS 1-4. Dieses Modell ist besonders attraktiv, weil der Glaskörper des Auges dient als Kapsel für Drug-Delivery auf die Netzhaut und ermöglicht experimentelle Manipulationen via intraokularen Injektionen. Die Diffusion von Chemikalien durch den Glaskörper sorgt dafür, dass sie sich auf die gesamte Bevölkerung RGC handeln. Virale Vektoren, Plasmide oder short interfering RNAs (siRNAs) kann auch auf die Glaskörperraum geliefert werden, um zu infizieren oder zu transfizieren Netzhautzellen 5-12. Die hohen Tropismus Adeno-Associated Virus (AAV)-Vektoren ist vorteilhaft für Ziel RGCs, mit einer Infektionsrate von annähernd 90% der Zellen in der Nähe der Injektionsstelle 6, 7, 13-15. Darüber hinaus können RGCs selektiv, indem siRNAs, Plasmide oder virale Vektoren, um das abgeschnittene Ende des Sehnervs 16-19 oder Einspritzen Vektoren in ihrem Ziel der Colliculus superior 10 transfiziert werden. Dies ermöglicht es den Forschern um apoptotische Mechanismen in der verletzten neuronalen Population ohne verwirrende Auswirkungen auf andere Zuschauer Neuronen oder Gliazellen um zu studieren. RGC Apoptose hat einen charakteristischen zeitlichen Verlauf, wobei Zelltod 3-4 Tage postaxotomy, wonach die Zellen schnell degenerieren verzögert wird. Dies stellt ein Fenster für experimentelle Manipulationen gegen Signalwege der Apoptose beteiligt sind. Manipulationen, die direkt für die Zielgruppe RGCs aus der durchtrennten Sehnerven Stumpf sind zum Zeitpunkt der Axotomie durchgeführt, sofort nach dem Schneiden des Nervs. Im Gegensatz dazu, wenn Substanzen, die über eine intraokulare Route ausgeliefert werden, können sie vor der Operation oder innerhalb der ersten 3 Tage nach der Operation injiziert werden, vor der Einleitung der Apoptose in axotomized RGCs. In diesem Artikel zeigen wir verschiedene Methoden für experimentelle Manipulationen nach Sehnerv durchtrennt.

Protocol

1. Operationstechnik Experimente durchgeführt werden sollte unter aseptischen Bedingungen und nach der Nutzung von Tieren Protokolle Ihrer spezifischen Institution. Instrumente und Materialien (Lösungen, Testsubstanzen, Tracer, Nadeln, etc.) in Kontakt mit lebendem Gewebe müssen steril sein, um Infektionen und nachteilige Auswirkungen auf den Tierschutz und mögliche negative Auswirkungen auf die Studie zu verhindern. 2. Anästhesie Ratten werden anästhesiert …

Discussion

Sehnerv durchtrennt ist ein hoch reproduzierbares Modell der erwachsenen ZNS-Neuron Apoptose. Die experimentelle Manipulationen in diesem Manuskript gezeigt erlauben das Studium der Mechanismen der Apoptose RGC nach der Verletzung.

Intraokularen Injektionen sind für die globale Ausrichtung der Netzhaut nützlich. Dieses Verfahren erfordert einige Übung, da es wichtig ist, dass Sie das Objektiv mit der Spitze der Glaspipette verletzen. Objektiv beschädigt wurde gezeigt, dass die Freisetzun…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

PDK wird durch eine CIHR Betriebskostenzuschuss (MOP 86523) unterstützt

Materials

Material Name Type Company Catalogue Number Comment
Stereotaxic Frame   Stoelting, Kopf, WPI    
Rat Gas Mask   Stoelting, Kopf, WPI    
Anesthesia System   VetEquip 901806  
Isoflurane (PrAErrane)   Baxter Corp DIN 02225875  
Surgical Microscope   WPI, Zeiss, Leica    
Alcaine Eye Drops   Alcon    
Tears Naturale P.M.   Alcon    
Fine tip Dumont forceps   Fine Science Tools 11252-00  
10 μl Hamilton Syringe (1701RN; 26s/2”/2)   Hamilton Syringe Co. 80030  
1/16 inch Compression Fittings   Hamilton Syringe Co. 55751-01  
1/16 inch OD, 0.010 inch ID, PEEK Tubing   Supelco, Bellefonte, PA Z226661  
Dual RN Glass Coupler   Hamilton Syringe Co. 55752-01  
Mineral Oil Priming Kit: includes syringe, needles, rubber septa   Hamilton Syringe Co. PRMKIT  

References

  1. Bahr, M. Live or let die – retinal ganglion cell death and survival during development and in the lesioned adult CNS. Trends Neurosci. 23, 483-4890 (2000).
  2. Isenmann, S., Kretz, A., Cellerino, A. Molecular determinants of retinal ganglion cell development, survival, and regeneration. Prog Retin Eye Res. 22, 483-543 (2003).
  3. Koeberle, P. D., Bahr, M. Growth and guidance cues for regenerating axons: where have they gone. J Neurobiol. 59, 162-180 (2004).
  4. Weishaupt, J. H., Bahr, M. Degeneration of axotomized retinal ganglion cells as a model for neuronal apoptosis in the central nervous system – molecular death and survival pathways. Restor. Neurol. Neurosci. 19, 1-2 (2001).
  5. Arai-Gaun, S. Heme oxygenase-1 induced in muller cells plays a protective role in retinal ischemia-reperfusion injury in rats. Invest Ophthalmol Vis Sci. 45, 4226-4232 (2004).
  6. Bainbridge, J. W., Tan, M. H., Ali, R. R. Gene therapy progress and prospects: the eye. Gene Ther. 13, 1191-1197 (2006).
  7. Polo, A. D. i. Prolonged delivery of brain-derived neurotrophic factor by adenovirus-infected Muller cells temporarily rescues injured retinal ganglion cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 95, 3978-3983 (1998).
  8. Herard, A. S. siRNA targeted against amyloid precursor protein impairs synaptic activity in vivo. Neurobiol Aging. 27, 1740-1750 (2006).
  9. Koeberle, P. D., Bahr, M. The upregulation of GLAST-1 is an indirect antiapoptotic mechanism of GDNF and neurturin in the adult CNS. Cell Death Differ. 15, 471-483 (2008).
  10. Koeberle, P. D., Gauldie, J., Ball, A. K. Effects of adenoviral-mediated gene transfer of interleukin-10, interleukin-4, and transforming growth factor-beta on the survival of axotomized retinal ganglion cells. 신경과학. 125, 903-920 (2004).
  11. Naik, R., Mukhopadhyay, A., Ganguli, M. Gene delivery to the retina: focus on non-viral approaches. Drug Discov Today. 14, 306-315 (2009).
  12. van Adel, B. A. Delivery of ciliary neurotrophic factor via lentiviral-mediated transfer protects axotomized retinal ganglion cells for an extended period of time. Hum Gene Ther. 14, 103-115 (2003).
  13. Alexander, J. J., Hauswirth, W. W. Adeno-associated viral vectors and the retina. Adv Exp Med Biol. 613, 121-128 (2008).
  14. Allocca, M. AAV-mediated gene transfer for retinal diseases. Expert Opin Biol Ther. 6, 1279-1294 (2006).
  15. Surace, E. M., Auricchio, A. Versatility of AAV vectors for retinal gene transfer. Vision Res. 48, 353-359 (2008).
  16. Garcia-Valenzuela, E. Axon-mediated gene transfer of retinal ganglion cells in vivo. J Neurobiol. 32, 111-122 (1997).
  17. Koeberle, P. D., Wang, Y., Schlichter, L. C. Kv1.1 and Kv1.3 channels contribute to the degeneration of retinal ganglion cells after optic nerve transection in vivo. Cell Death Differ. 17, 134-144 (2010).
  18. Kugler, S. Transduction of axotomized retinal ganglion cells by adenoviral vector administration at the optic nerve stump: an in vivo model system for the inhibition of neuronal apoptotic cell death. Gene Ther. 6, 1759-1767 (1999).
  19. Lingor, P. Down-regulation of apoptosis mediators by RNAi inhibits axotomy-induced retinal ganglion cell death in vivo. Brain. 128, 550-558 (2005).
  20. Leon, S. Lens injury stimulates axon regeneration in the mature rat optic nerve. J Neurosci. 20, 4615-4626 (2000).
  21. Mansour-Robaey, S. Effects of ocular injury and administration of brain-derived neurotrophic factor on survival and regrowth of axotomized retinal ganglion cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 91, 1632-1636 (1994).
  22. D’Onofrio, P. M., Magharious, M. M., Koeberle, P. D. Optic Nerve Transection: A Model of Adult. J Vis Exp. , .

Play Video

Cite This Article
D’Onofrio, P. M., Magharious, M. M., Koeberle, P. D. Methods for Experimental Manipulations after Optic Nerve Transection in the Mammalian CNS. J. Vis. Exp. (51), e2261, doi:10.3791/2261 (2011).

View Video