Системная Инъекция стволовых нервных / клеток-предшественников у мышей с хроническим ЕАЕ
Summary
Трансплантация нервных стволовых клеток / клеток-предшественников (NPC) держит большие обещания в регенеративной неврологии. Системная доставка НПС превратился в эффективный, низкий инвазивными, и терапевтически очень действенным протокола для доставки стволовых клеток в головном и спинном мозге грызунов и приматов, пострадавших от экспериментального хронического воспалительного повреждения центральной нервной системы.
Abstract
Нервные клетки стволовых / предшественники (NPC) являются перспективным источником стволовых клеток для трансплантации подходов, направленных на ремонт головного мозга или восстановления в регенеративной неврологии. Эта директива возникла из обширного доказательства того, что ремонт мозг достигается после очаговой или системного трансплантации NPC в нескольких доклинических моделях неврологических заболеваний.
Эти экспериментальные данные выявили маршрут доставки клеток в качестве одного из основных препятствий восстановительного лечения стволовых клеток при заболеваниях головного мозга, что требует срочного оценку. Интрапаренхимальные прививки стволовых клеток представляет собой логический подход к решению этих патологий, характеризующихся изолированных и доступных поражений головного мозга, таких как травмы спинного мозга и болезни Паркинсона. К сожалению, этот принцип плохо применима для состояний, характеризующихся мультифокальным, воспалительного и распространяемой (как во времени и пространстве) природы, в том числе рассеянного склероза (РС). Как ориентации, такие, мозг по систэмический доставка NPC стала низкой инвазивные и терапевтически эффективный протокол для доставки клеток в головном и спинном мозге грызунов и приматов, пострадавших от экспериментального хронического воспалительного повреждения центральной нервной системы (ЦНС).
Этот альтернативный способ доставки клеток зависит от избирательное действие лекарственных средств на пораженные `органы NPC, в частности их врожденную способность к (I) ощутить среды через функциональных молекул клеточной адгезии и воспалительных цитокинов и рецепторов хемокинов; (II) пересечь протекающие анатомические барьеры после внутривенного (IV). Или интрацеребровентрикулярное (ICV) инъекции; (III) накапливать на уровне множественной периваскулярной сайт (ы) воспалительного головного и спинного мозга повреждение; и (IV) оказывают замечательную ткани трофические и иммунные регуляторные эффекты на различных хост клеток-мишеней в естественных условиях.
Здесь мы опишем методы, которые мы разработали для IV. и <EM> ICV поставка сингенным НПС у мышей с экспериментальным аутоиммунным энцефаломиелит (ЕАЕ), а модели хронического ЦНС воспалительной демиелинизации и предусматривают системную доставку стволовых клеток в качестве ценного методики для избирательного выбора в воспаленном мозгу в регенеративной неврологии.
Introduction
Убедительные доказательства возникла из в естественных условиях исследования, свидетельствующих о терапевтической эффективности трансплантации соматических нервных стволовых клеток / предшественников (NPC) в животных моделях ЦНС расстройств 1-8. Тем не менее, ряд вопросов, связанных с доставкой стволовых клеток в организм хозяина требуют тщательного рассмотрения, прежде чем эти экспериментальные результаты могут быть переведены в клинической практике. Особенно существенным препятствием на пути развития (nonhematopoietic) восстановительного лечения стволовыми клетками для мультифокальными, хронических воспалительных заболеваний головного мозга является выявление идеального маршрута впрыска NPC. Фирма понимание патофизиологии целевой болезни (фокусное или мультифокальной; первичный воспалительный или первичный дегенеративный), и осторожной анализа технико-экономических и риска проблем, связанных с методами доставки в определении оптимального протокола для доставки стволовых клеток.
В то время как фокусное ( <em> Например. в паренхиму нервной системы) трансплантация стволовых клеток является логическим подходом к лечению заболеваний ЦНС, характеризующихся пространственно ограниченных пространствах повреждения (например, болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона, головного и спинного мозга травматические повреждения, и инсульт), тот же самый подход может оказаться быть практически не представляется возможным в условиях, таких как MS, где мультифокальный, хронический, и пространственно распространены поражение ЦНС накапливается с течением времени. В этом последнем случае, ориентации координационные инъекции клеток в отдельных поражений также препятствует ограниченных возможностей пересаженных НПС мигрировать на большие расстояния в пределах паренхимы ЦНС, тем самым побуждая идентификацию альтернативных, более подходящих способов ЦНС ориентации с менее инвазивных трансплантации NPC .
Большие перспективы появились из наблюдений, что НПС нацелены внутричерепной опухоли (например,. Глиомы) у мышей при введении внутривенно вне CNS9. После этого семеннойв естественных условиях доказательства стволовых клеток pathotrophism 10, обширные данные были накоплены, относящиеся к целесообразности и терапевтической эффективностью системного трансплантации НПС на лабораторных животных с экспериментальным аутоиммунным энцефаломиелит (ЕАЕ), в качестве модели воспалительного повреждения ЦНС, либо через внутривенное (IV) или интрацеребровентрикулярное (ICV). NPC впрыска 1,2,5,6,8 .. Мы сначала показали, что это зависит от возможностей пересаженных НПС, чтобы цели и введите воспаленную ЦНС, и впоследствии участвовать несколько межклеточный Коммуникационные программы в конкретных микросреды в естественных условиях 11. Для того, чтобы особый акцент сделан на ЦНС, NPC доставляются непосредственно в спинномозговую жидкость (ликвор) циркуляции путем инъекции ICV, или в кровоток через внутривенной инъекции. После ввода либо в кровоток или CSF, пересаженные НПС активно взаимодействуют смозг крови (BBB) или крови цереброспинальной жидкости (BCSFB) барьеры и введите паренхимы ЦНС. Это взаимодействие между трансплантата NPC и BBB (или BCSFB) регулируется определенным набором молекул клеточной адгезии поверхности NPC (кулачков) и при содействии выражения высокого уровня CAM контр-лигандов на активированных эндотелиальных / Эпендимоциты 12-14. Примерами таких САМ включают рецептор для гиалуроната, CD44, и межклеточной адгезии (ICAM) -1 лиганд очень поздно антигена (VLA) -4 5,15,16 (что, в лейкоцитах, несут ответственность взаимодействия с активированным эпендимных и эндотелиальные клетки), и в гораздо меньшей степени лимфоцитов функции ассоциированный антиген (МАФ) -1 и P-селектина гликопротеина лиганда (PSGL) -1. НПС также выразить широкий спектр рецепторов хемокинов, в том числе CCR1, CCR2, CCR5, CXCR3 и CXCR4 (но не выражают CCR3 и CCR7), которые функционально активны, как в пробирке и в естественных 5,16. Таким образом, systemicaLLY вводили НПС использовать эти камеры, вместе с G-белком рецептор (GPCR), чтобы накопить на уровне воспаленной ЦНС. И наоборот, НПС вводят системно в здоровых мышей не входят в ЦНС через сосудистой или спинномозговой жидкости космических маршрутов 2. ЦНС воспаление, или эндотелиальный / активация эпендимных клеток после системного цитокин или lypopolisaccharide (LPS) впрыска в качестве модели химически индуцированных энцефалита, поэтому необходимо для накопления системно вводили НПС в головном и спинном мозге 2. Таким образом, успешная нападения на ЦНС с системной терапии NPC зависит от идентификации конкретного окна заболевания возможностей (Ву), в котором головного и спинного среда шнур способствует накоплению и трансэндотелиальной миграции NPC. Такие условия обычно возникают в контексте острым и подострым воспалением 17. Как только войдя в ЦНС, пересаживают недифференцированные НПСБыло показано, что для улучшения Клинико-патологическая особенности мышей, а также более крупных, приматов с EAE. Это было описано, быть зависимым от минимальной замены клеток 2 и замечательной секреции иммунных регуляторных и нейропротективных факторов паракринных пределах периваскулярной ЦНС 2,5,6,18 против не-ЦНС воспаленные участки 19,20 (например, лимфатические узлы) в ответ на сигнализации воспалительных клеток, вызванное проникновения иммунных клеток 5.
Здесь мы опишем основные методологические аспекты системного введения соматических НПС в мышиной модели хронического ЕАЕ. В частности, мы определяем протоколы, которые мы поставили, чтобы (I) вытекают, расширить и подготовиться к трансплантации соматических НПС из субвентрикулярной зоне (SVZ) взрослых мышей C57BL / 6; (II) индуцируют хронический EAE в таких мышей и (III) выполнять терапевтически эффективное системное (IV или ICV) NPC трансплантацию ямышей НТО EAE.
Protocol
Representative Results
Discussion
Терапии соматических стволовых клеток, основанные становятся одним из наиболее перспективных стратегий для лечения хронических воспалительных заболеваний ЦНС, таких как MS2 11. Хотя механизмы поддерживающие их терапевтический эффект все еще должны быть полностью выяснены, значи…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Джейден Смит для критически рассмотрения и редактирования доказательство рукопись. Эта работа получила поддержку от Национального общества рассеянного склероза (НМС, частичных грантов RG-4001-A1), итальянский Рассеянный склероз Ассоциация (AISM, грант 2010/R/31), итальянский Министерство здравоохранения (GR08-7), Крылья для жизни, Banca Agricola Popolare ди Рагуза (BAPR), Европейского исследовательского совета (ERC) в соответствии с соглашением ERC-2010-StG грант № 260511-SEM_SEM и 7-й Рамочной программы Европейского сообщества (ЕС) (FP7/2007-2013) по гранту соглашения н * град; 280772 – IONE.
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).
