Here, we present a protocol for direct stereotaxic brain infusion of amyloid-beta. This methodology provides an alternative in vivo mouse model to address the short-term effects of amyloid-beta on brain neurons.
Alzheimers sjukdom är en neurodegenerativ sjukdom som påverkar den åldrande befolkningen. En viktig neuropatologiska särdrag hos sjukdomen är överproduktion av amyloid-beta och avsättningen av amyloid-beta-plack i hjärnregioner hos de drabbade individer. Genom åren har forskarna genererat många sjukdoms musmodeller Alzheimers som försöker replikera amyloid-beta-patologi. Tyvärr, bara musmodeller selektivt efterlikna de funktioner sjukdomstillstånd. Neuronal död, en framstående effekt i hjärnan hos patienter med Alzheimers sjukdom, är märkbart saknas i dessa möss. Därför har vi och andra anställda en metod för direkt infusion lösliga oligomera arter av amyloid-beta – former av amyloid-beta som har visat sig vara mest giftigt för nervceller – stereotaktiskt in i hjärnan. I denna rapport använder vi hankön C57BL / 6J-möss för att dokumentera denna kirurgiska teknik av ökande amyloid-beta-nivåer i en utvald hjärnregion. Deninfusions mål är dentate gyrus hos hippocampus eftersom denna hjärnans struktur, tillsammans med den basala framhjärnan som är ansluten med den kolinerga krets, utgör ett av de områden av degenerering i sjukdomen. Resultaten av upplyft amyloid-beta i gyrus dentatus via stereotaxisk infusions avslöjar ökningar i neuronförlust i gyrus dentatus inom en vecka, medan det finns en samtidig ökning av celldöd och kolinerg neuronförlust i den vertikala delen av den diagonala bandet av Broca av den basala framhjärnan. Dessa effekter observeras upp till 2 veckor. Våra data tyder på att den nuvarande amyloid-beta infusion modellen ger en alternativ musmodell för att ta itu med regionspecifika neurondöd på kort sikt. Fördelen med denna modell är att amyloid-beta kan vara förhöjda i en rumslig och temporal sätt.
Amyloida plack inlåning, som består av amyloid-beta (Ap 1-42), är en viktig del av patologin för Alzheimers sjukdom (AD). Ett flertal studier har visat att höga eller giftiga halter av rekombinant oligomera Ap 1-42 framkalla neuronal död, synaptiska dystrofi, förlust och dysfunktion; samt inlärnings- och minnesbrister 1-4. Hjärn berörda regionerna omfattar hippocampus, cortex och subkortikala strukturer såsom den basala framhjärnan och amygdala 5,6. Hittills finns det flera modeller transgen mus som försöker simulera Ap 1-42 patologi AD. Beroende på stammen dessa djur visar sig vara användbar för att undersöka väljer patologiska funktioner i AD. Tyvärr, med undantag för två transgena linjer, APP23 och 5XFAD, dessa möss aldrig helt replikera neuronal förlust, en viktig aspekt av AD. Även med den neuronala förlusten observerats i APP23 och 5XFAD, den nervcellsdöd observed var subtil, åldersberoende och isolerad till ett fåtal utvalda områden 7,8.
Den direkt infusion av oligomert Ap 1-42 in i vildtyp mushjärna ger en utmärkt in vivo-modell som replikerar nervcellsdöd aspekten av amyloidopathy 1,9,10. Till skillnad från de vanligen används transgena musmodeller den oligomera Ap 1-42 infusionsmodell är perfekt för akut höja Ap 1-42 nivåer i en rumsliga och tidsmässiga sätt. Fördelen med att använda vildtyp möss för denna modell undviker potentiella ersättnings eller biverkningar från de mutationer som införts i transgen mus linjer. Tidigare studier har visat att infusion toxiska nivåer av Ap 1-42 i hippocampus framkallar neuron död i närheten av injektionsstället inom 1 vecka 1. Dessutom överensstämmer med observationen att Ap 1-42 är giftigt för kolinerga neuron 11 basalframhjärnankolinerga neuron (BFCN) befolkning som skjuter till hippocampus minskar 20-50% inom 7-14 dagar efter beta-amyloid infusion 1,10 hos möss, effektivt möjliggör undersökningar av isolerade neuronala kretsar i hjärnan. Sedan BFCN projektet ipsilateralt till gyrus gyrus hos hippocampus 12, för det mesta kontroll / fordonet och oligomera Ap 1-42 lösningar kan injiceras på båda sidor av hjärnan vilket gör jämförelser göras mellan vänster och höger halvkloten 1.
I denna rapport kommer vi att ge en detaljerad kirurgisk och injektion metod för vuxna vildtyp C57BL / 6J möss. Denna musstam är vald på grund av dess omfattande användning i forskning. Tekniskt kan varje hjärnregion riktas för infusion, men här kommer vi att använda gyrus dentatus i hippocampus som mål att illustrera tekniken.
För att uppnå en framgångsrik Ap 1-42 injektion försöks eller kirurgen måste: 1) Använd aseptisk teknik; 2) korrekt identifiera hjärnan regionen av intresse med exakta koordinater; 3) kunna korrekt säkra musen i stereotaxic ram med hjärnan planat i AP och ML axel; 4) har förmågan att driva mikromanipulator med precision; 5) säkerställa korrekt postoperativ vård. Om dessa viktiga steg följs musen ska överleva operationen utan observerbar infektion.
I enlighet med <…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av National Institute of neurologiska sjukdomar och Stroke bevilja NS081333 (till CMT), Alzheimers Association bidrag NIRG-10-171.721 och National Institute of Mental Health bidrag MH096702 (till UH) och National Institute on Aging finansierade Alzheimers Disease Research Center vid Columbia University pilotbidrag AG008702 (till YYJ och JB).
Ketamine HCl (100mg/ml) | Henry Schein Medical | 1049007 | 100 mg ketamine per 1 kg animal |
Xylazine (20mg/ml) | Henry Schein Medical | not available | 10 mg xylazine per 1 kg animal |
Buprenex (0.3mg/ml) | Henry Schein Medical | 1217793 | 0.1 mg buprenex per 1 kg animal |
Aβ1-42 | David Teplow/UCLA | not available | 100 μM; This amyloid was used in the paper |
Aβ1-42 | Bachem | H-1368 | Can be used in place of amyloid from the Teplow lab |
Aβ1-42 | American Peptide | 62-0-80B | Can be used in place of amyloid from the Teplow lab |
Scrambled Aβ1-42 | American Peptide | 62-0-46B | Can be used as control peptide for comparing Aβ1-42 |
NU4 Antibody (Oligomeric Amyloid Antibody) | Gift from William Klein/Northwestern U. | not available | 1:2000 dilution |
Anti-Amyloid Oligomeric Antibody (Polyclonal Rabbit) | EMD Millipore | AB9234 | May be used in place of Nu4; needs to be tested by the end user |
6E10 Antibody (Monoclonal Mouse) (Amyloid Antibody) | Biolegend | sig-39320 | 1:1000 dilution |
ChAT Antibody (Polyclonal Goat) | Millipore | AB144P | 1:100 dilution |
DeadEnd Fluorometric TUNEL system | Promega | G3250 | Follow manufacturer's directions for use |
Prolong Gold Antifade Reagent with DAPI | Invitrogen | P36935 | Use when coverslipping slides |
Fluorogold | Fluorochrome, LLC | not available | 2% solution |
Absolute Ethanol (200 proof) | Fisher Scientific | BP2818-4 | For making 70% ethanol for sanitizing and disinfecting |
Novex 10-20% Tricine gel | Life Technologies | EC6625BOX | For separating Aβ1-42 |
Novex Tricine SDS Running Buffer (10X) | Life Technologies | LC1675 | For running 10-20% Tricine gels |
Novex Tris-Glycine Transfer Buffer (25X) | Life Technologies | LC3675 | For transferring 10-20% Tricine gels |
SuperSignal Western Blot Enhancer | Thermo Scientific | 46640 | For enhancing Aβ1-42 signal; follow manufacturer's protocol |
Protran BA79 Nitrocellulose Blotting Membrane, 0.1 μm | GE Healthcare Life Sciences | 10402088 | For transferring 10-20% Tricine gels |
Xcell SureLock Mini-Cell | Life Technologies | EI0001 | Electrophoresis aparatus for running 10-20% Tricine gels |
GenTeal Lubricant Eye Gel | Novartis | not available | For keeping the mouse eyes moist during surgery; can be found in local pharmacy stores |
Refresh Optive Lubricant Eye Drops | Allergan | not available | For keeping the mouse eyes moist during surgery; can be found in local pharmacy stores; Can be used in place of GenTeal |
Betadine | Stoelting | 50998 | For sanitizing and disinfecting |
Round/Tapered Spatula | VWR | 82027-490 | For opening animal mouth |
Bulldog Serrefines Clamps (Jaw Dims. 9X1.6mm; Length 28mm) | Fine Science Tools | 18050-28 | Optional; For keeping scalp skin apart during injection |
Straight Fine Scissors (Cutting edge 25mm; Length 11.5cm) | Fine Science Tools | 14060-11 | For cutting scalp |
#3 Scalpel Handle | Fine Science Tools | 10003-12 | |
#11 Surgical Blade | Fine Science Tools | 10011-00 | For making scalp incision |
Student Standard Pattern Forcep (Tip Dims. 2.5×1.5mm; Length 11.5cm) | Fine Science Tools | 91100-12 | For holding scalp closed during suturing |
Trimmer Combo Kit | Kent Scientific | CL9990-1201 | For shaving hair |
T/Pump Warm Water Recirculator | Kent Scientific | TP-700 | For warming animal during surgery |
Resusable Warmining Pad (5" x 10") | Kent Scientific | TPZ-0510FEA | For attaching it to the T/Pump warm water recirculator to warm the animal during surgery |
Cordless Micro Drill | Stoelting | 58610 | Use 0.8mm steel burrs to drill holes in the skull |
Lab Standard Stereotaxic Instrument with Mouse & Neonatal Rat Adaptor | Stoelting | 51615 | |
Just for Mouse Stereotaxic Instrument | Stoelting | 51730 | Can use this in place of Stoelting Cat. #51615 |
Quintessential Stereotaxic Injector | Stoelting | 53311 | |
Dry Glass Bead Sterilizer | Stoelting | 50287 | For sterilizing stainless steel instruments |
Sterile Surgical Drape (18" x 26") | Stoelting | 50981 | |
Hamilton Syringe 50 ml, Model 705 RN SYR, NDL | Hamilton Company | 7637-01 | For brain injection; use different syringes for different solutions |
29 Gauge Needle, Small Hub RN NDL | Hamilton Company | 7803-06 | For attaching to the Hamilton syringe for brain injection |
1 ml BD Tuberculin Syringes | VWR | BD309659 | For administering anesthesia and saline |
30 Gauge Needle (0.5") | VWR | BD305106 | For administering anesthesia and saline |
Portable Electronic CS Series Scale (Ohaus) | VWR | 65500-202 | For weighing animals to determine anesthesia dose |
Hot plate (Top Plate Dims. 7.25×7.25in) | VWR | 47751-148 | For warming animals post-surgery |
Sofsilk Silk Suture C-1 Cutting 3/8, 12 mm | Covidien | S1173 | For closing wound |
Vetbond Tissue Adhesive (3M) | Santa Cruz Biotechnology | sc-361931 | Optional: for aiding in wound closure; Use with suture. |
Cotton-Tipped Wooden-Shaft Sterile Applicators | Fisher scientific | 22-029-488 | For cleaning and drying surgical wound |
Fisherbrand Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | For collecting brain sections |
VWR Micro Cover Glass 24 X 50 mm | VWR | 48393241 | For mounting microscope slides |
Thermo Scientific Nalgene Syringe Filter 0.2 μm | Fisher Scientific | 194-2520 | For sterilizing saline solution |
Sterile dual tip skin markers by Viscot Medical | Medline | VIS1422SRL91 | For marking coordinates on the skull |