Summary

Endojen nöral kök hücre etkinleştirme en az Medulla Spinalis Yaralanmalarında, fare modeli değerlendirmek için bir Neurosphere tahlil

Published: September 13, 2018
doi:

Summary

Burada, biz orta kanal niş konut endojen sinir kök hücreleri (NSCs) yedek bir yetişkin fare en az omurilik yaralanma modelinde performansını göstermek. Neurosphere tahlil harekete geçirmek ve yaralanma takip kesin ve ilkel NSCs geçirilmesi ölçmek için nasıl kullanılabileceğini göstermektedir.

Abstract

Sinir kök hücreleri (NSCs) Yetişkin memeli spinal kord nispeten mitotically sakin bir nüfus okudu vitro neurosphere tahlil kullanarak olabilir periventriküler hücre vardır. Bu koloni oluşturan tahlil NSCs cevaben bir tabak içinde eksojen faktörleri incelemek için güçlü bir araçtır; Ancak, bu aynı zamanda vivo içinde manipülasyonlar etkisi güçlü doğru anlayış ve tahlil sınırlamaları ile eğitim için kullanılabilir. Klinik ilgi bir manipülasyon yaralanma endojen NSC etkinleştirme üzerinde etkisi olduğunu. Medulla Spinalis Yaralanmalarında güncel modelleri ortak kontüzyonu, sıkıştırma ve transeksiyon modelleri şiddeti neden olarak kök hücre bulunduğu sitesinde yaralanma NSC niş imha bu çalışma için bir meydan okuma sağlar. Burada, Yetişkin fare omurilik alt torasik düzeyi (T7/8) Yüzeysel dorsolateral yüzeyde yerelleştirilmiş hasara neden olur en az yaralanma modeli açıklar. Bu yaralanma modeli yaralanma düzeyde merkezi kanal yedek ve yaralanma takip çeşitli zaman noktalarda lezyon düzeyinde bulunan NSCs analizine izin verir. İşte, nasıl neurosphere tahlil omurilik periventriküler bölge – ilkel ve kesin NSCs ikamet NSCs iki farklı ve lineally ilgili nüfus aktivasyonu çalışma için kullanılması gereken göstermektedir (pNSCs ve dNSCs, sırasıyla). Nasıl saptamak ve bu NSCs yaralanma ve beyaz madde yaralanma site düzeyinde periventriküler bölge kültür göstermektedir. Bizim ameliyat sonrası omurilik diseksiyonlarının artan sayıda pNSC ve dNSC elde edilen neurospheres periventriküler bölge yaralı iplerden denetimleri, onların harekete geçirmek yolu ile yaralanma konuşan göre göster. Ayrıca, yaralanma, dNSC elde edilen neurospheres yaralanma sitesinden ayrılmış olabilir — NSCs onların periventriküler niş yaralanma sitelere geçirme yeteneği gösteren.

Introduction

Merkezi sinir sistemi kendi kendini yenileyerek, multipotent kök hücrelerin tüm farklı olgun sinir hücre türleri1,2,3,4‘ e çıkmasına kapasitesine sahip bir subpopulation içerir. Bu sinir kök hücreleri (NSCs) beyin ve omurilik özel niş yer alır ve çoğalırlar, göç ve olgun sinir hücrelerine ayırt etmek için yaralanma takip etkinleştirilebilir. NSCs ve onların Döl kortikal hasar modelleri5,6yaralanma sitedeki geçirilecek gösterilmiştir. Beyinde, NSCs nerede gliyal yara oluşumu7‘ ye katkıda astrocytes içine ayırt sitesine yaralanma lateral ventrikül geçirilecek gösterilmiştir. Omurilik, ancak, bu aynı endojen NSCs Medulla Spinalis Yaralanmalarında takip kurtarma tanıtmak için harnessed olabilir eğer sormak kaç çalışmalar yapılmıştır. Nitekim, şu anda bir tartışma olup doğrudan fiziksel zarar merkezi kanal8 astar periventriküler niş omurilik kök hücre havuzda aktivasyonu gerektirir veya spinal hasar (kök bırakarak parankimi kordon hücre niş olduğu gibi) endojen NSCs9etkinleştirmek yeterli olur.

Omurilik yaralanma (SCI) modeller bir dizi akut ve kronik yaralanması Patofizyoloji eğitim için kullanılmaktadır. Bu modeller de neuroprotection, immunomodulation ve gelişmekte olan hücre nakli/değiştirme stratejileri10,11,13SCI tedavisinde potansiyel tedaviler test etmek için kullanılmıştır. Geçerli modelleri büyük ölçekli fonksiyonel açıkları yanı sıra geniş lezyonlar ve kavite kordon14,15‘ te neden sıkıştırma ve/veya kontüzyonu yaralanmaları içerir. Sonuç gliyal izleri genişliği/çevresi omurilik16çoğunluğu ile birlikte birkaç spinal segmentler yayılabilir. Böylece, bu modeller klinik olmakla birlikte, endojen NSCs yaralanma aşağıdaki yanıt eğitimi için önemli sorunlar paraları. Daha hafif formların merkezi kanal17yedek yaralanma neden için uyarlanmış yaralanma kimyasal modellerdir. Ancak, bu tür yaralanma SCI ile ilişkili demiyelinizasyon odaklanmak ve travmatik bilimleri ile ilişkili fiziksel ve/veya mekanik hasar klinik modeli değildir

Geçerli yaralanma modellerin sınırlarını adrese, orijinal fare9, bir yetişkin fare modeli uygulama için gelişmiş bir iğne parça en az SCI modeli, adapte olması. Adapte yaralanma modelimiz tutarlı bir lezyon fare omurilik dorsolateral bölgesinin oluşturabilir ve merkezi canal yaralanma seviyelerine adlı yedek. Bu modelin avantajı bu NSC kinetik çalışma ruhsatı mı yaralanma ve onların potansiyel radyal geçiş yaralanma siteye aşağıdaki. Bir fare modeli kullanımı da soy izleme endojen NSCs ve yaralanma takip onların Döl izin transgenik fareler kullanımına izin verir. NSCs özelliklerini daha da bu protokol için tanıttı vitro neurosphere tahlil değiştirilmiş bir formu kullanarak tespit edilebilir.

Neurosphere tahlil NSCs yalıtım mitogens huzurunda izin veren bir vitro koloni oluşturan tahlil olduğunu. Klonal kaplama yoğunlukları bireysel NSCs NSCs küçük bir subpopulation ve ataları18,19büyük bir çoğunluğu oluşan hücre serbest yüzer küresel sömürgelerine çıkmasına çoğalırlar. Bizim iletişim kuralında, spinal kord periventriküler bölgesinden iki farklı ve lineally ilgili NSCs yalıtım göstermek — temel koşullar altında ve ardından en az SCI modelimiz. Kesin sinir kök hücreleri (dNSCs) hızlı testin ve gliyal fibrillary asidik protein (GFAP’nin) ve epidermal büyüme faktörü (EGF), fibroblast büyüme faktörü (FGF) ve heparin (birlikte olarak adlandırdığı EFH)20huzurunda yetiştirilmektedir. Bu dNSCs için çok az neurospheres vitrosebebiyet veren saf spinal kord nadirdir. Ancak, biz dNSCs en az SCI, periventriküler bölge21kimden izole neurospheres sayıda genişleyen takip etkinleştirilir gösterir. İlkel sinir kök hücreleri (pNSCs) ters yönde nöral kök hücre soy dNSCs. pNSCs pluripotency işaretçiyi Oct4 düşük düzeyde son derece nadir, hızlı ve lösemi inhibitör faktörü (LIF) duyarlı22. pNSCs ne zaman yetişkin fare spinal kord miyelin temel protein (MBP) birincil kültür varlığı nedeniyle gelen izole neurospheres oluşturmaz; Ancak, pNSC neurospheres MBP eksik fareler izole olabilir ve genişletilmiş aşağıdaki yaralanma onların sayılardır — dNSCs21benzer. Son olarak, biz dNSC elde edilen neurospheres erken kez en az bilm takip yaralanma siteden izole olabilir göstermek Bu bulgular bizim yaralanma modeli ve deneyleri periventriküler NSCs yeteneklerini çoğalırlar ve yaralanma yanıt olarak göç gibi etkinleştirme özellikleri değerlendirebilir göstermektedir.

Protocol

Bu iletişim kuralı Toronto Üniversitesi, hayvan bakımı Komitesi tarafından kabul edildi ve “Kılavuzu için bakım ve kullanım, deneysel hayvan uygun olarak” (2nd Edition, hayvan bakımı, Kanada Konseyi 2017). 1. en az omurilik yaralanma cerrahi Not: ameliyat öncesi tüm cerrahi aletler ve malzemeler uygun yöntemlerle (Şekil 1A) sterilize emin olun. Gazlı bez 4 – 5 karelerinin haddeleme ve onları birl…

Representative Results

Ameliyat, kuyruk ve olası hind-bacak taraflidir için en fazla 24 saat içeren en az motor açıkları fareler deneyim gerekir. Bu saatten sonra fareler hiçbir hind-felç ve/veya taraflidir ve minimal değişiklikler yürüyüş deneyim gerekir. Şekil 3 5 gün en az Medulla Spinalis Yaralanmalarında temsilcisi neurosphere tahlil sonuçlarını gösterir. DNSC elde edilen neurospheres (EFH içind…

Discussion

Cerrahi işlem sırasında nerede araştırmacı belirli en iyi sonuçları elde etmek ve hayvanlar arasında değişkenlik en aza indirmek için özen birkaç önemli adımlar vardır. Anestezi nöroprotektif etkileri uzun süre maruz27olduğu gösterildiği gibi (isoflurane) inhale anestezi ile ameliyat sırasında özen göstermelidir. Buna göre omurilik yaralanma takip yeniden üretim kapasitesini okurken kadar hızlı ve verimli karıştırıcı değişkenleri önlemek için mümkün olduğu…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu eser (çalışma hibe CMM) Krembil Vakfı tarafından finanse edilmektedir. WX Carlton Marguerite Smith Öğrenci Ödülü alıcı oldu. NL bir Ontario lisansüstü öğrenim bursu aldım.

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

  1. Johansson, C. B., et al. Identification of a neural stem cell in the adult mammalian central nervous system. Cell. 96 (1), 25-34 (1999).
  2. McKay, R. Stem cells in the central nervous system. Science. 276 (5309), 66-71 (1997).
  3. Gage, F. H. Mammalian neural stem cells. Science. 287 (5457), 1433-1438 (2000).
  4. Temple, S., Alvarez-Buylla, A. Stem cells in the adult mammalian central nervous system. Current Opinion in Neurology. 9 (1), 135-141 (1999).
  5. Zhang, R., et al. Activated neural stem cells contribute to stroke-induced neurogenesis and neuroblast migration toward the infarct boundary in adult rats. Journal Of Cerebral Blood Flow And Metabolism. 24 (4), 441-448 (2004).
  6. Komitova, M., Mattsson, B., Johansson, B. B., Eriksson, P. S. Enriched environment increases neural stem/progenitor cell proliferation and neurogenesis in the subventricular zone of stroke-lesioned adult rats. Stroke. 36 (6), 1278-1282 (2005).
  7. Faiz, M., et al. Adult neural stem cells from the subventricular zone give rise to reactive astrocytes in the cortex after stroke. Cell Stem Cell. 17 (5), 624-634 (2015).
  8. Ren, Y., et al. Ependymal cell contribution to scar formation after spinal cord injury is minimal, local and dependent on direct ependymal injury. Science Reports – UK. 7, (2017).
  9. Mothe, A. J., Tator, C. H. Proliferation, migration, and differentiation of endogenous ependymal region stem/progenitor cells following minimal spinal cord injury in the adult rat. 神经科学. 131 (1), 177-187 (2005).
  10. Thuret, S., Moon, L. D., Gage, F. H. Therapeutic interventions after spinal cord injury. Nature Reviews Neuroscience. 7 (8), 628-643 (2006).
  11. Bethea, J. R., et al. Systemically administered interleukin-10 reduces tumor necrosis factor-alpha production and significantly improves functional recovery following traumatic spinal cord injury in rats. Journal of Neurotrauma. 16 (10), 851-863 (1999).
  12. Donnelly, D. J., Popovich, P. G. Inflammation and its role in neuroprotection, axonal regeneration and functional recovery after spinal cord injury. Experimental Neurology. 209 (2), 378-388 (2008).
  13. Cummings, B. J., et al. Human neural stem cells differentiate and promote locomotor recovery in spinal cord-injured mice. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 102 (39), 14069-14074 (2005).
  14. Beattie, M. S., Hermann, G. E., Rogers, R. C., Bresnahan, J. C. Cell death in models of spinal cord injury. Progress in Brain Research. 137, 37-47 (2002).
  15. Metz, G. A., et al. Validation of the weight-drop contusion model in rats: a comparative study of human spinal cord injury. Journal of Neurotrauma. 17 (1), 1-17 (2000).
  16. Faulkner, J. R., et al. Reactive astrocytes protect tissue and preserve function after spinal cord injury. Journal of Neuroscience. 24 (9), 2143-2155 (2004).
  17. Cheriyan, T., et al. Spinal cord injury models: a review. Spinal Cord. 52 (8), 588-595 (2014).
  18. Deleyrolle, L. P., Reynolds, B. A. Isolation, expansion, and differentiation of adult Mammalian neural stem and progenitor cells using the neurosphere assay. Neural Cell Transplantation: Methods and Protocols. , 91-101 (2009).
  19. Singec, I., et al. Defining the actual sensitivity and specificity of the neurosphere assay in stem cell biology. Nature Methods. 3 (10), (2006).
  20. Mignone, J. L., Kukekov, V., Chiang, A. S., Steindler, D., Enikolopov, G. Neural stem and progenitor cells in nestin-GFP transgenic mice. The Journal of Comparative Neurology. 469 (3), 311-324 (2004).
  21. Xu, W., et al. Myelin basic protein regulates primitive and definitive neural stem cell proliferation from the adult spinal cord. Stem Cells. 35 (2), 485-496 (2017).
  22. Sachewsky, N., et al. Primitive neural stem cells in the adult mammalian brain give rise to GFAP-expressing neural stem cells. Stem Cell Reports. 2 (6), 810-824 (2014).
  23. Mothe, A., Tator, C. H. Isolation of neural stem/progenitor cells from the periventricular region of the adult rat and human spinal cord. Journal of Visualized Experiments. (99), (2015).
  24. Absher, M. Hemocytometer counting. Tissue Culture. , 395-397 (1973).
  25. Azari, H., Rahman, M., Sharififar, S., Reynolds, B. A. Isolation and expansion of the adult mouse neural stem cells using the neurosphere assay. Journal of Visualized Experiments. (45), (2010).
  26. Xiong, L., et al. Preconditioning with isoflurane produces dose-dependent neuroprotection via activation of adenosine triphosphate-regulated potassium channels after focal cerebral ischemia in rats. Anesthesia and Analgesia. 96 (1), 233-237 (2003).
  27. Metz, G. A., Merkler, D., Dietz, V., Schwab, M. E., Fouad, K. Efficient testing of motor function in spinal cord injured rats. Brain Research. 883 (2), 165-177 (2000).
  28. Hamers, F. P., Koopmans, G. C., Joosten, E. A. CatWalk-assisted gait analysis in the assessment of spinal cord injury. Journal of Neurotrauma. 23 (3-4), 537-548 (2006).

Play Video

Cite This Article
Lakshman, N., Xu, W., Morshead, C. M. A Neurosphere Assay to Evaluate Endogenous Neural Stem Cell Activation in a Mouse Model of Minimal Spinal Cord Injury. J. Vis. Exp. (139), e57727, doi:10.3791/57727 (2018).

View Video