Summary

만성 EAE와 마우스의 신경 줄기 / 전구 세포의 전신 주입

Published: April 15, 2014
doi:

Summary

신경 줄기 / 전구 세포 (NPC가)의 이식은 재생 신경의 큰 약속을 보유하고 있습니다. 의 NPC의 전신 배달은 뇌와 중추 신경계의 실험 만성 염증성 손상에 의해 영향을 설치류 및 영장류의 척수에 줄기 세포를 제공하는 효과적인 침략 낮은 및 치료 매우 효과적인 프로토콜로 설정되어 있습니다.

Abstract

신경 줄기 / 전구 세포 (NPC들)은 재생 신경과 뇌의 수리 또는 복원을 목표로 이식 방법에 대한 유망한 줄기 세포의 원천입니다. 이 지시문은 뇌 수리가 신경 질환의 여러 전임상 모델에서 초점 또는 전신 NPC 이식 후 달성하는 광범위한 증거에서 생겨났다.

이러한 실험 결과는 긴급 평가를 필요로 뇌 질환에 대한 회복 줄기 세포 치료의 주요 장애물 중 하나로서 세포 전달 경로를 발견했습니다. 뇌실질 내 줄기 세포 이식은 척수 손상과 파킨슨 병으로 격리와 접근 뇌 병변을 특징으로하는 병리에 대한 논리적 인 접근 방식을 나타냅니다. 불행하게도,이 원칙은 다발성 경화증 (MS)를 포함, 다 초점 염증 및 (시간과 공간 모두) 전파 특성에 의해 특징 조건에 제대로 적용 할 수있다. 예, 뇌 SYST에 의해 대상으로EMIC NPC 전달은 뇌 및 중추 신경계 (CNS)의 실험 만성 염증성 손상에 의해 영향을 설치류 및 영장류의 척수 세포를 제공하는 저 침습 치료 효과가 프로토콜이되고있다.

세포 전달이 대안적인 방법은, NPC의 pathotropism에 (ⅰ) 기능성 세포 부착 분자 및 염증성 사이토 카인 및 케모카인 수용체를 통해 환경을 감지하도록 특별히 타고난 용량 의존; (II) 누출 해부학 정맥 주사 후 장벽 (. IV) 또는 뇌 실내 (ICV) 주사를 건너; (III) 염증성 뇌와 척수 손상의 여러 혈관 주위 사이트 (들)의 수준에 축적; 및 (iv) 생체 내에서 다른 호스트 표적 세포 상 현저한 조직 영양 및 면역 조절 효과를 발휘한다.

여기에서 우리는 우리가 IV에 대한 개발 방법을 설명합니다. 및 <EM> ICV의 만성 CNS 염증성 탈수 초화의 모델로 실험자가 면역 뇌척수염 (EAE)와 생쥐의 동계의 NPC의 전달, 그리고 재생 신경의 염증이 뇌의 선택적 타겟팅에 대한 가치있는 기술과 조직의 줄기 세포 전달을 직시하다.

Introduction

강력한 증거 CNS 장애 1-8의 동물 모델에서 체세포 신경 줄기 / 전구 세포 (NPC가)의 이식의 치료 효능을 입증 생체 내 연구에서 생겨났다. 이러한 실험 결과는 임상 응용 프로그램으로 변환하기 전에 그럼에도 불구하고, 호스트에 줄기 세포의 전달과 관련된 문제의 수는 신중한 검토가 필요합니다. 다 초점, 만성 염증성 뇌 질환 (nonhematopoietic) 원기를 회복시키는 줄기 세포 치료의 발전으로 특히 상당한 장애물은 NPC 주입의 최적 경로를 식별합니다. 대상 질병의 병태 생리의 확고한 이해 (초점 또는 다 초점, 기본 염증 또는 기본 퇴행성) 및 전달 기술과 관련된 가능성과 위험 문제의 신중한 분석은 줄기 세포 전달을위한 최적의 프로토콜을 식별합니다.

동안 초점 ( <em> 예. 신경계의 실질에) 줄기 세포 이식 손상의 공간적으로 밀폐 된 공간을 특징으로 중추 신경계 질환의 치료에 대한 논리적 인 접근 방식 (예를 들면 파킨슨 병과 헌팅턴의 질병, 뇌와 척수 외상성 손상, 뇌졸중), 바로 그 방법을 증명할 수 예, 다 초점 만성, 공간적으로 전파 CNS 손상은 시간이 지남에 축적 MS, 같은 조건에서 실질적으로 가능하지합니다. 후자의 경우, 각각의 병변에 초점 세포 주사를 대상으로는 따라서 적게 침략 NPC 이식 타겟팅 CNS의 대안, 더 적절한 방법의 식별을 자극 CNS 실질 내 긴 거리를 통해 마이그레이션하는 이식의 NPC의 제한된 용량에 의해 방해된다 .

CNS9 외부 혈관 내 주입했을 때 큰 약속은 생쥐의 NPC가 두개 내 종양 (예를 들면. 신경 교종)을 대상으로 관찰에서 나왔다. 이 정액 다음줄기 세포 pathotrophism 10의 생체 증거, 광범위한 데이터는 실험자가 면역 뇌척수염 (EAE)와 동물 실험의 가능성과의 NPC의 조직 이식의 치료 효과에 관한 축적 된 정맥 중 하나를 통해 염증 CNS 손상의 모델로 (IV) 또는 뇌 실내 (ICV). NPC 주입 1,2,5,6,8 .. 우리는 먼저이 대상을 입력 염증 CNS를, 이후 여러 세포 간 결합에 이식의 NPC의 능력에 의존하는 것으로 나타났습니다 생체 (11)의 특정 미세 환경 내에서 통신 프로그램. 특히 CNS를 대상으로하기 위해,의 NPC는 뇌척수액 (CSF) ICV 주입에 의한 순환, 또는 정맥 주사를 통해 혈류로 직접 전달됩니다. 일단 혈류 또는 CSF 중 하나를 입력, 이식의 NPC가 적극적으로 상호 작용혈액 뇌 (BBB)​​ 또는 혈액 뇌척수액 (BCSFB) 장애 및 중추 신경계의 실질을 입력합니다. NPC 이식하고 BBB (또는 BCSFB) 사이의 상호 작용은 NPC의 표면에 세포 부착 분자 (CAM들)의 특정 설정에 의해 규제 및 활성화 내피 / 뇌실막 세포 12-14에 CAM 카운터 – 리간드의 높은 수준의 발현에 의해 촉진된다. 이러한 캠 예는 히알루 론산에 대한 수용체, CD44, 및 세포 간 접착 분자 (ICAM) -1 리간드 늦게 항원 (VLA) -4 5,15,16 (즉, 백혈구의 활성화 뇌실막과의 상호 작용의 책임을 포함 내피 세포), 그리고 훨씬 낮은 정도의 림프구 기능 관련 항원 (LFA) -1 P-셀렉틴 당 단백질의 리간드 (PSGL) -1. NPC들도 CCR1, CCR2, CCR5, CXCR3 및 CXCR4 등의 케모카인 수용체의 넓은 범위를 표현하는 (그러나 CCR3 및 CCR7을 표명하지 아니합니다) 시험 관내 및 생체 5,16 모두 기능적으로 활성화되어있는. 따라서, systemica베드로 주입의 NPC는 염증 CNS의 수준에 축적, G-단백질 결합 수용체 (GPCR에)와 함께,이 캠 사용합니다. 반대로, NPC의 혈관이나 뇌척수액 공간 루트 2를 통해 CNS를 입력하지 않은 건강한 생쥐에 체계적으로 주입했다. 화학적으로 유도 된 뇌염의 모델로 조직의 사이토 카인 또는 lypopolisaccharide (LPS) 주입 다음 CNS의 염증, 또는 내피 / 뇌실막 세포 활성화는 뇌와 척수 2에 체계적으로 주입의 NPC의 축적을위한 필요가있다. 따라서, 조직 NPC 치료와 CNS의 성공 타겟팅은 뇌와 척수 환경이 축적의 NPC의 내피 마이그레이션에 도움이되는 기회 (우)의 질병 특정 윈도우의 식별에 따라 달라집니다. 이러한 조건은 일반적으로 급성 및 아 급성 염증 (17)의 상황에서 발생한다. 일단 미분화의 NPC를 이식, CNS를 입력 한마우스의 clinico 병리학 기능뿐만 아니라 EAE와 큰, 인간이 아닌 영장류를 개선하는 것으로 나타났다. 이 질문에 답변 최소한의 세포 교체 2 및 비 CNS 염증 영역 (19, 20) (예를 들어, 림프절) 혈관 주위 CNS 2,5,6,18 내 면역 조절 및 신경 주변 분비 인자의 놀라운 분비에서 의존하는 기술되었다 염증 세포의 신호는 면역 세포에게 5 침투에 의해 유발.

여기에서 우리는 만성 EAE의 마우스 모델에 체세포의 NPC의 전신 주사의 주요 방법 론적 측면을 설명합니다. 보다 구체적으로, 우리는 확장 및 성인 C57BL / 6 마​​우스의 subventricular 영역 (SVZ)에서 이식 체세포의 NPC를 준비, 우리는 (I)로 설정 한 프로토콜을 도출 정의; (II)는 마우스의 만성 EAE를 유도 그리고 (iii) 치료 효과가 전신 (IV 또는 ICV) NPC 이식을 수행하는 전n을 EAE 마우스.

Protocol

동물과 관련된 모든 절차는 1986 년 (SP에 PPL 번호 2천4백57분의 80)의 역할은 동물 (과학적 절차)에 따라 영국 본사의 승인을 실험실 동물 관리의 원칙에 따라 수행된다. 성인 쥐의 뇌의 Subventricular 지대 (SVZ)에서 체세포 신경 줄기 / 전구 세포 (NPC가) 1. 유도 절개 악기와 미디어의 준비 NB : 해부 악기 사용하기 전에 (이 파파인을 희석하는 데 도움이 효소의 활성을 최?…

Representative Results

NPC 유도 및 특성 SVZ 해부는 기계 및 효소 분해 (그림 1A)에 의해 6~8주 된 C57BL / 6 마우스의 (N = 5-7 마우스 / 수영장) 풀에서 수행됩니다. CGM에서 배양 몇 일 후, 자유 부동을 neurospheres는 (그림 1A 및 1B)를 형성 시작합니다. 주요 분야는 수집 및 기계적으로 모든 4-5 DIV 계대 있습니다. 계대시, 라이브와 죽은 세포의 수는 확정 누적 세포 수는 성장 곡선 (그…

Discussion

체세포 줄기 세포 기반 요법은 MS2 11과 같은 만성 염증성 CNS 장애 치료를위한 가장 유망한 전략의 하나로 부상하고있다. 자신의 치료 효과를 유지하는 메커니즘은 아직 완전히 규명 될 필요가 있지만, 신경 퇴행성 질환의 다양한 실험 모델에서 NPC 이식의 큰 영향은 세포가 곧 인간의 연구에 적용 할 수있다 줄기 다소 도발적인 믿음에 상승을 부여하고있다. 그러나, 우리는 몇 가지 주요 문?…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 비판적으로 원고를 검토하고 증거 편집 재이든 스미스 감사합니다. 이 작품은 국립 다발성 경화증 학회 (NMSS, 부분적인 보조금 RG-4001-A1)에서지지를 받고있는, 이탈리아의 다발성 경화증 협회 (AISM가 2010/R/31을 부여), 이탈리아 보건부 (GR08-7), 생명, 방카 아그리콜라 POPOLARE 디 라 구사 (BAPR), 유럽 연구위원회 (ERC) ERC-2010-엑츄에 부여 계약에 따라 없음 260511-SEM_SEM과 유럽 공동체 (EC) 7 회 프레임 워크 프로그램 (FP7/2007-2013) 날개 보조금 협정 N * 내지 아래; 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

Referenzen

  1. 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).
  2. Pluchino, S., et al. Injection of adult neurospheres induces recovery in a chronic model of multiple sclerosis. Nature. 422, 688-694 (2003).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Pluchino, S., et al. Neurosphere-derived multipotent precursors promote neuroprotection by an immunomodulatory mechanism. Nature. 436, 266-271 (2005).
  6. Einstein, O., et al. Intraventricular transplantation of neural precursor cell spheres attenuates acute experimental allergic encephalomyelitis. Mol. Cell Neurosci. 24, 1074-1082 (2003).
  7. 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).
  8. Jeong, S. W., et al. Human neural stem cell transplantation promotes functional recovery in rats with experimental intracerebral hemorrhage. Stroke. 34, 2258-2263 (2003).
  9. 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).
  10. Muller, F. J., Snyder, E. Y., Loring, J. F. Gene therapy: can neural stem cells deliver. Nat. Rev. Neurosci. 7, 75-84 (2006).
  11. Martino, G., Pluchino, S. The therapeutic potential of neural stem cells. Nat. Rev. Neurosci. 7, 395-406 (2006).
  12. 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).
  13. Hemmer, B., Archelos, J. J., Hartung, H. P. New concepts in the immunopathogenesis of multiple sclerosis. Nat. Rev. Neurosci. 3, 291-301 (2002).
  14. Butcher, E. C., Picker, L. J. Lymphocyte homing and homeostasis. Science. 272, 60-66 (1996).
  15. 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).
  16. Pluchino, S., et al. Human neural stem cells ameliorate autoimmune encephalomyelitis in non-human primates. Ann. Neurol. 66, 343-354 (2009).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Einstein, O., et al. Neural precursors attenuate autoimmune encephalomyelitis by peripheral immunosuppression. Ann. Neurol. 61, 209-218 (2007).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Constantin, G. Visualization and analysis of adhesive events in brain microvessels by using intravital microscopy. Methods Mol. Biol. 239, 189-198 (2004).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Amariglio, N., et al. Donor-derived brain tumor following neural stem cell transplantation in an ataxia telangiectasia patient. PLoS Med. 6, (2009).
  27. 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).
  28. 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).
check_url/de/51154?article_type=t

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Donegà, M., Giusto, E., Cossetti, C., Schaeffer, J., Pluchino, S. Systemic Injection of Neural Stem/Progenitor Cells in Mice with Chronic EAE. J. Vis. Exp. (86), e51154, doi:10.3791/51154 (2014).

View Video