Two-photon intravital imaging can be used to investigate interactions among different cell types in the spinal cord in their native tissue environment in a bone marrow chimeric animal with a dorsal column traumatic spinal cord crush injury.
Traumatic spinal cord injury causes an inflammatory reaction involving blood-derived macrophages and central nervous system (CNS)-resident microglia. Intra-vital two-photon microscopy enables the study of macrophages and microglia in the spinal cord lesion in the living animal. This can be performed in adult animals with a traumatic injury to the dorsal column. Here, we describe methods for distinguishing macrophages from microglia in the CNS using an irradiation bone marrow chimera to obtain animals in which only macrophages or microglia are labeled with a genetically encoded green fluorescent protein. We also describe a injury model that crushes the dorsal column of the spinal cord, thereby producing a simple, easily accessible, rectangular lesion that is easily visualized in an animal through a laminectomy. Furthermore, we will outline procedures to sequentially image the animals at the anatomical site of injury for the study of cellular interactions during the first few days to weeks after injury.
중추 신경계 (CNS)의 질병이나 부상으로 염증 반응이 저조한 특히 면역 조직 내의 세포와 거주자 사이의 상호 작용에 관해서, 이해된다. 척수 이들 세포 상호 작용의 조사는 살아있는 동물에서 특히 중요하다. 유일한 쉽게 접근 할 수 CNS 백색질이 가능한 실험 방법을 개선에 노력을 집중하기에 중요한 지역 만들기, 척수의 등 열입니다. 이 조사로 인해 액세스하고 이미징 CNS 안정화에 기술적 어려움에 제한되고있다. 척수 라이브 영상은 초기 모독 후 몇 시간 이상 척수 손상 이전에, 그러나, 연구는 거의 1-13 다루었 셀룰러 이동을 설명 하였다. 외상성 척수 병변은 뉴런, 아스트로 사이트, 섬유 아세포, NG2 선조 세포 및 면역 세포를 includi을 가진 복잡한 환경미세 아교 세포, 호중구, 대 식세포, T 세포, B 세포 및 수지상 세포 14,15 겨. 대 식세포는 순환부터 침입 병변에 대한 책임 식세포 면역 세포의 서브 세트이다. 이들 식세포의 역할은 이들 세포는 손상된 조직의 손상과 보호 역할을 모두 수행 할 수 있음을 나타내는 보고서, 논란이되고있다. 이러한 역할은 부상당한 동물 21,23,24에서 기능 적자를 상처에 복용 표현형을 치유하고 감소로, 손상 후 보조 축삭 dieback을 증가시키고 식세포으로 16-22으로 행동 이르기까지 다양합니다.
이전에는 주로 건강한 조직의 형태에 의존 한 미세 아교 세포에서 대 식세포를 구별하려고 시도합니다. 그러나 활성화 된 미세 아교 세포와 대 식세포는 같은 마커의 많은 표현하고 BAS를 연구하기 어려운 이러한 세포의 다양한 활동의 분리를하고, 부상 25 ~ 29 후 구별 형태를 표시30 만 이러한 요인에 에디션. 이 방법은 생체 내에서 이들 세포 유형을 판별 덜 유용하지만 이러한 균체 33,34 유세포 분석기를 사용하여 CD45의 발현에 의해 분리 될 수있다. 단핵구 이러한 마커의 발현의 역동적 인 변화가 정확한 분석 (35, 36)를 복잡하게 대 식세포로 분화하지만, 미세 아교 세포와 대 식세포에서 CCR2 및 CX3CR1의 활용 발현 차이는, 탐구하고있다. 대식 세포가 골수 전구 세포에서 파생 된 모욕 (31, 32) 후 부상 CNS를 입력하는 동안 미세 아교 세포는 중추 신경계에 거주하는 면역 세포 인 태아의 개발 과정에서 난황 전구 세포에서 발생한다. 이러한 두 종류의 세포를 구별하는 형태를 사용하는 또 다른 방법은 CNS 상주을 유지하면서, 도너 전구 세포로부터 유도 된 대 식세포에서 추적 마커를 발현 도너 동물에서 전구 세포와 골수를 대체하는 것, RECIPient 유래 미세 아교 세포. 이 골수 키메라 모델은 일반적으로 많은 다른 응용 프로그램 37-40에 이용된다. 따라서이 방법은 특정 애플리케이션에서의 사용을 제한하는, 숙주에서 골수 전구 세포를 박멸하는데 사용 조사 또는 세포 독성 약물에 의해 야기되는 뇌 혈관 장벽의 완전성의 손상과 관련된 고유주의를 갖는다. 최근 CNS의 대 식세포와 미세 아교 세포 사이의 기능적 차이는 유동 세포 계측법, 유전자 칩 어레이 분석 및 미래에 매우 유용 할 것이다 키메라 24,26,41-44 방법을 사용하여 식별 될하기 시작했다. 이러한 두 종류의 세포를 분리하기 어려운 상태 그대로지만, 고유의 기능을 이해하는 것은 모두 CNS 내의 미세 아교 세포 및 대식 세포를 포함하는 질환의 치료 표적으로 이어지는 중요하다.
척수 내 병변 세포 상호 작용에 대한 설명은 주로 세포 배양 모델을 포함하는 연구에서왔다. 이 D이다살아있는 동물에서 함께 영상 모두 척수 병변 및 면역 세포와 관련된 문제에 대한 UE. 다양한 종류와 심각도의 척수 손상의 현재 설치류 모델은 타박상 모델 45, 46, 핀 찌를 부상 2, 열상 (47), 여기 16,18,48 설명 등의 열 압박 손상을 포함한다. 수막에 염증 부상의 정도에 따라 증가 및 직렬 이미징을위한 창이나 수술의 주입에 대한 독특한 도전을 포즈. 이러한 문제점 중 일부는 대 식세포의 침윤뿐만 아니라 수술 부위 위에 섬유 조직의 생성을 포함한다. 등의 열 압박 손상을 연구하기 위해 여기 에서처럼 이러한 문제 중 일부는 작은 병변을 만들고 경질 이후 다시 개방 수술을 허용하는 paraspinous 근육 사이의 비 면역 원성 수술 드레싱 노출 된 척수를 덮고에 의해 극복 될 수있다 . 스핀의 이미지 만 등의 부분에있는 기능타박상 모델은 주로 자주 부상 45,49 후 특히 이른 시점에서, 등의 컬럼의 가장 지느러미 부분을 살려주는 중앙 코드에 손상을 줄 수 있기 때문에 알 코드는, 부상의 선택을 제한한다. 따라서, 우리는 병변 내 병변에 축삭의 상대 위치를 쉽게 정량화 세포 운동의 관찰 모두에 유용 깨끗하고, 반복, 직사각형 모양의 병변을 산출 간단한 손상 모델에 대해 설명합니다.
실시간으로 병리 계속되는 동안 그 나라의 조직 구획에서 다른 종류의 세포 이미징 상호 작용은 큰 관심을 생성했다. CNS, 세포 – 세포 접촉의 밀도가 네트워크 내에서 인접 세포와 신호가 정상적인 기능과 중추 신경계의 병리를 이해하는 데 필수적이다. 여기서는 척수 기계적 병변 내 세포 이동의 관찰이 광자 레이저 스캐닝 현미경의 사용을 설명했다. 수술 및 조직 준비의 품질뿐만 아니라, 조직의 기계적 안정성이 성공적으로 시간 경과 현미경, 동 잡음 호흡에서 척수 특히 절연을위한 가장 중요하다. 안정성은 동물의 심장 박동 또는 호흡에 대응 해부 현미경 척수의 이동 찾음으로써 평가 될 수있다. 수술을 수행하고 또한 영상을 시작하기 직전에있는 동안 안정성을 모두 평가해야한다. 애니 마 경우L은 조정 척수 클램프의 배치 및 견고 함을 유지해야한다 안정하지 않다. 골수 키메라 접근 방식과 결합 된 세포 형 특정 형광 기자 마우스 모델은 미세 아교 세포와 축삭 대 단핵구 세포의 식별을 허용했다. 이전의 연구는 혈액 유래 단핵구가 아니라 미세 아교 세포가 여기에 (43)에 설명 된 방법을 사용하여 외상 후 보조 축삭 손상에 대한 책임이 있음을 밝혀졌다. 덱스 트란 공액 용기 염료 모두 랜드 마크를 제공하고 용기 무결성 침해를 식별하기 위해 용기의 식별을 허용한다. 적절한 형광 리포터 마우스 모델의 선택은 목적하는 세포 유형의 적절한 식별이 묘화 될 수있게하는 것이 중요하다.
수행되는 연구에 적합한 형광 마우스 모델의 개발은 또한 실험의 성공에 매우 중요하다. CX3CR1 + / GFP의 두 식세포 집단을 구별 </sup> CNS의 세포는 전통적으로 어려웠다. 여기에 도시 된 바와 같이, 일반적인 면역 학적 기법, 조사 키메라는 골수 유래 대 식세포로부터 무선 내성, CNS 상주 미세 아교 세포를 구별하는데 이용 될 수있다. 조사 절차는 세포 표현형을 혈액 뇌 장벽을 손상 변경할 가능성이 있으므로이 모델의 사용은 신중하게 고려되어야한다. 이러한 변화의 정도는 조사량뿐만 아니라 회복 기간의 지속 기간과 상이하고, 다른 모델의 염증에 미치는 영향은 충분히 연구되지 않았다. CNS 혈액 뇌 장벽에 대한 조사의 효과를 조사하는 동안 머리를 차단함으로써 최소화 될 수 있고, 이것은 척수 직접 52 차폐되어 있지 않은 경우에도, 조사 후 척수 세포의 침윤을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 여기서 우리는 키메라의 생성 결과로서 정상 상태에서 CNS 내로 침윤 세포의 수는 대조 마비 무의미한 것을 관찰병변을 입력 셀 ER. 고려해야 할 다른 대안 모델은 약물 유발 키메라 52 parabiotic 마우스 모델 (53)을 포함한다.
여기서 우리는 두 광자 현미경을 사용하여 이미지를 쉽게 척수의 등 백질에 병변 결과, 특정 간단하고 재현성있는 작은 손상 모델을 제시 하였다. 이 방법은 문헌에 보완 고정 조직 분석 16,18,43,48,54와 결합 된 지느러미 열에서 축삭 dieback의 정도를 분석하는 정량 병변을 제공합니다. 이 모델에서, 동물들은 최소한의 적자를 표시하고 손상 후 특별한 치료를 필요로하지 않습니다. 여기에서 설명하는 등의 열 압박 손상 및 이미징 기술을 이용하여 미래 연구는 척수 손상에 대한 치료의 효과를 평가하기 위해 강력한 검사 도구가 될 수 있습니다. 이러한 치료는 소분자 억제제, 약물, 세포 제제, 조직 이식 및 조합 치료를 포함 할 수있다의. 대식 세포, 미세 아교 세포와 신경 세포 사이의 상호 작용은 또한 다발 경화증, 종양, 수막염 및 근 위축성 측삭 경화증 척수 다른 질환 모델에서 역할을 수행 할 가능성이 있으며,이 기술은 또한 이들 질환의 연구에 유용 할 수있다 .
The authors have nothing to disclose.
The following agencies provided critical funding support for this study: MSTP T32 GM007250 (T.A.E.), 5T32EB7509 (D.S.B.), NCI R01 CA154656 (A.Y.H.), Dana Foundation (A.Y.H.), St. Baldrick’s Foundation (A.Y.H.), Alex’s Lemonade Stand Foundation (A.Y.H.), Gabrielle’s Angel Foundation (A.Y.H.) and Hyundai Hope-on-Wheels Program (A.Y.H.). The authors are thankful for the indispensable help of Jerry Silver and Sarah Busch in learning the Dorsal Column Crush (DCC) injury. The authors are also grateful to Jingquang You, Elisabeth Hare and Hongmei Hu for technical help with genotyping and Ross Anderson for mounting the spinal stabilizing unit.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
CX3CR1 GFP mice | Jackson laboratories | 5582 | |
Thy-1 YFP H mice | Jackson laboratories | 3782 | |
Mouse pie cage | Braintree Scientific | MPC 2 set | |
60mm2 petri dish | Corning | 430166 | For bone marrow isolation |
Falcon 40 um cell filter | Fisher Scientific | 08-771-1 | For bone marrow isolation |
1x15mL and 1x50mL conical tube | Fisher Scientific | For bone marrow isolation | |
16 gauge needle | BD | 305177 | For bone marrow isolation |
1ml syringe | BD | 309628 | For bone marrow isolation |
ACK lysis buffer | Gibco | A10492-01 | For bone marrow isolation |
HBSS | Gibco | 1E+07 | For bone marrow isolation |
RPMI media | Sigma | R8758 | For bone marrow isolation |
F4/80 antibody | Ebioscience | 12-4801 PE | For FACS verification of chimeras |
30-gauge insulin syringe | BD | 328280 | For tail vein injection |
Spinal Cord Clamps | Narshinge | STS-A | For imaging |
Ortho-Jet Dental Acrylic powder | Lang Dental | REF1320 | For imaging |
Ortho-Jet Dental Acrylic liquid | Lang Dental | REF1404 | For imaging |
Gelfoam gelatin sponges | Pfizer | 9E+06 | For imaging |
4-0 Ethilon sutures | Ethilon | 1667G | For surgery |
Reflex Clips, 7mm | Kent Scientific | INS750344 | For surgery. Sterilize before use |
Iris Scissors | Fine Science Tools | 14061-09 | For surgery |
45/5 Forceps, Dumoxel | Fine Science Tools | 11251-35 | For surgery |
Rongeurs | Fine Science Tools | 16021-14 | For surgery |
30 gauge needle | BD | 305106 | For making access holes in dura |
Forceps Dumont #4 Biology tips | Dumont | 11242-40 | For surgery |
Needle Drivers | Fine Science Tools | 12002-12 | For surgery |
Michel Wound Clip Forceps | Kent Scientific | INS700753 | For surgery |
Wound clip remover | Fine Science Tools | 12033-00 | For surgery |
O-rings for Forceps | Fine Science Tools | 11200-00 | For surgery, Often provided with #4 forceps, can also be ordered separately |
Cordless Rechargable Animal trimmer | Wahl | Series 8900 | for surgery |
Vetbond | 3M | 1469SB | For surgery |
Betadine Solution (10% Providine-Iodine Topical Solution) | Purdue Products L.P. | NDC 67618-150-08 | For surgery |
Nair Hair remover lotion | Church & Dwight Co., Inc. | NRSL-22329-05 | For surgery |
Isoflurane | Butler Schein | NDC 11695-6776-2 | Drugs – for surgery |
Marcaine | Henry Schein | 6E+06 | Drugs – for surgery 1.0 mg/kg given subcutaneously |
Bupernex | Henry Schein | 121-7793 | Drugs – for surgery buprenorphine 0.1 mg/kg |
aCSF | Chemicals from Sigma | 119 mm NaCl | For surgery |
26.2 mM NaHCO3 | From Cold Spring Harbor Protocols | ||
2.5 mM KCl | |||
1 mM NaH2PO4 | |||
1.3 mM MgCl2 | |||
10 mM glucose | |||
TRITC-dextran 150,000 MW | Sigma | T1287 | For intravenous administration to label vasculature |