הזרקה מערכתית של תאי גזע / אב עצביים בעכברים עם EAE כרוני
概要
ההשתלה של תאי גזע עצביים / אב (NPCs) מחזיקה בהבטחות גדולות בתחום הנוירולוגיה רגנרטיבית. המשלוח המערכתי של NPCs הפך לפרוטוקול יעיל, נמוך פולשנית וטיפולית יעיל מאוד כדי לספק תאי גזע במוח ובחוט השדרה של מכרסמים וקופים לא אנושיים מושפעים מניזק דלקתי כרוני ניסיוני של מערכת העצבים המרכזית.
Abstract
תאי גזע עצביים / מבשר (NPCs) הם מקור תאי גזע מבטיח לגישות השתלה המכוונות לתיקון מוח או שיקום בנוירולוגיה רגנרטיבית. הוראה זו עלתה מחומר הראיות רבות שתיקון המוח מושגת לאחר השתלת NPC מוקד או מערכתית בכמה מודלים פרה של מחלות נוירולוגיות.
נתוני ניסוי אלה זיהו את מסלול משלוח תא כאחד המכשולים העיקריים של טיפולים בתאי גזע לטיפול במחלות המוח משקמים שדורשת הערכה דחופה. השתלת תאי גזע intraparenchymal מייצגת גישה הגיונית לאלו פתולוגיות מאופיינות בנגעים במוח מבודדים ונגישים, כגון פגיעות בעמוד השדרה ומחלת פרקינסון. למרבה הצער, עיקרון זה הוא גרוע החלים על תנאים מאופיינים בטבע multifocal, דלקתי והפיץ (שניהם בזמן ובמרחב), כוללים טרשת נפוצה (MS). ככזה, מוח מיקוד על ידי systמשלוח NPC Emic הפך פרוטוקול פולשנית וטיפולי יעיל נמוך כדי לספק לתאי המוח וחוט השדרה של מכרסמים וקופים לא אנושיים מושפעים מניזק דלקתי כרוני ניסיוני של מערכת העצבים המרכזית (CNS).
זו שיטה החלופית של משלוח התא מסתמכת על pathotropism NPC, במיוחד היכולת המולדת שלהם (i) לחוש את הסביבה באמצעות מולקולות הידבקות תא פונקציונליות וקולטניים ציטוקינים וchemokine דלקתית; (Ii) לחצות את המחסומים דולפים אנטומיים לאחר תוך ורידי (iv). או intracerebroventricular הזרקה (ICV); (Iii) מצטבר ברמה של אתר מרובה perivascular (ים) של נזק מוח וחוט השדרה דלקתי; וכן (iv) להפעיל תזונתי רקמה מדהימה ואפקטי רגולציה חיסוניים על תאי יעד מארח שונים in vivo.
כאן אנו מתארים את השיטות שפיתחנו לiv. ו<em> משלוח ICV של NPCs syngeneic בעכברים עם Encephalomyelitis הניסיוני אוטואימוניות (EAE), כמודל של פגיעה במיאלין הדלקתית של מערכת העצבים המרכזית הכרונית, ולדמיין את אספקת תאי גזע המערכתית כטכניקה חשובה למיקוד סלקטיבי של המוח המודלק בנוירולוגיה רגנרטיבית.
Introduction
ראיות חזקות שקמה במחקרי vivo המעידים על היעילות הטיפולית של השתלת תאים סומטיים גזע עצביים / מבשר (NPCs) במודלים של בעלי חיים של הפרעות במערכת העצבים המרכזית 1-8. עם זאת, מספר הסוגיות הנוגעות לאספקה של תאי גזע למארח דורש שיקול דעת לפני שניתן לתרגם את תוצאות ניסויים אלו ליישומים קליניים. המשוכה במיוחד משמעותית לקראת הפיתוח של טיפולים (nonhematopoietic) משקמים בתאי גזע לטיפול במחלות multifocal, דלקתיות כרוניות במוח היא זיהוי של המסלול האידיאלי של הזרקת NPC. הבנה מוצקה של הפתופיזיולוגיה של המחלה ממוקדת (מוקד או multifocal; ניווניות דלקתיות או עיקריות ראשוניות), וניתוח זהיר של נושאי היתכנות וסיכונים הקשורים בטכניקות המסירה הן בזיהוי הפרוטוקול האופטימלי למסירה בתאי גזע.
בעוד המוקד ( <em> למשל. לparenchyma מערכת העצבים) השתלת תאי גזע היא גישה הגיונית לטיפול במחלות של מערכת העצבים המרכזית מאופיינות באזורים מוגבלים מרחבית של נזק (למשל פרקינסון ומחלת הנטינגטון, פגיעות טראומטיות במוח ובחוט השדרה, ושבץ), אותו הגישה עשויה להוכיח להיות כמעט לא ריאלי במצבים כגון טרשת נפוצה, שבו נזק במערכת העצבים המרכזית multifocal, כרוני, והופץ במרחב מצטבר לאורך זמן. במקרה אחרון זה, מיקוד זריקות תא מוקד לנגעים בודדים גם הפריע הקיבולת המוגבלת של NPCs המושתל להגר למרחקים ארוכים בתוך parenchyma מערכת העצבים המרכזית, ובכך גרם לזיהוי של שיטות חלופיות, מתאימות יותר של מערכת העצבים המרכזית מיקוד עם השתלות NPC פחות פולשני .
הבטחה גדולה יצאה מהתצפיות שNPCs למקד את הגידול תוך גולגולתי (למשל. גליומה) בעכברים כאשר הוא מוזרק intravascularly מחוץ CNS9. בעקבות זאת זרעבראיות vivo של pathotrophism תאי גזע 10, נתונים נרחבים שנצברו בנוגע להיתכנות והיעילות טיפולית של ההשתלה המערכתית של NPCs בחיות מעבדה עם Encephalomyelitis הניסיוני אוטואימוניות (EAE), כמודל לניזק במערכת העצבים המרכזית דלקתי, באמצעות או דרך הווריד (Iv) או intracerebroventricular הזרקת NPC 1,2,5,6,8 (ICV.) .. הראנו ראשון שזה תלוי ביכולת של NPCs המושתל למקד ולהזין את מערכת העצבים המרכזית המודלקות, ולעסוק בין תאית מרובה לאחר מכן תוכניות תקשורת בתוך microenvironments ספציפי in vivo 11. על מנת למקד במיוחד במערכת העצבים המרכזית, NPCs מועברים ישירות לתוך נוזל השדרה מחזור (CSF) על ידי הזרקת ICV, או למחזור הדם באמצעות הזרקת iv. ברגע שנכנס גם למחזור הדם או CSF, NPCs מושתל באופן פעיל באינטראקציה עםדם המוח (BBB) או נוזל השדרתי דם מחסומים (BCSFB) והזן את parenchyma מערכת העצבים המרכזית. אינטראקציה זו בין שתל NPC וBBB (או BCSFB) מוסדרת על ידי קבוצה מסוימת של מולקולות פני השטח NPC הידבקות תא (מצלמות) והנחייתם של הביטוי של רמות גבוהות של Counter-ligands CAM על תאי אנדותל / מופעלים ependymal 12-14. דוגמאות למצלמות אלה כוללות את הקולטן לhyaluronate, CD44, ומולקולת ההידבקות בין תאית (ICAM) -1 אנטיגן יגנד מאוחר מאוד (VLA) -4 5,15,16 (כי, בלויקוציטים, אחראים של האינטראקציה עם ependymal הופעל ותאי האנדותל), ולאנטיגן הרבה יותר נמוך במידת ימפוציטים הקשורים פונקציה (LFA) -1 ויגנד P-גליקופרוטאין selectin (PSGL) -1. NPCs גם להביע מגוון רחב של קולטני chemokine, כולל CCR1, CCR2, CCR5, CXCR3, וCXCR4 (אבל לא מבטא CCR3 וCCR7), שהם בחינה תפקודית פעילים, הן במבחנה in vivo 5,16. לפיכך, systemicaNPCs הזריק lly להשתמש מצלמות אלה, יחד עם קולטן מצמידים G-חלבון (GPCRs), לצבור ברמה של מערכת העצבים המרכזית המודלקות. לעומת זאת, NPCs הזריק מערכתי לעכברים בריאים לא נכנסים למערכת העצבים המרכזית דרך כלי דם או מסלולי שטח נוזל השדרתי 2. דלקת במערכת העצבים המרכזית, או אנדותל / הפעלת תא ependymal הבאה ציטוקינים מערכתיים או lypopolisaccharide הזרקה (LPS) כמודל של דלקת קרום המוח כימי שגרם, הוא הכרחית ולכן להצטברות של NPCs הזריק מערכתית למוח וחוט השדרה 2. לכן, מיקוד מוצלח של מערכת העצבים המרכזית עם טיפולי NPC מערכתיים תלוי בזיהוי של חלון ספציפי מחלה של הזדמנות (WOO) שבה המוח וסביבת חוט השדרה הם תורמים להצטברות וההגירה transendothelial של NPCs. בתנאים כאלה, בדרך כלל מתעוררים בהקשר של דלקת חריפה וsubacute 17. ברגע שיש נכנס למערכת העצבים המרכזית, מושתל NPCs מובחןהוכחו לשפר את תכונות clinico-פתולוגית של עכברים, כמו גם פרימאטים גדולים יותר, לא אנושיים עם EAE. זו תוארה להיות תלויה מהחלפה המינימלית תא 2 והפרשה יוצאת דופן של גורמי חיסון רגולציה והגנה עצביים אוטוקריני בתוך מערכת העצבים המרכזית perivascular 2,5,6,18 לעומת אזורים שאינה במערכת העצבים המרכזית מודלקים 19,20 (למשל בלוטות לימפה) בתגובה ל איתות תא דלקתית שהושרו על ידי חדירת תאי מערכת החיסון 5.
במסמך זה אנו מתארים את ההיבטים המתודולוגיים העיקריים של ההזרקה המערכתית של NPCs הגופני למודל של עכברים של EAE הכרוני. באופן ספציפי יותר, אנו מגדירים את הפרוטוקולים שהקמנו (i) נובע, להרחיב ולהתכונן לNPCs סומטיים השתלה מאזור subventricular (SVZ) של מבוגרים עכברי C57BL / 6; (Ii) לגרום EAE הכרוני בעכברים כאלה וכן (iii) לבצע טיפולי יעיל מערכתי (iv או ICV) השתלת NPC iעכברי n כדי EAE.
Protocol
Representative Results
Discussion
טיפולים בתאי גזע סומטיים מבוססים הם מתעוררים כאחד מהאסטרטגיות המבטיחות ביותר לטיפול בהפרעות במערכת העצבים המרכזית דלקתיות כרוניות כגון 11 MS2. בעוד שמנגנוני שמירה על ההשפעות הטיפוליות שלהם עדיין צריכה להיות הובהר לגמרי, ההשפעה המשמעותית של השתלת NPC במודלי ניסו?…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים ג'יידן סמית ללאור וההוכחה עורכת את כתב היד. עבודה זו קיבלה תמיכה מהאגודה הלאומית הטרשת הנפוצה (NMSS, מענקים חלקיים RG-4001-A1), הטרשת הנפוצה האגודה האיטלקית (AISM, להעניק 2010/R/31), המשרד האיטלקי לבריאות (GR08-7), כנפיים לחיים, Banca Agricola Popolare di Ragusa (BAPR), המועצה האירופית למחקר (ERC) על פי הסכם ERC-2010-STG גרנט לא 260,511-SEM_SEM ותכנית מסגרת ה -7 של הקהילה האירופית (EC) (FP7/2007-2013) תחת גרנט הסכם n * מעלות; 280,772 – 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 |
参考文献
- 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).
