概要

Kronik EAE ile Fare nöral kök / progenitör hücrelerinin sistemik enjeksiyonundan

Published: April 15, 2014
doi:

概要

Nöral kök / progenitör hücreler (NPC) nakli rejeneratif nöroloji büyük vaatlerde tutar. NPC sistemik teslimi, beyin ve merkezi sinir sistemi hasarı deney kronik enflamatuar etkilenen kemirgen ve insan olmayan primatların omurilikteki kök hücrelerini sunmak için etkili invazif düşük, ve terapötik açıdan etkili, çok protokol dönüşmüştür.

Abstract

Nöral kök / öncül hücreler (NPC) rejeneratif nöroloji, beyin onarım veya restorasyon amaçlayan nakli yaklaşımlar için umut verici bir kök hücre kaynağıdır. Bu yönerge beyin onarım nörolojik hastalıklar, çeşitli klinik öncesi modellerde, fokal ya da sistemik olarak NPC nakli sonrasında elde edilir, geniş kanıtlar doğmuştur.

Bu deneysel veriler acil değerlendirmeyi gerektirir beyin hastalıkları için restoratif kök hücre tedavilerinin önemli engellerden biri olarak hücre teslim rota belirledik. İntraparenkimal kök hücre aşılama gibi omurilik yaralanmaları ve Parkinson hastalığı gibi izole edilmiş ve erişilebilir beyin lezyonları ile karakterize olan patolojiler için mantıklı bir yaklaşımı temsil etmektedir. Ne yazık ki, bu ilke, multipl skleroz (MS) gibi a, multifokal enflamatuar ve (zaman ve mekan hem de) yaygın doğası ile karakterize edilen koşullara kötü uygulanabilir. Gibi, beyin Sist tarafından hedef olarakemik NPC teslim beyin ve merkezi sinir sistemi (CNS) Deneysel kronik inflamatuar zarar etkilenen kemirgen ve insan olmayan primatların omurilik hücreleri sağlamak için düşük bir invaziv ve terapötik açıdan etkili bir protokol haline gelmiştir.

Hücre teslimat Bu alternatif yöntem, NPC pathotropism (i) fonksiyonel hücre yapışma molekülleri ve enflamatuar sitokin ve kemokin reseptörleri üzerinden çevreye anlamda özel olarak doğuştan gelen bir kapasiteye dayanır; (Ii) sızıntı anatomik intravenöz sonra bariyerleri (. Iv) veya intraserebrovantriküler (icv) enjeksiyonu çapraz; (Iii) de iltihabik beyin ve omurilik hasarı çok perivasküler yer (ler) seviyesinde birikir; ve (iv) in vivo olarak farklı konakçı hedef hücrelerin üzerine kayda değer bir doku trofik ve bağışıklık düzenleyici etkilerini uygularlar.

Burada biz iv için geliştirilmiş olan yöntemler açıklanmaktadır. ve <em> icv kronik CNS inflamatuar demiyelinasyon bir model olarak, deneysel otoimmün ensefalomiyelit (EAE) ile farelerde singeneik NPC teslim, ve rejeneratif nörolojide iltihaplı beyin seçici hedeflemesi için değerli bir teknik olarak sistemik kök hücre teslim öngörmektedir.

Introduction

Güçlü kanıtlar CNS bozukluklarının 1-8 hayvan modellerinde, somatik sinir kök / öncü hücreler (NPC) transplantasyonunda terapötik etkinliği doğrulayan vivo çalışmalarda doğmuştur. Bu deneysel sonuçlar, klinik uygulamalara tercüme edilebilir önce Bununla birlikte, konak içine kök hücrelerin teslimi ile ilgili bir takım konularda dikkatli bir değerlendirme gerektirir. Multifokal, kronik inflamatuar beyin hastalıkları için (hematopoetik olmayan) restoratif kök hücre tedavilerinin geliştirilmesine yönelik özellikle önemli bir engel NPC enjeksiyon ideal bir rota tanımlanmasıdır. Hedeflenen hastalığın patofizyolojisi bir firma anlayışı (fokal veya multifokal; primer inflamatuar veya primer dejeneratif), ve dağıtım teknikleri ile ilgili fizibilite ve risk konularında ihtiyatlı analiz kök hücre teslimat için optimum protokolünü belirlemek bulunmaktadır.

Birlikte odak ( <em> Örneğin. sinir sistemi parankimi içine) kök hücre nakli hasarının uzamsal kapalı alanlara karakterize CNS hastalıklarının tedavisi için mantıklı bir yaklaşım (örneğin, Parkinson ve Huntington hastalığı, beyin ve omurilik travmatik yaralanmalar ve inme), aynı yaklaşım olduğu kanıtlanabilir Böyle bir multifokal kronik ve mekansal olarak yaygın sinir sistemi hasarı zamanla biriken MS, gibi durumlarda pratik olarak mümkün olmadığı için. Bu son durumda, bireysel lezyonların fokal hücre enjeksiyonları hedeflemesi de böylece daha az invazif NPC nakli ile hedef MSS alternatif, daha uygun yöntemlerin belirlenmesini isteyen, CNS parankimi içinde uzun mesafelerde göç nakledilen NPC kapasitesi sınırlı tarafından engellendiği .

CNS9 dışında damardan enjekte edildiğinde büyük vaadi farelerde NPC intrakranial tümör (örn.. Glioma) hedef gözlemlerden ortaya çıktı. Bu seminal ardındankök hücre pathotrophism 10 in vivo kanıt, geniş veri, deneysel otoimmün ensefalomyelit (EAE) ile laboratuvar hayvanlarında fizibilite ve NPC sistemik nakli terapötik etkinliğine ilişkin birikmiş olan intravenöz ya yoluyla inflamatuvar MSS hasar bir model olarak (iv) veya intraserebrovantriküler (icv.) NPC enjeksiyon 1,2,5,6,8 .. Biz ilk olarak bu hedef ve girmek iltihaplı MSS ve sonradan birden hücrelerarası meşgul nakledilen NPC yeteneği bağlı olduğunu göstermiştir 11, in vivo olarak belirli bir mikro ortamlar içinde iletişim programları. Özel olarak MSS hedef için, NPC beyin omurilik sıvısı (CSF) icv enjeksiyon ile dolaşım, veya iv enjeksiyon yoluyla kan akışına doğrudan verilir. Bir kez kan dolaşımına veya CSF girilerek, nakledilen NPC aktif etkileşimkan beyin (BBB) ​​veya kan beyin omurilik sıvısı (BCSFB) engeller ve CNS parankimi girin. NPC greft ile BBB (veya BCSFB) arasındaki bu etkileşim, NPC yüzey hücre yapışma molekülleri (CAMlar) spesifik grubu ile düzenlenir ve aktive edilmiş endotel / ependimal hücreler 12-14 CAM kontra-ligandları yüksek seviyelerinin ifadesi ile kolaylaştırılır. Bu CAM'lar örnekleri hiyalüronat için reseptörü, CD44, ve hücreler arası yapışma molekülü (ICAM) -1 ligand çok geç antijen (VLA) -4 5,15,16 (yani, lökositler de, aktive edilmiş ependim ile etkileşim sorumludur içerir ve endotel hücreleri), ve daha düşük bir ölçüde Lenfosit fonksiyonu ile ilişkili antijen (LFA)-1 ve p-selektin glikoprotein ligandı (PSGL) -1. NPC da CCR1, CCR2, CCR5, CXCR3, CXCR4 ve şunları içeren çeşitli kemokin alıcılarının, geniş bir yelpazede belirtir (ama CCR3'ü ve CCR7 ifade yoktur), in vitro ve in vivo 5,16 hem de işlevsel açıdan aktif olan,. Bu nedenle, systemically enjekte NPC iltihaplı merkezi sinir sisteminin seviyesinde birikir, G-protein kenetli reseptör (GPCR) ile birlikte, bu CAM'lar kullanın. Tersine, NPC vasküler veya beyin omurilik sıvısı alan yolları 2 üzerinden MSS girmeyin sağlıklı farelere içine sistemik enjekte. Kimyasal olarak bağlı ensefalit, bir model olarak ya da sistemik sitokin lypopolisaccharide (LPS) enjeksiyonu takip CNS enflamasyonu, veya endotelyal / ependim hücre aktivasyonu, beyin ve omurilik 2 içine sistemik olarak enjekte NPC birikimi için gereklidir. Bu nedenle, sistemik tedavileri ile NPC CNS başarılı bir şekilde hedefleme, beyin ve omurilik ortam birikimi ve NPC transendoteliyal taşınması için elverişli olduğu bir fırsat (WoO) bir hastalığa özgü pencerenin tanımlanmasına bağlıdır. Bu tür durumlar, genellikle erken ve geç inflamasyon 17 bağlamında ortaya çıkmaktadır. Bir kez farklılaşmamış NPCleri nakledilen, CNS'yi girmiş olanFarelerin klinik-patolojik özelliklerin yanı sıra daha büyük EAE, insan olmayan primatlar iyileştirilmesi için gösterilmiştir. Bu da karşılık olarak hücre yer değiştirmesi üzerinde çok az 2 olan ve olmayan sinir sistemi iltihaplı bölgelerde 19,20 (örneğin, lenf düğümleri) vs perivasküler CNS 2,5,6,18 olan bağışıklık düzenleyici ve nöro-koruyucu parakrin faktörler dikkate değer salgılanması bağımlı olduğu tarif edilmiştir enflamatuar hücre sinyal bağışıklık hücreleri 5 süzülmesiyle ortaya çıkarmıştır.

Bu yazıda kronik EAE bir fare modeli içine somatik NPC sistemik enjeksiyon kilit metodolojik yönlerini açıklar. Daha spesifik olarak, biz genişletmek ve yetişkin C57BL / 6 farelerin subventricular bölgesi (SVZ) den nakli somatik NPC hazırlamak, biz (i) kurduk protokolleri türeterek tanımlamak; (Ii) bu tür farelerde kronik EAE neden ve (iii) terapötik olarak etkili sistemik (iv veya icv) NPC nakli gerçekleştirmek iNto EAE fareler.

Protocol

Hayvanları içeren tüm uygulamalar 1986 (SP PPL No 80/2457) hareket hayvanlar (bilimsel prosedürleri) kapsamında İngiltere İçişleri Bakanlığı tarafından onaylı laboratuvar hayvan bakım esaslarına göre yapılır. Yetişkin Farelerde Beyin bölge subventricular (SVZ'una) somatik Nöral kök / progenitör hücrelerin (NPC) 1. Türetilmesi Diseksiyon aletleri ve medya hazırlanması NB: diseksiyonlar araçlar kullanılmadan önce (o papain sulandırmak için…

Representative Results

NPC türetme ve karakterizasyonu SVZ diseksiyonlar mekanik ve enzimatik ayrışma (Şekil 1A) vasıtası ile 6-8 haftalık C57BL / 6 farelerinin (n = 5-7 farenin / havuz) havuzları üzerinde gerçekleştirilir. CGM kültürlemenin bir kaç gün sonra, serbest yüzen neurospheres (Şekil 1A ve 1B) oluşturulması başlar. Birincil küreler alınır ve mekanik olarak her 4-5 DIV pasajlanır. Pasajlayarak sonra canlı ve ölü hücre sayıları tespit ve kümülati…

Discussion

Somatik kök hücre bazlı terapiler gibi MS2 11 gibi kronik iltihaplı CNS bozuklukları tedavi etmek için en ümit verici yöntemlerinden biri olarak ortaya çıkmaktadır. Terapötik etkilerini sürdürme mekanizmaları hala tam olarak aydınlatılamamıştır gerekir iken, nörodejeneratif hastalıkların farklı deneysel modellerde NPC naklinin önemli bir etkisi hücreler yakında insan çalışmalar içine uygulanabilir kök biraz kışkırtıcı inanç doğurmuştur. Ancak, bazı önemli sorunları y…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar eleştirel yazının gözden geçirmez ve düzenleme için Jayden Smith teşekkür ederim. Bu çalışma Ulusal Multipl Skleroz Derneği (NMSS, kısmi hibe RG-4001-A1) destek aldı, İtalyan Multipl Skleroz Derneği (AISM, 2010/R/31 hibe), İtalyan Sağlık Bakanlığı (GR08-7), Hayat, Banca Agricola Popolare di Ragusa (BAPR), Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) ERC-2010-StG Hibe sözleşmesi altında herhangi 260511-SEM_SEM ve Avrupa Topluluğu (AT) 7. Çerçeve Programı (FP7/2007-2013) için Wings Hibe Anlaşması n * C altında; 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

参考文献

  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).

Play Video

記事を引用
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