Demyelinating diseases can be modeled in animals by focal application of lysolecithin into the CNS. A single injection of lysolecithin into mouse spinal cord produces a lesion that spontaneously repairs over time. The goal is to study factors involved in de- and remyelination, and to test agents for enhancing repair.
多发性硬化是特征在于含有丢失少突胶质细胞,髓鞘,轴突,神经元和斑块形成的中枢神经系统的炎性脱髓鞘疾病。髓鞘是一种内源性修复机制,由此新髓鞘产生扩散,招聘和少突胶质细胞前体细胞的分化成随后髓鞘形成少突胶质细胞,并且有必要保护轴突从进一步的损害。目前,所有的治疗多发性硬化症的治疗目标疾病的异常免疫组件,它降低炎症复发,但不阻止进展为不可逆的神经衰退。因此,当务之急是髓鞘再生,促进战略,将开发出可延缓疾病进展,或许逆转神经系统症状。脱髓鞘的几种动物模型存在,包括实验性自身免疫性脑脊髓炎和curprizone;但是,也有LIMItations在将其用于研究髓鞘再生。更可靠的方法是焦点注射毒素进入中枢神经系统,包括洗涤剂溶血卵磷脂进入啮齿动物的脊髓白质。在这个协议中,我们表明,涉及注入溶血卵磷脂到小鼠的腹侧白质的手术过程是快速,成本效益,并且需要比那些市售没有额外的材料。这个过程是很重要的,不仅用于研究参与的髓鞘再生过程中的正常事件,但也可作为临床前工具用于筛选候选髓鞘再生促进治疗剂。
多发性硬化症(MS)是中枢神经系统(CNS)的特征在于免疫细胞浸润和含有失去髓鞘,少突胶质细胞,轴突和神经斑块的慢性脱髓鞘疾病。大多数患者具有疾病过程包括炎症复发伴有广泛的神经系统症状,随后缓解期的。超过一半的患者最终没有明显的反复,但持续的神经衰落过渡到继发进展阶段。据认为,这逐步恶化是由于轴索损害和损失,有助于在由慢性脱髓鞘一部分。战略,以恢复丢失的髓鞘因此被认为有前途的治疗方法,以延缓疾病进展,或许逆转神经系统症状。
髓鞘再生是在CNS的内源性修复反应,由此从招募少突胶质细胞前体细胞中产生新的髓鞘(OPCs的)分化成髓鞘形成少突胶质细胞。髓鞘再生已显示在动物模型中是相当健壮1-3,然而,它的效率下降与4岁。事实上,髓鞘发生在人类身上,虽然它是不完整的,在大多数MS患者5。为MS所有目前可用的药物主要针对该疾病的异常免疫组分和,而在减少复发有效,不显着地延缓疾病的进展。下一代的用于MS的管理的治疗策略将为了防止两个复发和进展6结合在免疫调节与内源性髓鞘再生的增强进展。
一种方法来研究DE-和髓鞘再生在CNS涉及直接喷射洗涤剂溶血磷脂酰胆碱(溶血卵磷脂)进入脊髓白质1,3,7的。这个过程产生了很好的特点demyelinat荷兰国际集团的伤害主要由巨噬细胞/小胶质细胞浸润和活化8,9,无功星形胶质细胞增生,轴突动态平衡/轴索损伤,和OPC增殖和迁移10的扰动。病变可预见的演变过了几个星期的期限,并最终能够完全髓鞘再生的。这种方法已在研究参与DE-和髓鞘再生事件的编排是特别有用的。此外,它已被采纳为候选疗法的临床前测试的工具以下脱髓鞘损伤加速修复。
已经开发了许多动物模型来研究MS,最可辨别的实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)模型。在EAE,啮齿动物的免疫接种髓鞘肽的片段,并进行炎症病变的发展体现在上行性麻痹。虽然这种模式已经为免疫调节药物MS临床前测试非常有用,它不是理想的研究髓鞘主要有三个原因:为半自动或超薄组织处理时首先炎性病灶的位置是随机和定位病变部分可以是具有挑战性的。第二个是髓鞘再生发生在一个特定的时间过程,以及一个单一的EAE病变的确切年龄不能在没有连续的非侵入性磁共振成像是已知的。第三是髓鞘再生是下列药物治疗中的EAE可能不是药物的主要结果自然发生的现象,在啮齿动物,和髓鞘再生的证据,但在代替减少炎症的继发现象。
制造脱髓鞘另一种常见的方法是通过引入铜螯合剂cuprizone在饮食实现。这将导致广泛的脱髓鞘,最主要的是在胼胝体。有在研究胼胝体作为站点髓鞘再生的原因如下限制:首先,轴突直径(因此髓鞘厚度)比其它CNS区域更小,并且因此薄remyelinated护套可以是从那些从未脱髓鞘难以区分。其次,因为鼠标胼胝体中含有> 70%的无髓鞘的轴突16,它可以是不清楚的一个remyelinated段是否损坏髓鞘或从头合成髓鞘的成人,这通常发生在17的真正修复。
这是我们的信念,为研究髓鞘再生的最佳模式是直接注射毒素,无论是溶血卵磷脂,ethid鎓溴化物,或其他人进入尾脑梗18或脊髓白质。前者位置仅通过精确3维立体定向注射来实现,并且被限制为较大的啮齿动物(大鼠)由于小脑梗的小尺寸。这不包括转基因小鼠的研究脱离和髓鞘的广泛资源。脊髓,但是,包含了许多大型白质是方便手术。在延髓胸椎段椎骨之间的空间允许对脊髓的曝光,而不需要一个椎板切除,这是在尾胸外科手术的一个必要步骤。特异性靶向腹侧白质的优点在于,所述的轴突比背侧白质均匀地较大,使得髓鞘再生的量化较少模糊的任务类似于与胼胝体相关的挑战。另外,腹侧白质组成一个更大的吨ARGET区注入;几百微米横向中背区将使毛细管柱外,而同偏差腹侧仍然会产生显着的脱髓鞘病灶。一些协议注入溶血卵磷脂到两个背侧和相同的动物19的腹侧列。这样可以提高正确毛细管放置两者的可能性和量化的病灶中较少的动物的数量。而呈现的当前数据是从8-10周龄的动物在操作的时候,我们还采用对8-10个月大的小鼠,其中髓鞘再生被描述为显着更慢4同样地进行了成功。
髓鞘的定量是不是一个平凡的事业。中央教条断定,remyelinated段长度较短和更薄的平均比健康同行,从而得到比的剖半直径:计算(轴突直径轴突+髓鞘直径除以)ř超薄切片已经成为标准程序。然而,已知的是remyelinated段加厚随时间2,并使用髓鞘再生少突胶质细胞的转基因报告最近的研究表明,许多节间最终成为从控制器20区分。量化病灶内成熟少突胶质细胞的数量是一种间接的方法来测量修复,因为少突胶质细胞是能够使茎节的宽一些,而髓鞘再生-取决于模型的一个显著比例使用-可以发生从雪旺氏细胞3。当然,由于髓鞘已被链接到恢复跳跃式传导21,修复的最终指标是神经功能缺损的功能恢复。而髓鞘再生已在若干物种22,23被链接到的功能恢复,它并没有成为在小鼠溶血卵磷脂研究的标准程序。这很可能是由于缺乏明显的observ的无论从背腹或病变能赤字,相比于更强大的脱髓鞘模型如EAE,甚至cuprizone。我们认为,从溶血卵磷脂注射液,和随后的恢复与髓鞘产生的功能缺陷,会用细感觉运动功能的敏感测试只能观察到。
“髓鞘”要么一起上面列出,虽然是一个粗暴的方法途径的动物模型的考研搜索,显示溶血卵磷脂(109)相比,EAE(188)和cuprizone(197)更少的搜索命中。如果我们的论点,即溶血卵磷脂脱髓鞘是研究髓鞘再生上级的做法,为什么最少的讨论?或许是忐忑,使用这种方法源于技术难度在执行手术的信仰。实际上,此过程是快速,成本效益,并且是不超过常规组织剥离比较困难,需要的材料都得到商业上出售。我们希望,这个协议证明了那些希望这个强大的模型添加到他们的剧目为研究髓鞘修复的精彩和扩大的领域非常有用。
The authors have nothing to disclose.
This project was funded by a grant from the Multiple Sclerosis Society of Canada and the Alberta Innovates – Health Solutions CRIO Team program. MBK is a recipient of studentships from Alberta Innovates – Health Solutions and the Multiple Sclerosis Society of Canada. SKJ is funded by a graduate student support grant from the Alberta endMS Regional Research and Training Center of the Multiple Sclerosis Society of Canada. The authors wish to acknowledge Dr. Jan van Minnen and the Regeneration Unit in Neurobiology core facility for training and use of equipment.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
spring scissors | Fine Science Tools | 15004-08 | |
forceps | Fine Science Tools | 11254-20 | |
retractor | Fine Science Tools | 17003-03 | |
clippers | Philips | QG3330 | |
heating recovery chamber | Peco Services | V1200 | |
surgical tape | 3M | 1527-1 | |
scalpel handle | Fine Science Tools | 10003-12 | |
scalpel blade | Feather | No. 15 | |
sponge spear | Beaver Visitec | 581089 | |
5-0 Vicryl sutures | Ethicon | J511G | |
curved ToughCut spring scissors | Fine Science Tools | 15123-12 | |
32 gauge metal needle | BD | 305106 | |
needle holders | Fine Science Tools | 12002-14 | |
angled forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | |
cotton tipped applicator | Puritan | 806-WC | |
gauze pads | Safe Cross First Aid | 3763 | |
10 μL syringe | Hamilton | 7635-01 | make sure to purchase the microliter, not gastight syringe |
compression fitting | Hamilton | 55750-01 | contains the 2 ferrules and removable nut, but the nut that comes with the 10 μL syringe is a tighter fit |
priming kit | Hamilton | PRMKIT | contains the priming syringe, removable hub needle and the rubber discs |
pre-pulled glass capillaries | WPI | TIP10TW1 (pack of 10) | contains capillaries with 10 μm inner diameter. 30 μm inner diameter also work (TIP30TW1) |
stereotactic frame | David Kopf instruments | Model 900 | |
Ultrasonic cleaner | Fisher Scientific | FS-20 | |
Tissue-Tek optimal cutting temperature (OCT) compound | VWR | 25608-930 | |
Tissue-Tek intermediate cryomold | VWR | 25608-924 | |
cryostat | Leica | CM1900 | |
microscope slides | VWR | 48311-703 | |
bright field microscope | Olympus | BX51 | |
ultramicrotome | Leica EM UC7 | EM UC7 | |
Lysophosphatidylchoine | Sigma | L1381 | |
2-methylbutane | Sigma | M32631 | |
Triton x-100 | Sigma | X-100 | |
goat serum | Sigma | G9023 | |
Mouse anti-SMI312 antibody | Covance | SMI-312R | 1:2000 dilution |
Rabbit anti-MBP antibody | Abcam | AB40390 | 1:1000 dilution |
Goat anti-PDGFRα antibody | R&D Systems | AF1062 | 1:100 dilution |
Rabbit anti-Olig2 antibody | Millipore | AB9610 | 1:200 dilution |
Mouse anti-CC1 antibody | Calbiochem | OP80 | 1:200 dilution |
Alexa Fluor 488 goat anti-rabbit IgG | Life technologies | A-11008 | 1:500 dilution |
Alexa Fluor 546 goat anti-mouse IgG | Life technologies | A-11003 | 1:500 dilution |
Alexa Fluor 488 donkey anti-goat IgG | Jackson Immuno | 705-546-147 | 1:500 dilution |
Alexa Fluor 594 donkey anti-mouse IgG | Jackson Immuno | 715-586-151 | 1:500 dilution |
Alexa Fluor 647 donkey anti-rabbit IgG | Jackson Immuno | 711-606-152 | 1:500 dilution |
PBS | Oxoid | BR0014 | |
isopropyl alcohol | Sigma | 109827 | |
ketamine | CDMV | ||
xylazine | CDMV | ||
iodine | West Penetone | 2021 | |
Vaseline petroleum jelly | VWR | CA05971 | |
paraformaldehyde | Sigma | P6148 | |
sucrose | Sigma | S5016 | |
Eriochrome Cyanine R | Sigma | 32752 | |
sulfuric acid | Sigma | 320501 | |
iron(III) chloride | Sigma | 157740 | |
ammonium hydroxide | Sigma | 320145 | |
Acrytol | Leica Biosystems | 3801700 | |
Citrisolv | Fisher Scientific | 22-143-975 | |
horse serum | Sigma | H0146 | |
glutaraldehyde | Electron Micrscopy Sciences | 16220 | |
osmum tetroxide | Electron Micrscopy Sciences | 19150 | highly toxic |
potassium hexacyanoferrate (II) trihydrate | Sigma | P3289 | |
corn oil | Sigma | C8267 | |
polyvinyl alcohol | Sigma | P8136 | |
glycerol | Sigma | G9012 | |
cacodylic acid | Electron Micrscopy Sciences | 12300 | |
propylene oxide | Electron Micrscopy Sciences | 20401 | |
EMBED kit | Electron Micrscopy Sciences | 14120 | |
Toluidine Blue O | Sigma | T3260 | |
Sodium tetraborate decahydrate | Sigma | S9640 | |
Recipes | |||
Eriochrome cyanine solution | |||
Ingredient | Amount to add | ||
Eriochrome Cyanine R | 0.8 g | ||
sulfuric acid | 400 mL 0.5% | ||
iron(III)chloride | 20 mL 10% | ||
water | 80 mL | ||
*add eriochrome cyanine to sulfuric acid, followed by iron(III) chloride and water. Solution can be kept after use. Make fresh once per year. | |||
Gelvatol | |||
Ingredient | Amount to add | ||
PBS | 140 mL | ||
polyvinyl alcohol | 20 g | ||
glycerol | 40 g | ||
*mix well, place at 37 °C overnight, centrifuge at 1960xg 30 min, aliquot into 40 tubes |