This protocol describes how to determine whether pharmacological treatments for experimental autoimmune encephalomyelitis show CNS protection as a consequence of suppressing immune cell infiltration or are neuroprotective during the onslaught of immune cell infiltration.
A major hallmark of the autoimmune demyelinating disease multiple sclerosis (MS) is immune cell infiltration into the brain and spinal cord resulting in myelin destruction, which not only slows conduction of nerve impulses, but causes axonal injury resulting in motor and cognitive decline. Current treatments for MS focus on attenuating immune cell infiltration into the central nervous system (CNS). These treatments decrease the number of relapses, improving quality of life, but do not completely eliminate relapses so long-term disability is not improved. Therefore, therapeutic agents that protect the CNS are warranted. In both animal models as well as human patients with MS, T cell entry into the CNS is generally considered the initiating inflammatory event. In order to assess if a drug protects the CNS, any potential effects on immune cell infiltration or proliferation in the periphery must be ruled out. This protocol describes how to determine whether CNS protection observed after drug intervention is a consequence of attenuating CNS-infiltrating immune cells or blocking death of CNS cells during inflammatory insults. The ability to examine MS treatments that are protective to the CNS during inflammatory insults is highly critical for the advancement of therapeutic strategies since current treatments reduce, but do not completely eliminate, relapses (i.e., immune cell infiltration), leaving the CNS vulnerable to degeneration.
يتميز مرض التصلب المتعدد (MS) من قبل الآفات الالتهابية في الغالب في المناطق المادة البيضاء في الدماغ في مرحلة مبكرة من المرض. بعد تطور طويل الأمد، تم الكشف عن الرمادي ضمور المسألة التصوير بالرنين المغناطيسي، ويمثل مرحلة العصبية للمرض. وتعزى دباق رد الفعل، إزالة الميالين، والأضرار محور عصبي في المادة البيضاء في الجهاز العصبي المركزي تسلل الخلايا المناعية. أي من العلاجات المستخدمة حاليا في MS عكس أو مباشرة منع تنكس عصبي في الجهاز العصبي المركزي – بدلا من ذلك، فإنها تقلل من التهاب في تهدئة تنشيط الخلايا T و / أو تسلل إلى الجهاز العصبي المركزي. لأنه لا يوجد علاج لمرض التصلب العصبي المتعدد والمرضى باستخدام العلاجات الحالية لا يزالون يعانون من تطور المرض والاكتشافات من الأدوية التي تمنع إزالة الميالين والعصبية وفقدان مهمة خطيرة. ومع ذلك، التفريق بين التأثيرات على الخلايا المناعية وتلك الموجودة على الجهاز العصبي المركزي ويمكن أن يكون من الصعب تجريبيا، كنتيجة – أي تقليل الضرر الذي يصيب الجهاز العصبي المركزي – تبدو الصورةAME بغض النظر عن الآليات التي يحدث فيها. لذلك، وتقييم حماية الجهاز العصبي المركزي يجب شراكة مع تقديرات الجهاز العصبي المركزي تسلل الخلايا المناعية وتكاثر الخلايا المناعية في محيط لتحديد كيفية وكلاء الدوائية تؤثر على آليات المرض.
التجريبية التهاب الدماغ والنخاع المناعي الذاتي (بنت) هو نموذج حيواني راسخة من الاضطرابات الالتهابية المناعة الذاتية التي كانت مسؤولة بشكل مباشر عن اكتشاف الأدوية المستخدمة حاليا لعلاج مرض التصلب العصبي المتعدد 1-4. وغالبا ما تستخدم الفئران لEAE، مع C57BL / 6 الفئران كونها سلالة شعبية على أساس توافر المتغيرات الجينية. C57BL / 6 الفئران التي يسببها مع EAE المعرض تطور المرض المزمن مع بداية اليوم حوالي 10 بعد الاستقراء. تسلل من لحمة الحبل الشوكي والمخيخ هي سمة من التشريح المرضي من هذه الحيوانات، مع عدم وجود تسلل في لحمة القشرية 5. الآفات بالإضافة إلى ذلك، القشرية وإزالة الميالين في بالمطر والسمات المميزة للمرض 6-9، والتي هي غائبة نسبيا في C57BL / 6 الفئران. لذلك، قد يكون من الأفضل عندما يكون ذلك ممكنا لاستخدام الفئران SJL، التي تعاني من مرض منتكس والآفات وجدت في كل من الدماغ والحبل الشوكي التي تظهر مشابهة لتلك التي في MS 10.
العلاج لا يمكن أن تصنف على أنها اعصاب إذا الخلايا المناعية لا تصل أبدا إلى الجهاز العصبي المركزي. لذلك، هذا البروتوكول يجعل من استخدام تحليل cytometric تدفق المخ والحبل الشوكي، والطحال من الفئران EAE لتحديد آثار العلاج على تسلل الخلايا المناعية في الجهاز العصبي المركزي وانتشار الخلايا المناعية في محيطها، كما هو موضح سابقا (11). يوصف أيضا تحليلات المناعى أنسجة الجهاز العصبي المركزي لتحديد مدى وطبيعة العصبية. الجمع بين هذه الأساليب يسمح لتحديد ما إذا كانت تنشيط الخلايا المناعية وانتشرت في محيطها، ما إذا كانت الخلايا المناعية دخلت الجهاز العصبي المركزي، وعما إذا كان الجهاز العصبي المركزي والعلاقات العامةotected من التهاب أو تلف. إذا اشتبه آثار اعصاب على الرغم من تأثيرات على الجهاز المناعي، ويمكن المجربون يغير العلاج تبدأ مرات بعد تسلل الخلايا المناعية في حدث الجهاز العصبي المركزي.
هنا، نقدم بروتوكول باستخدام نموذجين مختلفين من EAE نشط، والخلية بوساطة نموذج حيواني T من مرض التصلب العصبي المتعدد، والتدفق الخلوي تحليل جنبا إلى جنب مع المناعية على مختلف نقاط وقت أثناء المرض لتحديد مدى فعالية من العلاجات التجريبية على الجوانب المختلفة ل MS المرضية. وهذه الطريقة سوف تساعد الباحثين في التفريق بين الآثار المترتبة على انتشار الخلايا المناعية وتسلل مقابل حماية الجهاز العصبي المركزي، مما يجعل من الاسهل لتضييق كيف تعمل الأدوية على التسبب بالمرض.
المرضى الذين يعانون من مرض التصلب العصبي المتعدد لا تزال تعاني من انتكاسات المرض في حين أخذ الأدوية التي تخفف من تنشيط الخلايا T و / أو تسلل إلى الجهاز العصبي المركزي، تستدعي تطوير خيارات العلاج التي تحمي بشكل مباشر على الجهاز العصبي المركزي. وقد كلاسيكي استخدمت EAE في تصميم نموذج لأعراض مرض التصلب العصبي المتعدد، ويمكن أن تكون أداة قوية عند دراسة طبيعة التفاعلات بين نظام المناعة والجهاز العصبي المركزي في الجسم الحي. باستخدام توقيت اعتبارات العلاج في EAE، على سبيل المثال، قبل أو بعد بدء المرض، جنبا إلى جنب مع دراسة تسلل المناعة الخلايا في الجهاز العصبي المركزي وانتشار والتنشيط في المحيط، فمن الممكن لتحديد آثار العلاجات على كل من نظام المناعة، و الجهاز العصبي المركزي.
بينما يستخدم EAE في الماوس C57BL / 6 أكثر على نطاق واسع، EAE في SJL الماوس قد يكون أكثر تمثيلا للغالبية حالات مرض التصلب العصبي المتعدد، حيث أن هذه الفئران لديها النمط الظاهري منتكس وتسلل الخلايا المناعية في لحمةمن الدماغ 10. الفئران SJL لها انتعاشا واضحا خلال مغفرة كذلك، مما يجعل من الممكن لبدء العلاج بعد أن قدم المرض ولكن في أوقات انخفاض التهاب. من المهم أن نعتبر أن الفئران SJL لا الانتكاس دائما وتحوي في التزامن، مما أدى إلى تقلب كبير محتمل عندما يتم تجميع النتائج. لذلك، قد يكون بعض الباحثين أن يختاروا تظهر نتائج ممثلة لعشرات السريرية من حيوان واحد في حين أخذ الفئران لتحليل نظام مراقبة الأصول الميدانية والأنسجة في نقاط فردية في تطور المرض.
النظر عند إجراء التلاعب على الفئران EAE يمكن أن تساعد في تحديد كيفية تأثير علاج جهاز المناعة أو الجهاز العصبي المركزي. هناك العديد من الخيارات لحين بدء العلاج، ولكل منها دلالة خاصة بها لما إذا كانت الخلايا المناعية دخلت الجهاز العصبي المركزي، وكيف يمكن أن تتفاعل مع الجهاز العصبي المركزي. العلاج قبل ظهور الأعراض يعني أن الخلايا المناعية لم يدخل بعد أو تسبب ضررا على الجهاز العصبي المركزي.العلاج بعد ظهور الأعراض يعني أن الخلايا المناعية دخلت الجهاز العصبي المركزي وسببت بعض الأضرار. باستخدام الفئران SJL، يمكن العلاج أيضا أن تبدأ خلال انتكاسة، حيث الخلايا المناعية يتسللون بنشاط ويسبب التهاب، أو خلال مغفرة، حيث قد تكون الخلايا المناعية أقل انتشارا في الجهاز العصبي المركزي مع أقل التهاب. الفرضيات الأولية بشأن كيفية تأثير العلاجات الجهاز العصبي المركزي والجهاز المناعي يمكن أن يتم عند النظر فيها الخلايا المناعية هي في عملية المرضية خلال فترة العلاج.
وهناك عدد من الطرق التي يمكن أن تؤثر على علاجات الخلايا المناعية والجهاز العصبي المركزي، ولكل منها النتيجة النهائية للحد من شدة الأعراض EAE. وبالتالي، فمن الضروري استخدام تحليل cytometric تدفق والمناعية للنظر في كيفية الخلايا المناعية تتأثر في محيط والجهاز العصبي المركزي، ما إذا كانت الخلايا المناعية دخلت الجهاز العصبي المركزي، وكيف يتفاعل الجهاز العصبي المركزي للعلاج. في حين تحليل تدفق cytometric من الحبل الشوكي يمكن تحديد كيفية العديد من الخلايا هكتارلقد دخلت الجهاز العصبي المركزي في وقت معين، واحد لا يمكن تحديد أن هذا التأثير يرجع إلى انخفاض الاتجار الخلايا المناعية إلا انتشار الخلايا المناعية لا يتأثر في الطحال. وبالتالي فإنه من الضروري تحليل كل الأنسجة الطرفية والجهاز العصبي المركزي، وتحديد ما هي النتائج يعني ميكانيكيا عند مقارنة كل من الأنسجة. ومن الممكن أيضا لمحات نشاط الخلايا المناعية لتغييرها عن طريق العلاج، على سبيل المثال وجود التبديل في التائية المساعدة الشخصية خلايا الثقيلة المسببة للأمراض إلى T المستوى خلية الثقيلة التنظيمي. وعند النظر إلى علامات لأنواع مختلفة من الخلايا ومقارنة التعبير في المئة بين الحيوانات المعالجة وغير المعالجة بالتالي أيضا من الاعتبارات المهمة. مفهوم الناشئة في مجال البحوث MS تشير إلى أن الخلايا باء تلعب دورا هاما في إزالة الميالين المناعة الذاتية. وذلك بناء على الدراسات التي تبين أن الخلايا B ضرورية لتنشيط خلايا T 20. ويدعم هذا المفهوم من نجاح العلاجات مثل ريتوكسيماب، الجسم المضاد ضد CD20 السابقضغطت على سطح الخلايا البائية 21،22. كما يتضح من نجاح أوكرليزوماب الأجسام المضادة وحيدة النسيلة في التجارب السريرية، والمخدرات التي تستهدف الحواتم مختلفة من CD20 قد يحسن من فعالية B العلاجات المستهدفة للخلية 23.
واحد الحد من التقنيات المقدمة هنا هو أنه من الممكن للخلايا المناعية للدخول إلى الجهاز العصبي المركزي ولكن لن يتمكن من السفر في لحمة. المناعية يمكن أن تستخدم لكشف استكفاف ماحول الأوعية الخلايا المناعية وتقييم المسافة المقطوعة في لحمة بين الحيوانات المعالجة وغير المعالجة. الحد محتمل آخر ينطوي على آثار microbiome على EAE المرضية. المتعايشة الأمعاء الجراثيم يمكن أن تؤثر بشكل كبير المرضية المرض (24)؛ وبالتالي، الفئران الموجودة في المستعمرات المختلفة، وحتى في أقفاص مختلفة يمكن أن خلافات واسعة في شدة المرض. وفقا لذلك، فمن الأفضل دائما حيث من الممكن استخدام الضوابط littermate التي أثيرت في نفس القفص لالتجارب التي تنطوي على EAE. ملاحظة أخيرة هي أنه إذا كان من المستحسن تجريبيا للقضاء على آثار التغيرات التكاثري الخلايا المناعية في محيطها، قد يكون من الممكن القيام بذلك باستخدام السلبي نقل الحث بدلا من تحريض نشط الموصوفة في هذا البروتوكول.
مزيد من التأكيد لالعصبية ويمكن تحقيق ذلك باستخدام نظام المشاركة في ثقافة 11 لاختبار آليات محددة لموت الخلايا أو من خلال استخدام الفئران خروج المغلوب الشرطية التي تسمح للحذف من البروتينات بشكل انتقائي على نوع من الخلايا. وعلاوة على ذلك، لتمديد التنقيب وكلاء الدوائية التي اعصاب، ينبغي أن تدرج علامات transection المحاور وفاة الخلايا العصبية. منطقة أخرى ذات أهمية هي عودة الميالين. محاور جرح غير قادرة على remyelinate يقدم المزيد من الدعم أن العلاجات اعصاب يجب أن يكون جزءا هاما من العلاجات عودة الميالين. بالإضافة إلى ذلك، محاور كمون الفعل أكثر عرضة للإصابة من myelinaمحاور تيد. وهذا يشير إلى أنه عندما يصبح محور عصبي التدخلات العلاجية عديمة الميلين التي تعزز عودة الميالين في الوقت المناسب ومنع الإصابة محور عصبي. لاستكشاف هذه السبل، في النماذج الحية الأخرى لإزالة الميالين وعودة الميالين يمكن استخدام (أي cuprizone وليزوليسيتين). الطريقة الموصوفة ركزت هنا على تقييم العصبية عن طريق قياس فقدان المايلين. لتقييم عودة الميالين عدد الخلايا الاولية فضلا عن قدرتها على التكاثر وسيكون من المهم للتحقيق أيضا تنضج. مع ذكر هذه النماذج البديلة، يجب على المرء أن تنظر أيضا في نماذج مختلفة من الدماغ التي تتوسط فيروسي. هناك نوعان جيدا اتسم RNA نماذج الفيروسية التي تنتج فقدان المايلين: واحد هو التهاب الدماغ والنخاع تايلر الفئران، وهو فيروس غير يلفها الفيروسات البيكورناوية، والآخر هو الماوس فيروس التهاب الكبد الوبائي، وهو عضو من عائلة فيروس فيروسات تاجية 25،26.
EAE هو أداة قيمة للحجرudies لكيفية التلاعب أو علاجات تؤثر على نظام المناعة والجهاز العصبي المركزي في الجسم الحي. بروتوكول الموصوفة هنا يمكن أن تساعد في تحديد مكان العلاجات التي تؤثر على عملية المرض، سواء كان ذلك في محيطها، في حاجز الدم في الدماغ، أو في الجهاز العصبي المركزي. لا العلاجات الحالية لمرض التصلب العصبي المتعدد علاج هذا المرض والمرضى في كثير من الأحيان تجربة تراجع مع مرور الوقت. وبالمثل، والأمراض الأخرى التي تنطوي على تسلل المناعة الخلايا في الجهاز العصبي المركزي وتدهور المايلين، بما في ذلك التهاب الدماغ والنخاع المنتشر الحاد، التهاب النخاع المستعرض، والبصري التهاب النخاع و الأعصاب، والعلاجات تفتقر التي تحمي الجهاز العصبي المركزي كما هو مباشرة لهجوم من قبل التسلل الخلايا المناعية. مع الأخذ في الاعتبار توقيت العلاج واستخدام تحليل تدفق cytometric من الطحال والنخاع الشوكي بالتزامن مع المناعية للجهاز العصبي المركزي لتقييم التهاب وتلف سيسمح للقرارات الآلية التي ينبغي اتخاذها بشأن العلاج.
The authors have nothing to disclose.
وقد تم تمويل هذا العمل من قبل NINDS P30-NS069324، والوطنية التصلب المتعدد SocietyRG 4587-A-1، مؤسسة Civitan الدولي للابحاث، ومؤسسة مايك L. Jezdimir مستعرض التهاب النخاع الشوكي، وجامعة ألاباما مؤسسة الخدمات الصحية – صندوق الهبات عامة، والوطنية مؤسسة العلم 1355183، وT32 AI007051 من المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية والمعاهد الوطنية للصحة.
22 x 22 x 20 mm embedding mold | Fisher Scientific | NC9719245 | |
22 x 30 x 20 mm embedding mold | Fisher Scientific | NC9531194 | |
2-Mercaptoethanol (55mM) | Thermo Fisher Scientific | 21985-023 | |
2-Methylbutane | Fisher Scientific | O3551-4 | |
30 x 22 x 20 mm embedding mold | Fisher Scientific | 18-30 | |
ACK Lysing Buffer | Quality Biological | 118-156-101 | |
anti-CD4 PE-Cy7 | BD Biosciences | 552775 | 0.2 mg/mL stock concentration |
anti-Foxp3-FITC | eBioscience | 11-5773-82 | 0.5 mg/mL stock concentration |
anti-GFAP (Cocktail) | Biolegend | 835301 | 1-3 mg/mL stock concentration |
anti-Iba-1 Polyclonal Antibody (50 ug) | Wako | 019-19741 | 0.5 mg/mL stock concentration |
anti-IFN-γ APC | eBioscience | 17-7311-82 | 0.2 mg/mL stock concentration |
anti-IL-17A PerCP-Cy5.5 | eBioscience | 45-7177-82 | 0.2 mg/mL stock concentration |
anti-Ki-67 PE | eBioscience | 12-5698-82 | 0.2 mg/mL stock concentration |
anti-MBP (D-18) | Santa Cruz Biotechnology | sc-13912 | 0.2 mg/mL stock concentration |
anti-TCRβ FITC | eBioscience | 11-5961-85 | 0.5 mg/mL stock concentration |
anti-TCRβ PE | eBioscience | 12-5961-83 | 0.2 mg/mL stock concentration |
Biotinylated Goat Anti-Rabbit IgG | Vector Labs | BA-1000 | 1.5 mg/mL stock concentration |
Biotinylated Horse Anti-Mouse IgG | Vector Labs | BA-2000 | 1.5 mg/mL stock concentration |
Citric Acid, Anhydrous, 99.5% | Fisher Scientific | AC42356-5000 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), tetrasodium salt dihydrate, 99% | Fisher Scientific | AC446085000 | |
Fetal Bovine Serum | HyClone | SH30071.03 | |
Fisherbrand Superfrost Plus Microscope Slides, case of 10 | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
Foxp3/Transcription Factor Staining Buffer Set | eBioscience | 00-5523-00 | Foxp3 transcription factor staining reagents |
Golgi Plug | BD Biosciences | 555029 | protein transport inhibitor |
Immedge Hydrophobic Barrier Pen | Fisher Scientific | NC9545623 | |
Ionomycin | EMD Millipore | 407952-5mg | |
L-Glutamine, 100X | Corning | 25-005-Cl | |
MEM Nonessential Amino Acids | Corning | 25-025-Cl | |
Near IR Live/Dead Staining Kit | Life Technologies | L10119 | viability dye |
Normal goat serum | Vector Labs | S-1000 | |
Normal horse serum | Vector Labs | S-2000 | |
Paraformaldehyde, 96% | Fisher Scientific | AC416785000 | |
Penicillin-Streptomycin Solution, 100X | Corning | 30-002-Cl | |
Percoll | GE Healthcare | 17-0891-01 | density gradient |
Permount | Fisher Scientific | SP15-500 | resinous mounting medium |
Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Sigma | P1585-1mg | |
Purified anti-Myelin Basic Protein Antibody | BioLegend | 808401 | |
RPMI 1640 | Corning | 10-040-CM | |
Sodium Pyruvate | Corning | 25-000-Cl | |
Tissue-Tek CRYO-OCT Compound | Fisher Scientific | 14-373-65 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T9284 | nonionic detergent |
Vectastain Elite ABC Kit (Standard) | Fisher Scientific | NC9206402 | avidin-biotin-peroxidase complex (ABC) in immunoperoxidase |
Vector Laboratories Peroxidase Substrate Kit (DAB) | Fisher Scientific | NC9276270 | DAB solution |