Summary

小鼠脊髓损伤模型中内源性神经干细胞活化的干细胞检测

Published: September 13, 2018
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Summary

在这里, 我们展示了一个最小的脊髓损伤模型的表现, 在一只成年小鼠, 备用的中心运河利基住房内源性神经干细胞。我们展示了如何使用干细胞检测来量化的确定性和原始神经干细胞的活化和迁移后损伤。

Abstract

成体哺乳动物脊髓中的神经干细胞是一种相对 mitotically 的静态脑室细胞, 可以用干细胞法进行体外研究。这种菌落形成法是研究神经干细胞对外源因子反应的有力工具;然而, 这也可以用来研究在体内操纵的效果, 正确理解的优势和局限性的检测。对临床感兴趣的一个操作是损伤对内源性神经干细胞活化的影响。目前的脊髓损伤模型为研究这一问题提供了一项挑战, 因为常见的挫伤、压迫和横断模型的严重性导致了干细胞驻留在损伤部位的国安区的破坏。在这里, 我们描述了一个最小的损伤模型, 造成局部损害在表面侧表面的下胸椎水平 (T7/8) 的成年小鼠脊髓。这种损伤模型在伤害的水平上, 将中央管放在损伤的高度, 并允许在损伤后的不同时间点上驻留在病变水平的神经干细胞进行分析。在这里, 我们展示如何利用干细胞检测来研究两个不同的, 直系相关的, 在脊髓脑室地区的神经干细胞 (pNSCs 和 dNSCs, 分别) 的种群的活化。我们展示了如何分离和培养这些神经干细胞从脑室地区的伤害水平和白质损伤部位。我们的术后脊髓解剖显示, 与对照组相比, 从受伤的脐带脑室区 pNSC 和 dNSC 衍生 neurospheres 的数量增加, 并通过损伤激活。此外, 在受伤后, dNSC 衍生的 neurospheres 可以从损伤部位分离出来–表明神经干细胞从脑室的位置迁移到受伤部位的能力。

Introduction

中枢神经系统包含自我更新, 多能干细胞的亚群, 有能力产生所有不同成熟的神经细胞类型1,2,3,4。这些神经干细胞位于大脑和脊髓的特殊位置, 在损伤后可以激活, 从而增殖、迁移和分化成成熟的神经细胞。神经干细胞及其子代已被证明迁移到损伤部位的皮质损伤模型5,6。在大脑中, 神经干细胞已被证明从侧脑室迁移到受伤部位, 在那里他们分化成星形胶质细胞, 导致胶质疤痕形成7。然而, 在脊髓中, 很少有研究来询问这些同种内源性神经干细胞能否被利用来促进脊髓损伤后的恢复。事实上, 目前有争论, 在脊髓干细胞池的活化是否需要直接物理损伤的脑室利基衬里的中央运河8或如果损伤脊髓实质 (离开茎细胞位完整) 足以激活内源性神经干细胞9

许多脊髓损伤 (SCI) 模型被用来研究急性和慢性损伤的病理生理学。这些模型也被用来测试潜在的治疗方法治疗 SCI 通过神经保护, 免疫, 并发展细胞移植/置换策略10,11,13。目前的模型包括压缩和/或挫伤伤害, 造成大规模功能缺陷, 以及广泛的病变和空化在脐带14,15。由此产生的胶质疤痕可以跨越数个脊柱段和大部分的宽度/周长的脊髓16。因此, 尽管这些模型在临床上是相关的, 但它们对研究损伤后内源性神经干细胞的反应有很大的挑战。有化学模型的伤害, 可以适应造成更轻微的伤害形式, 可以腾出中央运河17。然而, 这些类型的伤害集中在与 sci 相关的脱髓鞘, 并没有临床相关模型的物理和/或机械损伤相关的创伤性 SCI。

为了解决目前的损伤模型的局限性, 我们已经适应了一个针轨最小的 SCI 模型, 最初开发的鼠9, 用于在成年鼠模型中的应用。我们的适应损伤模型可以造成小鼠脊髓侧区的一致病变, 并在损伤的水平上为中央管提供备用。这个模型的优点是它允许研究损伤后的神经干细胞动力学, 以及它们在损伤部位的潜在径向迁移。使用鼠标模型也允许使用转基因小鼠, 允许血统跟踪的内源性神经干细胞及其后代受伤后。神经干细胞的性质可以进一步评估使用的改良形式的体外干细胞检测, 这是在本议定书中介绍。

干细胞法是一种体外菌落形成试验, 允许在 mitogens 的存在下孤立神经干细胞。在克隆电镀密度, 个体神经干细胞增殖, 以产生自由浮动的球形细胞, 由神经干细胞的小亚群和绝大多数祖18,19组成。在我们的协议中, 我们展示了两个不同的, 直系相关的神经干细胞从脊髓脑室区的分离-在基线条件下, 并遵循我们最小的 SCI 模型。明确的神经干细胞 (dNSCs) 表达巢蛋白和胶质纤维酸性蛋白质 (GFAP) 和生长在存在的表皮生长因子 (EGF), 细胞生长因子, 和肝素 (一起称为经济适用房)20。这些 dNSCs 是罕见的在天真的脊髓, 导致很少 neurospheres的体外。然而, 我们表明, dNSCs 是激活后, 最小的 SCI, 扩大 neurospheres 的数量从脑室地区隔离21。原始神经干细胞 (pNSCs) 是 dNSCs 在神经干细胞谱系中的上游。pNSCs 是极其罕见的, 表达低水平的干细胞标记 Oct4, 和白血病抑制因子 (LiF) 反应22。pNSCs 在原代培养中由于髓鞘碱性蛋白 (MBP) 的存在而与成年小鼠脊髓隔绝, 不形成 neurospheres;然而, pNSC neurospheres 可以从蛋白缺乏小鼠分离出来, 他们的数量在伤害后扩大-类似于 dNSCs21。最后, 我们表明, dNSC 衍生 neurospheres 可以从早期的损伤部位与最小的 SCI 后分离。这些发现表明, 我们的损伤模型和分析可以评估脑室神经干细胞的活化特性, 如其增殖和迁移的能力, 以应对伤害。

Protocol

该议定书已获多伦多大学动物保育委员会批准, 并符合 “实验动物护理及使用指南” (2 版, 加拿大动物保育委员会, 2017). 1. 最小脊髓损伤手术 注: 手术前确保所有手术器械和材料均采用适当的方法进行灭菌 (图 1A)。 建立一个胸支拱通过卷起第4-5 广场的纱布, 并把他们一起在中间, 以获得一卷固定的纱布。 将鼠标?…

Representative Results

手术后, 小鼠应经历最小的运动缺陷, 其中可能包括尾部和可能的后肢麻痹24小时。在这段时间后, 小鼠不应该经历后肢麻痹和/或麻痹和最小的步态变化。 图 3显示了最小脊髓损伤后5天干细胞试验的代表性结果。dNSC 衍生 neurospheres (生长于经济适用房) 的绝对数量大于损伤后 pNSC 衍生 neurospheres (生长于 LIF) ?…

Discussion

在手术过程中, 有几个关键步骤, 研究者应该特别注意, 以获得最佳结果, 并尽量减少动物之间的变异性。在手术中必须注意吸入麻醉 (异氟醚), 因为麻醉已经被证明具有保护作用, 长期暴露27。因此, 在研究脊髓损伤后的再生能力时, 尽量快速有效地执行手术, 防止混淆变量。每只老鼠保持相同的异氟醚暴露时间将减少变异。在整个手术过程中, 老鼠的呼吸速度应该受到监控, 并且不?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作由 Krembil 基金会 (运营赠款 CMM) 提供资金。”WX” 是玛格丽特?史密斯学生奖的接受者。他获得了安大略省的研究生奖学金。

Materials

Agricola Retractor Fine Science Tools 17005-04
Moria Vannas-Wolff Spring Scissors (Curved) Fine Science Tools 15370-50 Customize when ordering to get blunted tips
Graefe Forceps (Straight, 1×2 Teeth) Fine Science Tools 11053-10
Extra Fine Graefe Forceps (Curved, Serrated) Fine Science Tools 11152-10 Or any other forceps for suturing
Hartman Hemostats (Straight) Fine Science Tools 13002-10 Or any other appropriate for suturing
Scalpel Handle #3 Fine Science Tools 10003-12 Or any other appropriate
Hair clippers amazon.ca https://www.amazon.ca/Wahl-Professional-8685-Classic-Clipper/dp/B00011K2BA or any other appropriate
Stereotaxic instrument Stoeling 51500 or any other appropriate
Buprenorphine or any appropirate sanctioned my animal care facility
Meloxicam or any appropriate sanctioned by animal care facility
Tears Naturale P.M. Alcon https://www.amazon.ca/Alcon-Tear-Gel-Liquid-Eye-Gel/dp/B00HHXGUXE or any other appropriate
Isoflurane Baxter International Inc DIN 02225875 or any other appropriate for anesthesia
Q-tips Cottom Swabs amazon.ca https://www.amazon.ca/Q-Tips-Cotton-Swabs-500-Count/dp/B003M5UO6U/ref=pd_lpo_vtph_194_bs_tr_img_1/140-7113119-8364127?_encoding=UTF8&psc=1&refRID=JC16N542KVRF2N62N3DS
Cotton Gauze Fisher Scientific 13-761-52
30G Needles Becton Dickinson 305106 For Injury
25G Needles Becton Dickinson 305122 For Drug injections
1mL Syringes Becton Dickinson 3090659 for drug injections
3mL Syringes Becton Dickinson 309657 for fluid injections
4-0 Suture uoftmedstore.com 2297-VS881 for skin suturing
6-0 Suture uoftmedstore.com VS889 for muscle suturing
Polysporin ointment amazon.ca 102051
Isoflurane Vaporizer VetEquip 901806
15mL conical tubes ThermoFisher Any appropriate
Petri Dishes ThermoFisher any appropriate
Trypan Blue ThermoFisher Any
Hemocytometer ThermoFisher Any appropriate
Centrifuge ThermoFisher Any appropriate
Standard Dissection Tools Fine Science Tools
Dissection Microscope Zeiss Stemi 2000
Counting Microscope Olympus CKX41
Neural Basal-A Medium Invitrogen 10888-022
B27 Invitrogen 17404-044
Penicillin- Streptomycin Gibco 15070
L- Glutamine Gibco 25030
DMEM Invitrogen 12100046
F12 Invitrogen 12700075
30% Glucose Sigma G6152 1M- 9.01g in 100mL dH2O
1M Glucose
7.5% NaHCO3 Sigma S5761 155mM- 1.30g in 100mL dH2O
155mM NaHCO3
1M HEPES Sigma H3375 23.83 g in 100mL dH2O
Apo-Transferrin R&D Systems 3188-AT
Putrescine  Sigma P7505
Insulin Sigma I5500
Selenium Sigma S9133
Progesterone Sigma P6149
Papain Dissociation System  Worthington Biochemical Corporation PDS 1 vial of papain can be used for 2 samples
Epidermal Growth Factor Invitrogen PMG8041 Powder reconstituted with 1mL Hormone Mix and aliquoted into 20uL vials to be stored in freezer
Fibroblast Growth Factor Invitrogen PHG0226 Powder reconstituted with 0.5mL Hormone Mix and aliquoted into 20uL vials to be stored in freezer
Heparin Sigma H3149
Leukemia Inhibitory Factor In House
Trypan Blue
Hemocytometer
24 well Plates NUNC
2M NaCl Sigma S5886 11.69g in 100mL dH2O
1M KCL Sigma P5405 7.46g in 100mL dH2O
1M MgCl2 Sigma M2393 20.33g in 100mL dH2O
108mM CaCl2 Sigma  C7902 1.59g in 100mL dH2O

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Cite This Article
Lakshman, N., Xu, W., Morshead, C. M. A Neurosphere Assay to Evaluate Endogenous Neural Stem Cell Activation in a Mouse Model of Minimal Spinal Cord Injury. J. Vis. Exp. (139), e57727, doi:10.3791/57727 (2018).

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