التصلب المتعدد هو مرض التهابي مزيل للملينة بدون علاج. تحليل أنسجة الدماغ يوفر أدلة هامة لفهم مسببات المرض. هنا نناقش منهجية وتحليل المصب من أنسجة الدماغ MS التي تم جمعها من خلال برنامج تشريح سريع فريد من نوعه في العملية في كليفلاند كلينك.
نحن نصف برنامج التبرع بالأنسجة السريعة للأفراد الذين يعانون من التصلب المتعدد (MS) الذي يتطلب العلماء والفنيين أن يكون تحت الطلب 24/7، 365 يوما في السنة. يوافق المشاركون على التبرع بالدماغ والحبل الشوكي. وأعقب معظم المرضى من قبل أطباء الأعصاب في كليفلاند كلينك ميلين مركز لعلاج مرض التصلب العصبي المتعدد والبحوث. وتتميز دوراتهم السريرية وإعاقاتهم العصبية بشكل جيد. بعد وقت قصير من الوفاة، يتم نقل الجسم إلى مركز التصوير MS، حيث يتم مسح الدماغ في الموقع بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي 3 T (MRI). ثم يتم نقل الجثة إلى غرفة التشريح، حيث يتم إزالة الدماغ والحبل الشوكي. وينقسم الدماغ إلى نصفين. يتم وضع نصف الكرة على الفور في مربع تقطيع وبديلة 1 سم سميكة شرائح إما ثابتة في 4٪ paraformaldehyde لمدة يومين أو المجمدة بسرعة في الجليد الجاف و 2-ميثيلبيوتان. يتم تخزين شرائح الدماغ قصيرة ثابتة في محلول الحفظ بالتبريد وتستخدم للتحليلات النسيجية والكشف المناعي الكيميائي للمستضدات الحساسة. يتم تخزين الشرائح المجمدة في -80 درجة مئوية وتستخدم لدراسات النطاق الجزيئية والمناعية والفيزيائية في الموقع/الحمض النووي الريبي. يتم وضع نصف الكرة الأخرى في 4٪ paraformaldehyde لعدة أشهر، وضعت في مربع التقطيع، وإعادة مسحها ضوئيا في الماسح الضوئي الرنين المغناطيسي 3 T (MR) وشرائح إلى شرائح سميكة سنتيمتر. يتم تسجيل صور MR في الموقع (MRIs) مع شرائح الدماغ 1 سم سميكة لتسهيل الارتباطات علم الأمراض التصوير بالرنين المغناطيسي. يتم تصوير جميع شرائح الدماغ ويتم تحديد آفات الدماغ المادة البيضاء. يتم قطع الحبل الشوكي إلى شرائح 2 سم. يتم إصلاح الأجزاء البديلة في 4٪ بارافورمالدهايد أو المجمدة بسرعة. يسمح الشراء السريع لأنسجة التصلب المتعدد بعد الوفاة بالتحليلات المرضية والجزيئية لأدمغة التصلب المتعدد والحبل الشوكي والارتباطات المرضية لتشوهات التصوير بالرنين المغناطيسي في الدماغ. نوعية هذه الأنسجة بعد الوفاة سريعة المعالجة (عادة في غضون 6 ساعة من الوفاة) ذات قيمة كبيرة لبحوث مرض التصلب العصبي المتعدد، وقد أسفرت عن العديد من الاكتشافات عالية التأثير.
واحدة من أفضل الطرق لدراسة المرض هو فحص الأنسجة المريضة نفسها. وهذا يطرح تحديات لأولئك الذين يدرسون أمراض الجهاز العصبي المركزي (CNS). الخزعات من الدماغ المريض والحبل الشوكي نادرة للغاية وعادة ما تنطوي على حالات غير نمطية. وقد انخفضت معدلات تشريح الأفراد المصابين بأمراض الجهاز العصبي الوطني انخفاضاً كبيراً في السنوات الأخيرة، وعندما يتم ذلك، فإنها لا توفر في كثير من الأحيان شراء سريع للأنسجة. وقد أدت هذه التحديات إلى إنشاء بنوك الدماغ التي تركز على الأمراض، بما في ذلك العديد من التركيز على جمع الأنسجة من الأفراد الذين يعانون من التصلب المتعدد (MS). مرض التصلب العصبي المتعدد هو مرض التهابي بوساطة الجهاز العصبي الوطني الذي يدمر الملين، والخلايا القلة (خلايا تشكيل الملين)، والخلايا العصبية، والمحاور. غالبية مرضى التصلب المتعدد لديهم دورة مرض ثنائي المراحل التي تبدأ مع نوبات من الإعاقة العصبية مع الانتعاش المتغير الذي يتطور في نهاية المطاف إلى مرض تدريجي التدريجي الذي من المرجح أن تكون عصبية في الطبيعة1. بالنسبة لغالبية العقول MS المتبرع بها، فترات ما بعد الوفاة (PMI) بين الوفاة ومعالجة الأنسجة تتجاوز 24 ساعة. في حين أن هذه الأنسجة قد وفرت معلومات قيمة بشأن التغيرات المرضية في العقول مرض التصلب العصبي المتعدد، فهي ليست مناسبة للدراسات الجزيئية أكثر تقدما التي يمكن أن توفر رؤى قوية في الفيزيولوجيا المرضية المرض. وهذا هو الحال بشكل خاص بالنسبة لدراسات توصيف الجينات، والتي تتطلب الحمض النووي الريبي سليمة.
للتغلب على القيود التي نوقشت أعلاه، قمنا بتطوير برنامج التبرع السريع للأنسجة الذي يسمح بالارتباط بالرنين المغناطيسي/المرضي. يوفر هذا البروتوكول أنسجة محفوظة بشكل جيد مناسبة للدراسات الجزيئية الحديثة ويسمح بإجراء مقارنة مباشرة بين أمراض الدماغ وتشوهات التصوير بالرنين المغناطيسي في عقول التصلب المتعدد. برنامج كليفلاند كلينك للتبرع بالأنسجة التصلب المتعدد موجود منذ أكثر من 20 عاماً. هذا البرنامج التبرع بالأنسجة السريعة يشتري العقول والحبل الشوكي من الأفراد الذين يعانون من مرض التصلب العصبي المتعدد وغيرها من الحالات العصبية المناعية الذاتية المرتبطة بها. يهدف البرنامج إلى الحصول على التصوير بالرنين المغناطيسي في الموقع في غضون 6 ساعة من الوفاة، تليها إزالة الدماغ والحبل الشوكي لمعالجة الأنسجة.
التوظيف
ويتم الحصول على التبرعات إما عن طريق الموافقة السابقة للتشريح التي يتم الحصول عليها مباشرة من المرضى (الموافقين مسبقاً) أو من أقرب الأقارب بعد الوفاة. يتم تحديد المرضى الذين تمت الموافقة عليهم مسبقًا عادة ً من السكان السريريين في مركز ميلين لعلاج التصلب المتعدد والبحوث في كليفلاند، أوهايو. على الرغم من أن الأفضلية في التوظيف في برنامج التبرع بالأنسجة السريعة تعطى للمرضى الذين تم اتباعهم في الدراسات البحثية الطولية، إلا أنها مفتوحة لجميع المرضى الذين ينظر إليهم في المركز. ويُعطى المشاركون الذين يلتحقون قبل الوفاة تعليمات لأفراد الأسرة أو مقدمي الرعاية بالاتصال بفريق البحث، إما وقت الوفاة أو عندما يُعتقد أن الوفاة وشيكة. الطريقة الثانية للأفراد للدخول في برنامج التبرع بالأنسجة هي في وقت الوفاة من خلال موافقة أقرب الأقارب. ولاية أوهايو يتطلب أن تحال الوفيات إلى منظمة شراء الأعضاء بتكليف اتحادي يدعى LifeBanc، والتي تعمل في 20 مقاطعة في شمال شرق أوهايو. LifeBanc بفحص جميع الوفيات لتشخيص مرض التصلب العصبي المتعدد، وهو استثناء للتبرع بالأعضاء. تم اتخاذ الترتيبات اللازمة لLifeBanc لإخطار المحققين من برنامج التبرع بالأنسجة MS لجميع الوفيات مع التشخيص المرتبط ة من مرض التصلب العصبي المتعدد التي تحدث داخل دائرة نصف قطرها 75 ميلا من كليفلاند كلينك. ثم يتم الاتصال بأقرب الأقارب وموظفي المستشفى من قبل موظفي برنامج التبرع بالأنسجة ويتم الحصول على الموافقة للتبرع بأنسجة الدماغ والحبل الشوكي. هذه الطريقتين للتجنيد قبل الوفاة وبعد الوفاة من خلال LifeBanc يؤدي إلى ما يقرب من 10-12 التبرع الدماغ سنويا. يتم إجراء تعديلات على الحد الأعلى لسن الوفاة لإدارة عدد الإحالات المستمدة من LifeBanc.
شراء التبرعات
يتطلب البرنامج تغطية 24 ساعة، 365 يوما في السنة من قبل أعضاء برنامج التبرع بالأنسجة لشراء الأنسجة. يتم استخدام نظام إعلام مركزي للتبرع بالأنسجة بالبريد الإلكتروني/جهاز النداء/الجهاز المحمول من قبل الفريق السريري الذي يغطي تبرعات الأنسجة. يتم توفير أرقام LifeBanc للاتصال بالموظفين تحت الطلب لبرنامج التبرع بالأنسجة. يتم إخطار الأعضاء بالوفاة من قبل مقدمي خدمات المستشفيات/أقرب الأقارب (الموافقة المسبقة) أو من قبل LifeBanc وغيرها من مصادر الإحالة. أولا، يتم تحديد وقت الوفاة وجدوى التبرع بالأنسجة. ثم يتم فحص الوفيات للحالات التي قد تؤدي إلى ضعف نوعية الأنسجة، بما في ذلك نقص الأكسجة قبل الوفاة لفترات طويلة، وأنسجة الدماغ المدمرة الضخمة (على سبيل المثال، نزيف داخل الجمجمة كبيرة، والسكتات الدماغية واسعة النطاق في نصف الكرة الغربي، ورم واسع النطاق العبء)، ودعم التهوية لفترات طويلة (>3 أيام)، والاستخدام المطول للعوامل vasoactive (>3 أيام) قبل الوفاة. عندما يشارك الطبيب الشرعي في الوفاة، يمكن لطبيب الأعصاب الدراسة التحدث مع الطبيب الشرعي لاستكشاف طريقة لتلقي الأنسجة في الوقت المناسب دون المساس بمسؤولية الطبيب الشرعي. إذا كان يشعر الأنسجة القابلة للحياة أن تكون موجودة، ثم يتم الحصول على موافقة خطية (إذا لم يتم الحصول عليها قبل الوفاة) ويتم التحضير لنقل الجسم. ثم يتم الاتصال بخدمة النقل المتهالكة التي تم التعاقد عليها من قبل لنقلها إلى مرافق التصوير بالرنين المغناطيسي في كليفلاند كلينك. يتم الحرص على التأكد من أن الجسم لا يزال في درجة حرارة الغرفة ولا يوضع في التبريد، كما ترتبط درجات حرارة الجسم المنخفضة مع التعديلات في خصائص إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي.
التاريخ السريري
التاريخ السريري يتضمن تفاصيل عن تشخيص مرض التصلب العصبي المتعدد، بداية الأعراض، والعلاجات المستخدمة، ونتائج الاختبارات السريرية وشبه السريرية (الإمكانات التي أثيرت، ونتائج السائل الدماغي الشوكي، التصوير المقطعي التماسك البصري)، والتصلب المتعدد مركب وظيفي ، وتوسيع نطاق حالة الإعاقة (EDSS؛ الفعلي أو المقدر)، التي يتم جمعها من السجل الطبي (حيثما كان ذلك متاحا)، ومقابلة مباشرة من أقرب الأقارب. كما يتم جمع التصوير بالرنين المغناطيسي قبل الوفاة.
نحن نصف البروتوكول الذي تم استخدامه لشراء بسرعة ومعالجة الأنسجة من أكثر من 150 شخصا مع مرض التصلب العصبي المتعدد. ومن السمات الهامة لهذا البروتوكول أن العلماء الذين يستخدمون الأنسجة هم أيضا مسؤولون عن وضع البروتوكول وتنفيذ جمع الأنسجة. وهذا يوفر المرونة في تلبية الاحتياجات العلمية للمشاريع البحثية الفردية. وتعزز عدة جوانب من هذا البروتوكول فائدته. وعادة ما يكون المرضى يتميزون بشكل جيد قبل الوفاة، حيث أن العديد منهم قد تبعهم أطباء الأعصاب في مركزنا. خطوة حاسمة هي معالجة التبرعات الأنسجة بعد وقت قصير من الوفاة، مما يزيد من نوعية الأنسجة المجمدة بالمقارنة مع بعض البنوك الدماغ الأخرى. وهذا يمكّن الدراسات الجزيئية ذات القيمة الكبيرة في وصف التغيرات في المنتجات الجينية النسخية والترجمة، والتي تعتبر أساسية لإثبات الملاحظات النسيجية والمناعية الكيميائية. إن الاستفادة من البيانات المورفولوجية/المناعية والكيميائية والجزيئية عبر حالات متعددة يعزز موثوقية الاستنتاجات. ويتجلى ذلك على أفضل وجه من خلال وصفنا للتغيرات الجينية الميتوكوندريا في القشرة الدماغية والتغيرات الجينية العصبية في فرس النهر demyelinated. ويجري وضع بروتوكولات جديدة لتوصيف الجينات بمعدل سريع، وينبغي أن توفر الأنسجة المجمدة في مصرفنا الحمض النووي الريبي عالي الجودة لتحليل الأنسجة والخلايا الواحدة.
جانب آخر من جوانب بروتوكولنا هو شرائح الدماغ قصيرة ثابتة. يتم قطع هذه الأنسجة إلى 30 ميكرومتر سميكة، وأقسام عائمة حرة. هذه الأقسام مثالية لاستخدام الفحص المجهري البؤري لتحليل اثنين أو أكثر من المستضدات في ثلاثة أبعاد. وتشمل الأمثلة الجيدة على ذلك التفاعل بين عمليات الخلايا القلة قبل التميّز مع المحاور المزيلة للضمور في آفات التصلب المتعدد المزمنة، فضلاً عن تحديد الوصلات الأحادية ذات المحاور إلى المصابيح الصدغية ذات الأصابع الإبطية. وهذا على النقيض من الاستخدام الروتيني لمقاطع البارافين التي يبلغ سمكها 7 ميكرومتر، حيث لا يمكن استخدام الصور ثلاثية الأبعاد. الأنسجة جزءا لا يتجزأ من البارافين لها قيمة كبيرة لبعض الأسئلة، وخاصة الكم من الكثافات العصبية في أقسام نصف الكرة الأرضية 7 ميكرومتر سميكة. وبالتالي، فإن بروتوكولات معالجة الأنسجة لدينا متنوعة وتوفر المرونة لضمان الأنسجة الثابتة والمجمدة بسرعة.
ميزة أخرى فريدة من نوعها من بروتوكولنا هو التصوير بالرنين المغناطيسي الدماغ بعد الوفاة في الموقع. التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ هو علامة حيوية لا يمكن استبدالها لمرض التصلب المتعدد. لذلك، من الضروري إنشاء الروابط المرضية لإشارات التصوير بالرنين المغناطيسي غير الطبيعية. أثبتت دراساتنا أن كلا من T2 فقط و T2T1MTR ROIs غالبا ما تكون مُلَيَّة. تدعم هذه النتيجة الحاجة إلى طرائق تصوير أكثر تحديداً تميز بشكل موثوق بين المادة البيضاء الدماغية المُلبة والمخية. التصوير بالرنين المغناطيسي يبدو حساسا للكشف عن الملين، ولكن دراساتنا تبين أنه حتى مزيج من T1 / T2 / MTR ليست محددة لتحديد myelination. يوفر بروتوكول ما بعد الوفاة لدينا منصة مثالية لاختبار قدرة طرائق التصوير الجديدة للتمييز بين المادة البيضاء الدماغية المايليناد ة ومنزوعة اللمينات. كما يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي الوسيلة المثالية لترجمة نتائج العلوم الأساسية إلى ممارسة سريرية، نظراً لاستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي في أبحاثنا الترجمة واستخدامه السريري على نطاق واسع في المرضى الأحياء.
في حين أن قطع قصيرة وطويلة ثابتة وكذلك شرائح المجمدة يقدم ميزة لمعالجة الأنسجة في وسائط متعددة لدراسات مختلفة، وهناك بعض القيود مع هذه الطريقة. قد يكون تقييم الهيكل بأكمله محدوداً حيث يمكن معالجة أجزاء منه بشكل مختلف على الشرائح المجاورة. حجم كبير من بنك الأنسجة، ومع ذلك، يوفر القدرة على التحقيق في بنية من الاهتمام في مواضيع متعددة لتحسين أخذ العينات. وثمة قيد عام آخر على الدراسات التي تستخدم أنسجة ما بعد الوفاة هو أنها عبر التكلّم. وينبغي تفسير الاستنتاجات المتعلقة بتوقيت التغييرات وتطورها في هذا السياق. قد يكون هناك تحيز اختيار للمرضى الذين يتبرعون الأنسجة الخاصة بهم، والتي قد تحد من تعميم البيانات لجميع المرضى الذين يعانون من مرض التصلب العصبي المتعدد. منذ معظم المتبرعين يموتون من مضاعفات مرض التصلب المتعدد المتقدمة، قد لا يكون من المناسب استقراء النتائج من هؤلاء المرضى لأولئك الذين هم في المراحل المبكرة من مرض التصلب العصبي المتعدد. ومع ذلك، تلقينا أنسجة من المرضى الأصغر سنا الذين توفوا من الحالات غير المتعلقة بالتصلب المتعدد (أي احتشاء عضلة القلب الحاد، جرعة زائدة من المخدرات، الانتحار). نطاق بروتوكولنا لا يشمل أخذ عينات من الأجهزة الأخرى (مثل الجهاز الهضمي ونخاع العظام) التي تورطت في مرض التصلب العصبي المتعدد. ونحن نعتقد أن نقاط القوة في البرنامج تفوق إلى حد كبير حدودها.
The authors have nothing to disclose.
ويود المؤلفان أيضا أن يشكرا الدكتور كريستوفر نيلسون على مساعدته التحريرية. ويدعم برنامج التشريح جزئيا من قبل R35 منحة NS097303 إلى BDT. ويدعم العمل في مختبر RD من خلال المنح من NINDS (NS096148) والجمعية الوطنية للتصلب المتعدد، الولايات المتحدة الأمريكية (RG 5298).
Antibodies | |||
Biotinylated goat anti-mouse IgG | Vector Laboratories | BA-9200 | 1:500 dilution for hemispheric; 1:1000 for 30µm free-floating. RRID: AB_2336171 |
Biotinylated goat anti-rabbit IgG | Vector Laboratories | BA-1000 | 1:500 dilution. |
Biotinylated goat anti-rat IgG | Vector Laboratories | BA-9400 | 1:500 dilution for hemispheric; 1:1000 for 30µm free-floating. RRID: AB_2336208 |
Glial fibrillary acid protein (GFAP) | Dako | Z0334 | 1:700 dilution for hemispheric. RRID: AB_10013382 |
HuR, mouse IgG, 3A2 clone | Santa Cruz | SC-5261 | 1:500 for 30µm free floating. RRID: AB_627770 |
Major histocompatibility complex (MHC) class II HLA-DR CR3/43 | Dako | Mo746 | 1:250 dilution for hemispheric; 1:500 for 30µm free floating. RRID: AB_2313661 |
Non-phosphorylated neurofilament (SMI32) | Biolegend | 801701 | 1:5000 dilution for hemispheric; 1:2500 for 30µm free-floating. RRID: AB_2564642 |
Phosphorylated neurofilament (SMI31) | Biolegend | 801601 | 1:5000 dilution for hemispheric; 1:2500 for 30µm free-floating. RRID: AB_2564641 |
Proteolipid protein (PLP) | Gift from Wendy Macklin | 1:250 dilution for IHC; alternative anti-PLP antibodies commercially available. | |
Reagents | |||
125 mm filter paper | Whatman | 1452-125 | For filtering PFA. |
50% Glutaraldehyde | Electron Microscopy Sciences | 16320 | Electron microscopy grade. |
Cytoseal | ThermoScientific | 8310-16 | |
Ethylene glycol | Fisher Chemical | BP230-4 | |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G7893 | 400mL/2L Cryoprotection solution. |
Millex-HV Syringe Filter Unit, 0.45 µm, PVDF, 33 mm, gamma sterilized | Millipore-Sigma | SLHV033RB | |
Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 19200 | Prills form. |
Polyvinylpyrolidone (PVP-40) | Fisher Chemical | BP220-212 | |
Sodium azide | Fisher Chemical | S227I | 2g/2L Sorenson's buffer. |
Sodium phosphate dibasic | Sigma-Aldrich | S0876 | 98.8g/2L Sorenson's buffer. |
Sodium phosphate mono basic monohydrate | Sigma-Aldrich | S9638 | 14.352g/2L Sorenson's buffer. |
Sucrose | Sigma-Aldrich | PVP40-500G | |
VectaStain ABC Kit | Vector Laboratories | PK-6100 | 1:1000 dilution of A and B. RRID: AB_2336819 |
Waterproof drawing black ink | Higgins | 44201 | |
Xylene | Fisher Chemical | X3S | Histological grade. |
Equipment | |||
3T MRI Magnetom Prisma | Siemens Healthineers | ||
7T MRI Agilent 830AS | Siemens Healthineers |