נכון להיום, פרוטוקולים לבידוד סימולטני של כל סוגי התאים העיקריים השוכנים במערכת העצבים המרכזית מאותו עכבר הם דרישה שלא נענתה. הפרוטוקול מראה הליך ישים בעכברים אוטואימוניים נאיביים וניסיוניים של אנצפלומיאליטיס לחקור רשתות סלולריות מורכבות במהלך דלקת עצבית ובו זמנית להפחית את מספר העכברים הנדרש.
אנצפלומיאליטיס אוטואימונית ניסיונית (EAE) היא המודל הנפוץ ביותר לטרשת נפוצה (MS) ומשמשת לעתים קרובות כדי להבהיר עוד יותר את האטיולוגיה שעדיין לא ידועה של טרשת נפוצה על מנת לפתח אסטרטגיות טיפול חדשות. מודל המיאלין אוליגודנדרוציטים גליקופרוטאין פפטיד 35-55 (MOG35-55) EAE משחזר מהלך מחלה מונופאזית המגביל את עצמו עם שיתוק עולה תוך 10 ימים לאחר החיסון. העכברים נבדקים מדי יום באמצעות שיטת ניקוד קליני. טרשת נפוצה מונעת על ידי פתומנגנונים שונים עם דפוס זמני ספציפי, ולכן חקירת תפקידם של סוגי תאים שוכנים במערכת העצבים המרכזית (CNS) במהלך התקדמות המחלה היא בעלת עניין רב. התכונה הייחודית של פרוטוקול זה היא בידוד סימולטני של כל סוגי התאים העיקריים תושבי CNS (מיקרוגליה, אוליגודנדרוציטים, אסטרוציטים ונוירונים) החלים ב- EAE בוגר ובעכברים בריאים. הדיסוציאציה של המוח וחוט השדרה מעכברים בוגרים מלווה במיון תאים המופעלים מגנטית (MACS) כדי לבודד מיקרוגליה, אוליגודנדרוציטים, אסטרוציטים ונוירונים. ציטומטריית זרימה שימשה לביצוע ניתוחי איכות של תרחיפים חד-תאיים מטוהרים המאשרים את הכדאיות לאחר בידוד התא ומצביעים על טוהר כל סוג תא של כ-90%. לסיכום, פרוטוקול זה מציע דרך מדויקת ומקיפה לנתח רשתות סלולריות מורכבות בעכברים בריאים ובעכברי EAE. יתר על כן, מספר העכברים הנדרש יכול להיות מופחת באופן משמעותי מכיוון שכל ארבעת סוגי התאים מבודדים מאותם עכברים.
טרשת נפוצה (MS) היא מחלה אוטואימונית דלקתית כרונית של מערכת העצבים המרכזית (CNS) המאופיינת בדמיאלינציה, נזק אקסונלי, גליוזה וניוון עצבי. למרות גישות מחקר רבות בתחום זה, הפתופיזיולוגיה של טרשת נפוצה עדיין אינה מובנת במלואה 1,2,3,4. המודל החייתי הנפוץ ביותר לחקר טרשת נפוצה הוא פפטיד גליקופרוטאין אוליגודנדרוציטים מיאלין 35-55 (MOG35-55)-induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) אשר חולק רבים מהמאפיינים הקליניים והפתופיזיולוגיים שלו 5,6,7,8,9 . הוא מבוסס על התגובה של מערכת החיסון נגד אנטיגנים ספציפיים למערכת העצבים המרכזית, מה שמוביל לדלקת, דמיאלינציה וניוון עצבי-אקסונלי. אנצפלומיאליטיס אוטואימונית ניסיונית (EAE) היא מודל מתאים לחקר מסלולים נוירו-דלקתיים ומפל איתות הנמצאים בטרשת נפוצה.
אפשרויות הטיפול הנוכחיות בטרשת נפוצה יעילות רק באופן חלקי ומתמקדות בעיקר בשלב הדלקתי הראשוני של המחלה. עם זאת, נראה כי המרכיב הנוירודגנרטיבי של טרשת נפוצה הוא האתגר העיקרי עבור גישות טיפוליות ארוכות טווח. לכן, פרוטוקולי בידוד תאים ניתנים לשחזור ומדויקים נדרשים כדי לחקור מנגנונים מולקולריים ותאיים במחלות אוטואימוניות באופן מקיף. גם אם קיימים פרוטוקולים מסוימים לבידוד של סוג תא בודד אחד 10,11,12,13,14,15, קיים צורך בלתי מסופק בבידוד סימולטני של מספר אוכלוסיות תאים תושבות CNS בבת אחת. פרוטוקולים קודמים לבידוד תאים תושבי CNS חסרים בשמירה על פונקציונליות התא וטוהר, וכתוצאה מכך גידול משותף עם תאים שכנים 16,17,18 או חוסר התאמה לניתוחים מורכבים של רשתות תוך תאיות ex vivo 19,20,21,22.
מטרת פרוטוקול זה הייתה לבסס שיטה ניתנת לשחזור ומקיפה לבידוד סימולטני של תרחיפים חד-תאיים טהורים בני קיימא של כל סוגי התאים העיקריים תושבי CNS החלים בעכברים בוגרים בריאים ועכברי EAE. סוגי התאים השונים בודדו באמצעות מיון תאים המופעל מגנטית (MACS)23. הפרדת התאים יכולה להתבצע על ידי ברירה חיובית, כלומר תיוג מגנטי של סמני שטח ספציפיים לסוג התא, או על ידי ברירה שלילית באמצעות ביוטינילציה ודלדול של כל התאים הבלתי רצויים. ציטומטריית זרימה יושמה כדי להבטיח טוהר של מעל 90% וקיום של לפחות 80% מהמתלים החד-תאיים המבודדים.
לסיכום, המטרה העיקרית הייתה לקבוע פרוטוקול לבידוד סימולטני של כל סוגי התאים העיקריים השוכנים במערכת העצבים המרכזית ככלי רב-תכליתי לחקר מסלולים נוירו-דלקתיים המציע ניתוח מקיף ומדויק של רשתות סלולריות מורכבות ומפל איתות ביוכימי בעכברים בריאים ו-EAE.
עד כה, שיטות למיפוי תאים תושבי CNS ex vivo על ידי שילוב ספקטרומטריית מסות וריצוף RNA מציעות פרופיל תאי מדויק מאוד בבריאות ובחולי, אך דורשות ידע טכני שאפתני ומומחיות בתחום זה50,51. יתר על כן, הם אינם מאפשרים ניתוחים פונקציונליים והם יקרים מאוד. מלבד זאת, מערכות מוח על שבב מיקרופלואידיות מספקות סינון מהיר ובמחיר סביר למנגנוני מחלה ובדיקה של גישות טיפוליות חדשות עם הגבלת גדילת תאים ונדידתתאים 52,53,54,55. אורגנואידים CNS יכולים גם להוות חלופה מקבילה בעתיד לחקר מודלים תאיים, קשרים בין-תאיים ואינטראקציות במהלך קורסי מחלה 56,57,58,59. עם זאת, מיון תאים פלואורסצנטיים ומגנטיים הם כיום השיטות היעילות ביותר ליצירת תרחיפים חד-תאיים טהורים וברי קיימא ex vivo 35,60,61. גם אם פרוטוקולי ייצור מבוססים אחרים לבידוד סוגי תאים תושבי CNS דומים לגבי השלבים הבודדים של הבידוד המגנטי ודיסוציאציה קודמת של התא, הם מיועדים להתבצע עבור כל סוג תא בנפרד. לעומת זאת, הפרוטוקול הנוכחי משלב שיטות בידוד שונות עבור כל סוג תא תושב CNS בהקשר לוגי, כך שניתן לבצע אותן בו זמנית וממתלה תא CNS יחיד (טבלה 1, טבלה 2). לפיכך, הוא מאפשר ניתוחים מולטי-אומיים מתרחיף אחד של תאי CNS בודדים, ובסופו של דבר, חקירה של רשתות נוירונים מורכבות. גם אם אין חובה לאגד מספר רקמות מבעלי חיים מרובים כדי לבצע פרוטוקול זה, איגום זה מבטיח מספר מספיק של תאים מבודדים לניתוח נוסף במורד הזרם. השימוש בעכברים שונים לבידוד סוגי התאים הבודדים ישלול את האפשרות לנתח אינטראקציות תאיות פוטנציאליות. מלבד זאת, שילוב שיטות בידוד אינדיבידואליות עבור סוגי תאי CNS שונים, אשר כולם עוקבים אחר דיסוציאציה קודמת של מערכת העצבים המרכזית, חוסך עלויות חומר על ידי שימוש בתרחיף תאי CNS מנותק אחד עבור כל שלבי הבידוד המגנטי הבאים. בנוסף, הטיה טכנית פוטנציאלית הנגרמת על ידי שימוש בעכברים שונים ממוזערת.
מגבלה אחת של הפרוטוקול יכולה להיות השימוש הכמעט בלעדי בנקבות עכברי C57BL/6J. פרוטוקול החיסון EAE תוכנן והוקם עבור נקבות עכברים, ולכן פרוטוקול בידוד תאים זה יושם גם בעכברות C57BL/6J נקבות. עם זאת, עכברים זכרים תמימים שימשו גם במהלך הפיתוח של פרוטוקול זה, מבלי לזהות כל השפעה על מספר התאים או טוהר כתוצאה מכך. הגבלה נוספת משפיעה על בידוד התאים המגנטיים של תאי עצב מכיוון שלא קיימים מיקרו-חרוזים ספציפיים לבידוד נוירונים במונחים של ברירה חיובית. ההנחה הייתה שניתן להשיג תרחיף חד-תאי טהור באמצעות תיוג ביוטין ודלדול של כל התאים הלא-עצביים (טבלה 2). הנחה זו אומתה על ידי השימוש ב-NeuN כסמן גרעיני ספציפי לנוירונים, המשולב בלוח טוהר ציטומטריית הזרימה שהוזכר. מגבלה נוספת נוגעת לבידוד תאי מיקרוגליה בעכברי EAE. כאן, תפוקות התאים המתקבלות יורדות בהשוואה לסוגי התאים האחרים בגלל שלב המיון הנוסף לאחר פרוטוקול MACS. יתר על כן, ניתן לטעון כי מיון מגביר את הלחץ המכני של מיקרוגליה בהשוואה לאוכלוסיות תאים אחרות. אסטרטגיות מיון אינדיבידואליות עשויות להוביל לכמויות שונות של תפוקת תאים. אם מספר התא המבודד קטן מהצפוי או הרצוי, מומלץ להתאים את הגדרת ה-gating ו/או לשפר את האפליה החיה/מתה.
שלב קריטי בפרוטוקול מייצג את פינוי הפסולת. השיפוע חייב להיות מרובד לאט מאוד ובעדינות כדי ליצור את שלושת השלבים הנפרדים הרצויים (איור 2A). רק אם המיאלין ושאריות פסולת אחרות בשני השלבים העליונים מוסרים לחלוטין (איור 2E), מתלים טהורים של תא אחד יכולים להיווצר, וזיהום נוסף יכול להיות מופחת. אם מתלי התאים המתקבלים חסרים טוהר, זה כנראה החלק בפרוטוקול שיש לשפר תחילה לצד הבטחת השימוש הנכון בכל מיקרו-חרוזים.
קבלת רמות גבוהות של טוהר וכדאיות יכולה להיות מאתגרת בסוג זה של ניסוי. להלן כמה המלצות לפתרון בעיות:
-עבודה בתנאים סטריליים היא חובה כדי למנוע זיהום של מיקרו-חרוזים שונים ולאפשר שימוש חוזר, במיוחד לגידול לאחר מכן.
-מומלץ מאוד לסמן כל צינורית כדי למנוע ערבובים.
-הימנעו משימוש בריאגנטים/מאגרים לא מקוררים. אחסנו את כל מתלי התאים על קרח במהלך כל הניסוי כדי להבטיח כדאיות גבוהה.
-הקפידו על זמן קצר ככל האפשר בין שלבי העבודה השונים. אין חלק ספציפי בפרוטוקול שבו מומלץ להשהות את הניסוי.
-רלוונטי מאוד לדבוק בתקופות הדגירה שצוינו.
לסיכום, פרוטוקול נוכחי זה לבידוד סימולטני של כל סוגי התאים העיקריים השוכנים במערכת העצבים המרכזית ממערכת CNS אחת מציע את האפשרות לנתח רשתות עצביות מורכבות ומסלולים נוירו-דלקתיים ex vivo מהשעיית תא CNS אחד. לפיכך, תאים שוכנים במערכת העצבים המרכזית יכולים להיחקר במהלך שלבים שונים של מסלולי מחלה, למשל, במהלך דלקת עצבית, ניוון עצבי ו / או הפוגה ב- EAE. יתר על כן, אינטראקציות תא-תאים ומסלולים ביוכימיים יכולים להיחקר ברמה האישית והשונות בתוך קבוצות ניסוי יכולה להיות מופחתת. יש גם הזדמנות לטפח שברים של תאי CNS מבודדים במונוקולטורה עבור בדיקות פונקציונליות נוספות ותיקוף. בסך הכל, פרוטוקול זה מציע התקדמות משמעותית שעשויה להשפיע על גישות מחקר פרה-קליני וקליני.
The authors have nothing to disclose.
האיורים נוצרו באמצעות Adobe Illustrator (גרסה 2023) ו-Servier Medical Art (https://smart.servier.com). אנטוניה הנס נתמכה על ידי קרן יורגן מנצ’ו.
70 μm cell strainers | Corning, MA, USA | 352350 | CNS tissue dissociation |
ACSA-2 Antibody, anti-mouse, PE-Vio 615 (clone REA-969) | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-116-244 | Flow cytometry, store at 4 °C |
Adult Brain Dissociation Kit, mouse, and rat | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-107-677 | Tissue dissociation,contains debris and red blood cell removal solutions; prepare aliquots of enzyme A and P upon arrival and store them at -20 °C; store the remaining kit at 4 °C |
Anti-ACSA-2 MicroBead Kit, mouse | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-097-678 | MACS of astrocytes, store at 4 °C |
Anti-mouse CD16/32 antibody | BioLegend, London, UK | 101301 | Flow cytometry, store at 4 °C |
Anti-O4 MicroBeads, human, mouse, rat | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-094-543 | MACS of oligodendrocytes, store at 4 °C |
AstroMACS Separation buffer | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-091-221 | MACS of astrocytes, store at 4 °C |
Biotin Antibody, PE (clone Bio3-18E7) | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-113-853 | Flow cytometry, store at 4 °C |
BRAND Neubauer counting chamber | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 10195580 | Cell counting |
Brilliant Violet 510 anti-mouse CD45 Antibody (clone 30-F11) | BioLegend, London, UK | 103137 | Flow cytometry, store at 4 °C |
CD11b MicroBeads, human, mouse | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-049-601 | MACS of microglia, store at 4 °C |
DNAse I, recombinant, Rnase-free | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 4716728001 | Flow cytometry, store at -20° C |
D-PBS with Calcium, Magnesium, Glucose, Pyruvat | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 14287080 | Buffer, store at 4 °C |
D-PBS, without calcium, without magnesium | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 14190250 | Buffer, store at 4 °C |
eBioscience Fixable Viability Dye eFluor 780 | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 65-0865-14 | Flow cytometry, store at 4 °C |
eBioscience Foxp3/Transcription factor staining buffer set | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 00-5523-00 | Flow cytometry, store at 4°C |
Falcon (15 mL) | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 11507411 | Cell tube |
Falcon (50 mL) | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 10788561 | Cell tube |
Falcon Round-Bottom Polystyrene Test Tubes with Cell Strainer Snap Cap, 5 mL | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 08-771-23 | Flow cytometry |
FcR Blocking Reagent, mouse | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-092-575 | MACS of oligodendrocytes, store at 4 °C |
Female C57BL/6J mice | Charles River Laboratories, Sulzfeld, Germany | Active EAE induction | |
Fetal calf serum (FCS) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | F2442-50ML | Flow cytometry, store at -5 to -20 °C |
FITC Rat Anti-CD 11b (clone M1/70) | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | 553310 | Flow cytometry, store at 4 °C |
Freund’s Complete adjuvant | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | AR001 | Active EAE induction, store at 4 °C |
GentleMACS C Tubes | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-093-237 | CNS tissue dissociation |
GentleMACS Octo Dissociator with Heaters | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-096-427 | CNS tissue dissociation |
Graphpad Prism 8.4.3 | Graphpad by Dotmatics | Graphical Analysis | |
Isoflurane | AbbVie, North Chicago, IL, USA | Active EAE induction, store at 4 °C | |
Kaluza Analysis Software V2.1.1 | Beckman Coulter, Indianapolis, IN, USA | Flow cytometry analysis | |
LS Columns | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-042-401 | MACS |
MACS BSA Stock Solution | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-091-376 | PB-buffer |
MACS MultiStand | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-042-303 | MACS |
MOG35–55 peptide | Charité, Berlin, Germany; alternatives: Genosphere Biotechnologies (Paris, France) or sb-Peptide (Saint Egrève, France) | Active EAE induction, store at -20 °C | |
Mycobacterium tuberculosis strain H37 Ra | Becton, Dickinson and Company (BD),Franklin Lakes, NJ, USA | Active EAE induction, store at 4 °C | |
Neuron Isolation Kit, mouse | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-115-390 | MACS of neurons, store at 4 °C |
O4 Antibody, anti-human/mouse/rat, APC, (clone REA-576) | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-119-897 | Flow cytometry, store at 4 °C |
Pertussis toxin in glycerol | Hooke Laboratories Inc., Lawrence, MA, USA | BT-0105 | Active EAE induction; store at -20 °C |
pluriStrainer Mini 100 μm | pluriSelect Life Science UG, Leipzig, Sachsen, Germany | 43-10100-40 | Flow cytometry |
QuadroMACS Separator | Miltenyi Biotec, Bergisch Gladbach, NRW, Germany | 130-090-976 | MACS |
Recombinant Alexa Fluor 647 Anti-NeuN antibody (clone EPR12763) | Abcam, Cambridge, UK | EPR12763 | Flow cytometry, store at -20 °C |
Stainless Steel Brain Matrices, 1 mm | Ted Pella, Redding, CA, USA | 15067 | CNS tissue dissection |
Trypan blue solution, 0.4% | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 15250061 | Cell counting |
UltraPure 0.5 M EDTA, pH 8.0 | Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA | 15575020 | Flow cytometry, store at room temperature |