تقدم هذه الورقة بروتوكولين محسنين لفحص الخلايا المناعية المقيمة والمشتقة من المحيط داخل الجهاز العصبي المركزي ، بما في ذلك الدماغ والحبل الشوكي والسحايا. يساعد كل من هذه البروتوكولات على التأكد من وظيفة وتكوين الخلايا التي تشغل هذه المقصورات في ظل حالة مستقرة وظروف التهابية.
يتكون الجهاز العصبي المركزي (CNS) من الدماغ والحبل الشوكي وتحيط به السحايا ، وهي طبقات غشائية تعمل كحاجز بين المحيط والجهاز العصبي المركزي. الجهاز العصبي المركزي هو موقع متخصص في المناعة ، وفي ظروف الحالة المستقرة ، يكون الامتياز المناعي أكثر وضوحا في حمة الجهاز العصبي المركزي. في المقابل ، تؤوي السحايا مجموعة متنوعة من الخلايا المقيمة ، بما في ذلك الخلايا المناعية الفطرية والتكيفية. أثناء الحالات الالتهابية الناجمة عن إصابة الجهاز العصبي المركزي ، أو المناعة الذاتية ، أو العدوى ، أو حتى التنكس العصبي ، قد تدخل الخلايا المناعية المشتقة من المحيط إلى الحمة وتستقر داخل السحايا. يعتقد أن هذه الخلايا تؤدي إجراءات مفيدة وضارة أثناء التسبب في مرض الجهاز العصبي المركزي. على الرغم من هذه المعرفة ، غالبا ما يتم تجاهل السحايا عند تحليل حجرة الجهاز العصبي المركزي ، لأن طرق استخراج أنسجة الجهاز العصبي المركزي التقليدية تحذف الطبقات السحائية. يقدم هذا البروتوكول طريقتين متميزتين للعزل السريع لأنسجة الجهاز العصبي المركزي للفئران (أي الدماغ والحبل الشوكي والسحايا) المناسبة للتحليل النهائي عبر تقنيات الخلية الواحدة والكيمياء الهيستولوجية المناعية وطرق التهجين في الموقع. توفر الطرق الموصوفة تحليلا شاملا لأنسجة الجهاز العصبي المركزي ، وهي مثالية لتقييم النمط الظاهري والوظيفة وتوطين الخلايا التي تشغل حجرة الجهاز العصبي المركزي في ظل ظروف الاستتباب وأثناء التسبب في المرض.
الجهاز العصبي المركزي (CNS) هو موقع متخصص في المناعة. يعتبر النسيج البرنشيمي للجهاز العصبي المركزي ، باستثناء مساحة السائل الدماغي الشوكي والسحايا والأوعية الدموية ، تقليديا على أنه موقع متميز مناعيا1،2،3،4،5 وهو خال نسبيا من الخلايا المناعية خلال ظروف الاستتباب 2،6،7. في المقابل ، فإن السحايا ، التي تتكون من طبقات الجافية والعنكبوتية والحنون ، هي مكونات حاسمة في حجرة الجهاز العصبي المركزي ، وتشارك بنشاط في المراقبة المناعية التماثلية والعمليات الالتهابية أثناء التسبب في المرض3،6،7،8. خلال ظروف الحالة المستقرة ، تدعم السحايا العديد من الخلايا الخافرة المناعية ، بما في ذلك الخلايا اللمفاوية الفطرية (ILC) ، والبلاعم ، والخلايا المتغصنة (DC) ، والخلايا البدينة ، والخلايا التائية ، وبدرجة أقل ، الخلايا البائية9،10،11.
السحايا عبارة عن هياكل شديدة الأوعية الدموية وتحتوي على أوعية لمفاوية توفر اتصالا لمفائيا بين الجهاز العصبي المركزي ومحيطه8،12،13،14. في الحالات الالتهابية الناجمة عن إصابة الجهاز العصبي المركزي ، أو الالتهابات ، أو المناعة الذاتية ، أو حتى التنكس العصبي ، تتسلل الخلايا المناعية المشتقة من المحيط إلى الحمة وتغير المشهد المناعي داخل السحايا. بعد تسلل الخلايا ، قد تمثل السحايا مكانا وظيفيا للخلايا المناعية المشتقة من المحيط ، مما يعزز تراكم الخلايا المناعية ، وتنشيط الخلايا المناعية المحلية ، والبقاء على قيد الحياة على المدى الطويل في حجرة الجهاز العصبي المركزي. لوحظ التهاب سحائي بارز في أمراض متعددة تؤثر على الجهاز العصبي المركزي ، بما في ذلك التصلب المتعدد (MS) 15،16،17،18،19 ، السكتة الدماغية 20،21 ، إصابة معقمة 22،23 (أي إصابة الحبل الشوكي وإصابات الدماغ الرضحية) ، الصداع النصفي 24 ، والعدوى الميكروبية 25،26 ،27,28,29. وبالتالي ، فإن توصيف الخلايا المقيمة والخلايا المناعية المشتقة محيطيا في المقصورة السحائية أمر ضروري لفهم دور هذه الخلايا أثناء ظروف الحالة المستقرة والتسبب في المرض.
يعد استخراج الدماغ والحبل الشوكي والسحايا من الجمجمة والأجسام الفقرية أمرا صعبا من الناحية الفنية ويستغرق وقتا طويلا. لا توجد حاليا تقنيات متاحة للاستخراج السريع للدماغ مع سلامة جميع طبقات السحايا الثلاث. في حين أن استئصال الصفيحة الفقرية ينتج مورفولوجيا ممتازة لأنسجة الحبل الشوكي ويحافظ على الطبقات السحائية ، إلا أنه يستغرق وقتا طويلا للغاية ومعقدا30,31. على العكس من ذلك ، فإن طرق الاستخراج التقليدية مثل إزالة الدماغ من الجمجمة والبثق الهيدروليكي للحبل الشوكي تسهل الاستخراج السريع لأنسجة الجهاز العصبي المركزي ، ولكن يتم فقدان كل من السحايا العنكبوتية والجافية بهذه التقنيات30,31. يؤدي إغفال طبقات الجافية والعنكبوتية أثناء العزل التقليدي لأنسجة الدماغ والحبل الشوكي إلى تحليل غير مكتمل للخلايا داخل حجرة الجهاز العصبي المركزي. وبالتالي ، فإن تحديد التقنيات الجديدة التي تركز على الاستخراج السريع لأنسجة الجهاز العصبي المركزي مع السحايا السليمة أمر بالغ الأهمية للتحليل الأمثل لحجرة الجهاز العصبي المركزي.
تقدم هذه المخطوطة طريقتين للاستخراج السريع للدماغ والحبل الشوكي والسحايا من الفئران، مما يسهل التحليل النهائي للخلايا المقيمة والخلايا المناعية المشتقة من الأطراف في حمة الجهاز العصبي المركزي والسحايا. تركز هذه البروتوكولات المحسنة على 1) عزل معلقات الخلية الواحدة للتحليل النهائي و 2) تحضير الأنسجة للمعالجة النسيجية. يسمح الحصول على معلقات أحادية الخلية من الدماغ وأنسجة الحبل الشوكي والسحايا الجافية والعنكبوتية32 بالتحليل المتزامن للخلايا الموجودة في كل من المقصورات المتنية والسحائية. يمكن استخدام معلقات الخلية الواحدة في تطبيقات مختلفة ، بما في ذلك مقايسات زراعة الخلايا لأداء التحفيز في المختبر 33 ، والبقعة المناعية المرتبطة بالإنزيم (ELISpot) 28،34،35 ، وقياس التدفق الخلوي36،33 ، والخلية الواحدة 37 أو النسخ السائب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البروتوكول الأمثل لإزالة الكلس من الأدمغة الكاملة والحبل الشوكي مع الجماجم السليمة أو الأعمدة الفقرية ، على التوالي ، يسمح بإزالة الكلس بلطف من العظام المحيطة ، وترك السحايا سليمة والحفاظ على مورفولوجيا الأنسجة. تسمح هذه الطريقة بالتحديد الانتقائي للبروتينات أو الحمض النووي الريبي باستخدام الكيمياء الهيستولوجية المناعية (IHC) أو تقنيات التهجين في الموقع (ISH) داخل كل من المساحات المتنية والسحائية. قد يوفر توصيف النمط الظاهري وحالة التنشيط وتوطين الخلايا المقيمة والخلايا المناعية المشتقة طرفيا داخل الجهاز العصبي المركزي معلومات أساسية لفهم كيفية مساهمة أنواع الخلايا الفردية في حجرة الجهاز العصبي المركزي في الاتزان الداخلي والتسبب في المرض.
تعد طرق تقييم التركيب الخلوي في حجرة الجهاز العصبي المركزي أثناء التوازن والمرض ضرورية لفهم الحالات الفسيولوجية والمرضية للجهاز العصبي المركزي. ومع ذلك ، على الرغم من أنها تعمل كحاجز مهم في الجهاز العصبي المركزي وتضم مجموعة متنوعة من الخلايا المناعية ، غالبا ما يتم حذف السحايا من التحلي?…
The authors have nothing to disclose.
يشكر المؤلفون موظفي مركز الطب المقارن والبحوث (CCMR) في دارتموث على رعايتهم الخبيرة للفئران المستخدمة في هذه الدراسات. قام صندوق بورنشتاين للأبحاث بتمويل هذا البحث.
Aluminum foil | any | N/A | |
Bovine Serum Albumin | ThermoFisher Scientific | 37002D | |
Centrifuge | Beckman Coulter | Allegra X-12R centrifuge | |
Collagenase I | Worthington | LS004196 | |
Conical tube, 15 mL | VWR | 525-1069 | |
Conical tube, 50 mL | VWR | 89039-658 | |
Cover glass | Hauser Scientific | 5000 | |
Cryomold | VWR | 18000-128 | |
Curved forceps | Fine Science Tools | 11003-14 | |
Disposable polystyrene tube, 14 mL | Fisher Scientific | 14-959-1B | |
Disposable Scalpel | Fisher Scientific | NC0595256 | |
DNAse I | Worthington | LS002139 | |
Dry ice | Airgas | N/A | |
Durmont #7Forceps | Fine Science Tools | 11271-30 | |
EDTA disodium salt dihydrate | Amresco | 0105-500g | |
Ethanol, 100% | any | N/A | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Hyclone | SH30910.03 | |
Filter top tube, 5 mL | VWR | 352235 | |
Fixable viability stain 780 | Becton Dickinson | 565388 | |
Flow cytometer | Beckman Coulter | Gallios | |
Glucose | Fisher Chemical | D16-500 | |
Goat anti-mouse IgG (488 conjugate) | Jackson immunoresearch | 115-546-146 | |
Goat anti-mouse IgG (594 conjugate) | Jackson immunoresearch | 115-586-146 | |
Goat anti-rabbit 488 | Jackson immunoresearch | 111-545-144 | |
Goat anti-rat 594 | Jackson immunoresearch | 112-585-167 | |
Goat anti-rat 650 | Jackson immunoresearch | 112-605-167 | |
Hank's Balnced Salt Solution (HBSS) | Corning | 21-020-CV | |
Hemacytometer | Andwin Scientific | 02-671-51B | |
Hemostat | Fine Science Tools | 13004-14 | |
HEPES (N-2-hydroxyethylpiperazine-N-2-ethane sulfonic acid) | ThermoFisher Scientific | 15630080 | |
KCl | Fisher chemical | BP366-500 | |
KH2PO4 (anhydrous) | Sigma Aldrich | P5655-100G | |
Liquid Nitrogen | Airgas | N/A | |
Mouse FC block (CD16/32) | Becton Dickinson | 553141 | |
Na2HP04 (anhydrous) | Fisher Chemical | S374-500 | |
NaCl | Fisher chemical | S671-500 | |
Needle, 25 gauge | Becton Dickinson | 305122 | |
Normal mouse serum | ThermoFisher Scientific | 31881 | |
Nylon mesh strainer | VWR | 352350 | |
OCT | Sakura | 4583 | |
Paraformaldehyde, 20% | Electron Microscopy Sciences | 15713-S | Diluted to 4% using 1 x PBS |
Pasteur pipette, 9 inch, unplugged | Fisher Scientific | 13-678-20C | |
PBS (1x) | Corning | 21-040-CV | |
PE Rat Anti-Mouse CD4 | Becton Dickinson | 553730 | |
PE-CF594 Rat Anti-Mouse CD19 | Becton Dickinson | 562329 | |
Percoll density gradient media | GE healthcare | 17-0891-01 | |
PerCP-Cy5.5 Rat Anti-Mouse CD45 | Becton Dickinson | 550994 | |
Petri dish, 100 mm | VWR | 353003 | |
pH meter | Fisher Scientific | 13-636-AB150 | |
Pipet-Aid | Drummond Scientific Corporation | 4-000-101 | |
Pipette 200 µl | Gilson | FA10005M | |
Pipette tips, 1 mL | USA Scientific | 1111-2831 | |
Pipette tips, 200 µl | USA Scientific | 1111-1816 | |
Pipette, 1 mL | Gilson | FA10006M | |
Prolong Diamond mountant with DAPI | ThermoFisher Scientific | P36962 | |
Purified Rat Anti-Mouse CD16/CD32 | Becton Dickinson | 553141 | |
Rabbit anti-mouse CD3 (SP7 clone) | Abcam | ab16669 | |
Rabbit anti-mouse laminin | Abcam | ab11575 | |
Rat anti-mouse ERT-R7 | Abcam | ab51824 | |
RPMI 1640 | Corning | 10-040-CV | |
Serological pipet, 1 mL | VWR | 357521 | |
Serological pipet, 10 mL | VWR | 357551 | |
Serological pipet, 5 mL | VWR | 357543 | |
Sodium hydroxide | Fisher Scientific | S318-100 | |
Sucrose | Fisher chemical | S5-500 | |
Surgical scissors | Fine Science Tools | 14001-16 | |
Surgical scissors, extra fine | Roboz | RS-5882 | |
Syringe, 10 mL | Becton Dickinson | 302995 | |
Syringe, 5 mL | Becton Dickinson | 309646 | |
Trypan blue | Gibco | 15250-061 | |
Vacuum filter system | Millipore | 20207749 | |
Vacuum flask | Thomas Scientific | 5340-2L | |
Vacuum in-line filter | Pall Corporation | 4402 | |
Vacuum line | Cole Palmer | EW-06414-20 | |
Water bath | ThermoFisher Scientific | Versa bath |