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Neuroscience

Ein Neurosphäre Assay auszuwertende endogenen neurale Stammzellen Aktivierung in einem Mausmodell der minimalen Spinal Cord Injury

Published: September 13, 2018 doi: 10.3791/57727

Summary

Hier zeigen wir die Leistung eines minimalen Rückenmark Verletzungen Modells in einer Erwachsenen Maus, die den zentralen Kanal Nische Gehäuse endogenen neurale Stammzellen (NSCs) erspart. Wir zeigen, wie neurosphäre Assay verwendet werden kann, um Aktivierung und Migration der definitive und primitiven NSCs nach Verletzung zu quantifizieren.

Abstract

Neurale Stammzellen (NSCs) im Erwachsenen Säugetier Rückenmark sind relativ mitotically Ruhestrom Einwohner periventrikulären Zellen, die studierte in Vitro mit neurosphäre Assay werden können. Dieser Assay koloniebildenden ist ein mächtiges Werkzeug um die Reaktion der NSCs auf exogene Faktoren in einer Petrischale zu studieren; jedoch kann auch hiermit, die Wirkung von in Vivo Manipulationen mit das richtige Verständnis der Stärken und Grenzen des Tests zu studieren. Eine Manipulation der klinischen Interesse ist die Wirkung von Verletzungen auf endogene Aktivierung der NSC. Aktuelle Modelle von Verletzungen des Rückenmarks sind eine Herausforderung, diese zu studieren, da die Schwere der gemeinsamen Prellung, Komprimierung und Durchtrennung Modelle führen die Zerstörung der NSC Nische an der Stelle der Verletzung wo die Stammzellen befinden. Hier beschreiben wir ein minimaler Verletzung-Modell, das an der oberflächlichen dorsolateralen Oberfläche der unteren thorakalen Ebene (T7/8) des Rückenmarks Erwachsenen Maus lokalisierte schädigt. Dieses Modell Verletzungen erspart den zentralen Kanal auf der Ebene der Verletzungen und ermöglicht Analyse von NSCs, die auf der Ebene der Läsion zu verschiedenen Zeitpunkten nach Verletzung befinden. Wir zeigen hier, wie die neurosphäre Assay genutzt werden kann, um die Aktivierung von zwei unterschiedlichen, Comyn-bezogenen, Populationen von NSCs zu studieren, die in das Rückenmark periventrikulären Region - primitiv und definitive NSCs befinden (pNSCs und dNSCs, beziehungsweise). Wir zeigen, wie zu isolieren und Kultur Diese NSCs aus der periventrikulären Region auf der Ebene der Verletzungen und der weißen Substanz Verletzung Aufstellungsort. Unsere Post-op Rückenmark Sezierungen zeigen vermehrt pNSC und dNSC abgeleitet neurosphären aus der periventrikulären Region des verletzten Schnüre im Vergleich zu Kontrollen, zu deren Aktivierung über Verletzungen sprechen. Darüber hinaus nach Verletzungen, dNSC abgeleitet neurosphären isoliert werden aus Verletzung Aufstellungsort – Nachweis der Fähigkeit der NSCs aus ihrer Nische periventrikulären auf Seiten der Verletzung zu migrieren.

Introduction

Das zentrale Nervensystem enthält eine Subpopulation von selbst erneuernde, multipotente Stammzellen, die alle die verschiedenen Reifen neuronale Zelle Arten1,2,3,4auslösen können. Diese neuronalen Stammzellen (NSCs) befinden sich in spezialisierten Nischen im Gehirn und im Rückenmark und nach Verletzungen zu vermehren, migrieren und differenzieren in ausgereifte Nervenzellen aktiviert werden kann. NSCs und deren Nachkommen haben gezeigt, zu der Verletzung Aufstellungsort in kortikalen Verletzung Modelle5,6migrieren. Im Gehirn nachweislich die NSCs aus der seitlichen Ventrikel an der Stelle der Verletzung zu migrieren, wo sie in Astrozyten, die glial Narbe Bildung7beitragen, zu differenzieren. Im Rückenmark jedoch wurden nur wenige Studien um zu Fragen, ob diese gleichen endogenen NSCs nutzbar gemacht werden können, Förderung der Erholung nach Verletzungen des Rückenmarks durchgeführt. In der Tat gibt es derzeit eine Debatte darüber, ob Aktivierung des Stammzell-Pools im Rückenmark eine direkte physische Schädigung der Auskleidung der zentralen Kanal8 periventrikulären Nische erfordert oder wenn die Schäden an der Wirbelsäule Parenchym (verlassen des Stamms Schnur Zelle Nische intakt) genügt zur Aktivierung endogener NSCs9zur Verfügung.

Eine Reihe von Rückenmark Verletzungen (SCI) Modelle wurden eingesetzt, um die Pathophysiologie der akuten und chronischen Verletzungen zu studieren. Diese Modelle wurden auch zur möglichen Therapien zur Behandlung von SCI durch Neuroprotektion, Immunmodulation und entwickelnden Zelle Transplantation/Ersatz Strategien10,11,13testen. Aktuelle Modelle verfügen über Kompression und/oder Prellung Verletzungen, die groß angelegte funktionelle Defizite sowie umfangreiche Läsionen und Kavitation in der Schnur14,15verursachen. Daraus resultierende glial Narben können mehrere wirbelsäulensegmente zusammen mit der Mehrheit der Breite/Umfang des Rückenmarks16erstrecken. So, während diese Modelle klinisch relevant sind, leisten sie große Herausforderungen für das Studium der Reaktion des endogenen NSCs nach Verletzung. Es gibt chemische Modelle der Verletzung, die um mildere Formen der Verletzung zu verursachen, die den zentralen Kanal17erübrigen können angepasst werden können. Jedoch diese Art von Verletzungen im Fokus der Demyelinisierung SCI zugeordnet und sind keine klinisch relevanten Modelle für die körperliche und/oder mechanische Schäden im Zusammenhang mit traumatischen Sci.

Um die Einschränkungen der aktuellen Modelle der Verletzung zu beheben, haben wir eine Nadel Track minimal SCI-Modell, ursprünglich entwickelt in der Ratte9, für den Einsatz in einer Erwachsenen Maus-Modell angepasst. Unser Modell angepasst Verletzungen erstellen eine konsistentere Läsion der dorsolateralen Region des Rückenmarks Maus und ersparen den Zentralkanal an Ebene(n) Verletzungsgefahr. Der Vorteil dieses Modells ist, dass es die Untersuchung von NSC Kinetik erlaubt nach Verletzungen und ihre mögliche radialen Migration an der Stelle der Verletzung. Die Verwendung von einem Maus-Modell ermöglicht auch den Einsatz von transgenen Mäusen, die Linie Verfolgung von endogenen NSCs und ihre Nachkommen nach Verletzung zu ermöglichen. Die Eigenschaften der NSCs können näher untersucht werden, über eine modifizierte Form des in-vitro- neurosphäre Assays, die in diesem Protokoll eingeführt wird.

Die neurosphäre-Assay ist ein in Vitro koloniebildenden Assay, der die Isolierung der NSCs im Beisein von Mitogene ermöglicht. Bei klonalen Beschichtung dichten vermehren sich einzelne NSCs um freischwebende kugelige Kolonien von Zellen entstehen, die aus einer kleinen Subpopulation von NSCs und eine große Mehrheit der Stammväter18,19bestehen. In unserem Protokoll zeigen wir die Isolierung von zwei unterschiedlichen, Comyn im Zusammenhang mit NSCs aus der periventrikulären Region des Rückenmarks-Basislinie Bedingungen und im Anschluss an unser minimal SCI-Modell. Definitive neuronale Stammzellen Zellen (dNSCs) express nestin und glial fibrillary sauren Protein (GFAP) und in Anwesenheit von epidermalen Wachstumsfaktor (EGF), Fibroblasten-Wachstumsfaktor (FGF) und Heparin (zusammen benannt EFH)20angebaut. Diese dNSCs sind selten im Rückenmark naiv, was zu sehr wenige neurosphären in Vitro. Wir zeigen jedoch, dass dNSCs nach minimal SCI, erweitert die Zahl der neurosphären isoliert von der periventrikulären Region21aktiviert sind. Primitive neurale Stammzellen (pNSCs) sind oberhalb des dNSCs in der neuronalen Stammzelle Abstammung. pNSCs sind äußerst selten, ausdrückliche niedrigen Niveau der Pluripotenz Markierung Oct4, und Leukämie hemmenden Faktor (LiF) reagieren22. pNSCs bilden keine neurosphären, wenn Sie aus dem Rückenmark Erwachsener Mäuse aufgrund des Vorhandenseins von Myelin basic Protein (MBP) in Primärkulturen isoliert; jedoch pNSC neurosphären von MBP mangelhaft Mäusen isoliert werden und ihre Zahlen sind erweiterte folgende Verletzungen – ähnlich wie bei dNSCs21. Schließlich zeigen wir, dass neurosphären dNSC abgeleitet von der Stelle der Verletzung in frühen Zeiten nach minimal Sci isoliert werden können Diese Ergebnisse zeigen, dass unsere Verletzungen Modell und Assays die Aktivierung Merkmale der periventrikulären NSCs wie ihre Fähigkeit beurteilen können, vermehren sich und Wandern in Reaktion auf eine Verletzung.

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Protocol

Dieses Protokoll wurde genehmigt, die vom Tier Pflege an der University of Toronto und steht im Einklang mit "Guide, der Pflege und Verwendung der Versuchstiere" (2Nd Edition, Canadian Council on Animal Care, 2017).

1. minimale Spinal Cord Injury Chirurgie

Hinweis: Vor der Operation stellen Sie sicher, dass alle chirurgischen Instrumente und Materialien durch geeignete Methoden (Abbildung 1A) sterilisiert werden.

  1. Bauen Sie einen thorakalen Bogen von 4 – 5 Plätze der Gaze aufrollen und Tapen sie zusammen in der Mitte eine feste Rolle von Gaze zu erhalten.
  2. Platzieren Sie den Mauszeiger in der Induktion Kammer und initiieren Sie Anästhesie mit 5 % Isofluran zu. Das Fehlen einer Zehe Prise Reflex, bevor Sie fortfahren, als auch während des Verfahrens zu bestätigen. Während die Operation mehr als 30 min dauern kann, optimieren Sie für die minimale Isofluran-Belichtung (5 min. 5 %) und die verbleibende Zeit bei 2 – 3 %.
  3. Übertragen Sie die Maus auf eine Nase Kegel an der Narkose Maschine bei 2 – 3 % Isofluran Erhaltungsdosis befestigt. Verwenden Sie Haarschneidemaschinen, um Pelz aus der Rücken des Tieres aus der Mitte des Rückens bis zu den Hals/Ohren zu entlarven einen breiten rechteckigen Bereich der Haut für eine Operation zu entfernen.
  4. Übertragen Sie die Maus auf ein stereotaxischen Instrument, indem man seine Nase in die beigefügte bugnase und Stabilisierung des Schädels mit Ohr-Bars. Isofluran bei 5 % während der Platzierung der Ohr-Bars und unteren wieder auf 2 – 3 % zu erhalten, sobald die Maus in der stereotaktischen Gerät gesichert ist.
  5. Präoperative schmerzstillende Medikamente intraperitoneal verwalten – Meloxicam (2,0 mg/kg). Wenden Sie großzügig Auge Schmierung auf die offene Maus Augen Hornhaut Austrocknung bei der Narkose zu verhindern.
  6. Legen Sie die thorakalen Bogen unterhalb der Maus Bauch während Begradigung der Maus Körper und Wirbelsäule durch leichtes Ziehen an der Schwanzwurzel. Verwenden Sie Labor Kennzeichnung Band um die Rute und alle erweiterten Gliedmaßen in einer sternförmigen Position zu sichern. Sobald sicher ist, drücken Sie die thorakalen Bogen Rostral, aus dem Bauch der Maus in Richtung der oberen Brustkorb – um die Brustwirbelsäule (Abbildung 1 b) zu stützen.
  7. Bereiten Sie ein steriles Operationsfeld durch Desinfektion das Fell abgeschnitten Hautareal in Schritt 1.3 mit 70 % Ethanol, gefolgt von Povidon-Jod vorbereitet. Zweimal wiederholen. Wenden Sie ein steriles op Tuch um einen breiten sterilen Bereich zu halten.
  8. Mit einem #10 Skalpellklinge, machen Sie einen vertikalen Schnitt parallel zur Längsachse des Tieres vom Mittelpunkt der beiden Schulterblättern an die Krümmung der Brustwirbelsäule. Ziehen Sie die Haut, Weichteile und die Kontur der Wirbelsäule (Abbildung 1) aussetzen.
  9. Identifizieren Sie den unteren Rand des suprascapular Fettpolster (dies abgrenzt die T4/5 Ebene der Wirbelsäule). Schneiden Sie mit der gleichen #10 Klinge vorsichtig aber mit Kraft, entlang beider Seiten des vertebralen Knochen T5-T8/9, die Rücken-Muskel-Sehnen aus der Spalte zu lösen.
  10. Legen Sie die Zähne der Retraktoren in Schnitt Standorte auf beiden Seiten der Wirbelsäule. Passen Sie die Belichtung mit dem Ausbau der Retraktoren um die Wirbelsäule ausreichend zu erhöhen, ohne zu viel belasten die eingefahrenen Muskelschichten (Abbildung 1).
  11. Unter dem Operationsmikroskop sorgfältig reinigen der restlichen Muskel und andere Weichteile über der Wirbelsäule um den vertebralen Knochen (Abb. 1E) verfügbar zu machen. Identifizieren Sie die Wirbel, die werden durch umklammern den Dornfortsatz der Wirbel mit gezahnten Zangen und bewegte sie leicht entfernt werden und nach unten.
    Hinweis: Dies sollte Identifizierung der intervertebralen Gelenke ermöglichen und die kleinen Öffnungen (Foramina Bandscheiben) unter den Wirbeln von Interesse.
  12. Legen Sie einen Kopf der abgestumpften gebogene Schere in beiderseits der exponierten Bandscheiben Foramen, kaudalen, der Wirbelkörper Lamina, herausgeschnitten werden und schneiden Sie die Bandscheiben Anschlussfugen bilateral.
  13. Heben Sie der Lamina nach oben und schneiden Sie die obere Befestigung der Lamina zu isolieren und entfernen die Knochen.
    Hinweis: Dadurch werden die intakte duralsack, enthält das Rückenmark (Abb. 1F) sichtbar. Möglicherweise gibt es übermäßige Blutungen, die gesteuert werden kann, indem man vorgeschnitten 1 x 1 cm Gaze auf die betroffenen Gebiete und/oder mit sterilen PBS waschen.
  14. Legen Sie mit der dorsalen Mittellinie Vene als ein Wahrzeichen eine 45° gebogene Welle von einer Nadelspitze 30 G (mit Nadel Fase nach oben) in der dorsolateralen Oberfläche des Rückenmarks (ca. 1 mm tief) bei etwa 0,5 mm seitlich auf beiden Seiten der Mittellinie.
  15. Bewegen Sie die Nadel ~ 2 mm von kaudalen, rostral (Parallel zu der Mittellinie) so dass die gesamte Länge der Abschrägung der Nadel in die Schnur eingelegt wird. Entfernen Sie die Nadel durch Rückverfolgung über den Pfad des Eintrags (Abbildung 1).
    Hinweis: Es dürfen keine Blutung aber Schwellung des spinalen Gewebes kann bei diesem Schritt gesehen werden.
  16. Um die Wunde zu schließen, entfernen Sie die Aufrollvorrichtung und die Rückenmuskulatur auf beiden Seiten der Verletzung zusammen in der Mittellinie mit einer 6-0 resorbierbaren Naht zu Naht. Verwenden Sie eine 4-0 sterile Seide Naht, um anschließend die darüber liegende Haut zu schließen.
  17. Auftragen Sie antibiotische Salbe an die Spitze der oberflächlichen genähten Haut zur Vorbeugung von postoperativen Infektionen mit der Spitze von einem Wattestäbchen Postoperative Schmerzmittel von 0,1 mg/kg von Buprenorphin subkutan zusammen mit Flüssigkeiten (1 mL gesäugt Ringer Lösung) zu verwalten.
  18. Schalten Sie den Verdampfer Isoflurane und Sauerstoff. Entfernen Sie die Maus aus der stereotaktischen Gerät und in einen sauberen Käfig mit keine Bettwäsche.
  19. Platzieren Sie den Mauszeiger in den Käfig ca. 30 cm entfernt von einer Wärmelampe für die Wiederherstellung von Anästhesie und Monitor Verhalten nach dem Aufwachen. Die Maus sollte innerhalb von 5 – 10 min. aufwachen und haben die Hirschkuh-Limb-Funktion mit möglichen Parese und/oder Schweif Schwäche nach dem Aufwachen.
  20. Verhalten der Maus in den nächsten Tagen zu überwachen und postoperative Pflege und Analgetika (d.h., Maische, gesäugt Ringer Lösung Flüssigkeit subkutan, 0,1 mg/kg Buprenorphin 2 x täglich subkutan für 2 – 3 Tage und Eigengewicht Überwachung ) gemäß lokalen Tierhaus Vorschriften und im Einzelfall als Verwertung kann variieren.

2. Neurosphäre Assay Dissektion

Hinweis: Führen Sie korrekte sterile Gewebekultur Verfahren in der gesamten.

  1. Vorbereitung der enzymatischen Lösung
    1. Am Albumin Ovomucoid Inhibitor mit Glasflasche und sanft Wirbel bis aufgelöst fügen Sie 32 mL von Earle es ausgewogen Salz Lösung (EBSS hinzu).
    2. Ein vorportionierte Papain glasphiole 5 mL EBSS hinzu, und legen Sie in einem 37 ° C Wasserbad auflösen. Die Lösung wird klar (Lösung 1).
    3. Nehmen Sie 500 µL EBSS und fügen Sie die vorportionierte DNase ich Glas-Fläschchen zu einer Konzentration von 1 mg/mL (Lösung 2). Lösung 1 fügen Sie 250 µL dieser Mischung hinzu und mischen Sie sehr leicht durch das Fläschchen hin und her kippen.
      Hinweis: Alle Lösungen gemacht (Lösung 1 und 2) sind genug für die Verarbeitung von zwei Stücken des Gewebes. Wenn mehrere Stücke von Gewebe verarbeitet, mit mehr Lösung Prep unterzubringen.
  2. Gewebe-Vorbereitung und Dissektion
    1. Ort ein Labor abwischen Isofluran in den Käfig Maus trieft und lassen 2-3 min für Dämpfe um Maus komplett zu betäuben. Folgenden ko, entfernen Sie die Maus aus dem Käfig und das Fehlen einer Zehe-Prise Reflex zu bestätigen.
    2. Führen Sie durch zervikale Dislokation mit einem stumpfen Metallgegenstand (d.h., Metall-Käfig-Karte), das Tier einzuschläfern. Sprühen Sie das euthanasierten Tier aus seinem Hals zu Mitte hinten großzügig mit 70 % Ethanol.
    3. An der Basis des Schädels mit einer Schere den Kopf abschneiden und in einen Bio-Beutel entsorgen. Machen Sie einen Mittellinie Schnitt in der Haut über die gesamte Länge des Rückens, die Muskeln und Wirbelsäule Knochen Kontur (Abbildung 2A) verfügbar zu machen.
    4. Heben Sie die medialen Aspekt jedes Schulterblatt (dh., Schulterblatt – durch darüberliegende fettlappen identifiziert) und mit einer Schere wegschneiden Weichgewebe (zwischen Schulterblatt und Wirbelsäule). Separate voll, die zugrunde liegenden vertebrale Spalte verfügbar zu machen.
    5. Im Anschluss an die Krümmung der Wirbelsäule stecken Sie das gleiche Paar der Schere in die oberen thorakalen Blende und isolieren Sie der Wirbelsäule durch Wegschneiden beigefügten Rippen, Muskeln und inneren Organen (Abb. 2 b) zu.
    6. Einführen Sie Schere in die Caudale Wirbelkörper Foramen/Öffnung und schneiden Sie die intervertebralen Gelenke auf beiden Seiten der Schichten (dorsalen Oberfläche). Achten Sie besonders darauf, das intakte Kabel nicht beschädigen. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis das gewünschte Niveau und/oder Länge des Kabels ist ausgesetzt.
    7. Schneiden Sie vorsichtig die Spinal nerve(s) seitlich erstreckt sich von der Schnur vor das Rückenmark Gewebe in einer Petrischale mit regelmäßigen künstliche Liquor cerebrospinalis übertragen. Halten Sie die Probe auf Eis (Abbildung 2).
    8. Schneiden Sie unter dem Mikroskop Dissektion das Rückenmark Gewebe um ~ 2 mm rostral und kaudalen, Verletzung Aufstellungsort erweitert. Zwei Paare der Zange verwenden, um das Kabel vorsichtig in 2 Hälften längs entlang der dorsalen und ventralen Risse zu trennen (Abbildung 2").
    9. Schneiden Sie mit Microscissors den verletzten dorsolateralen weißen Substanz. Legen Sie das Stück in ein 15 mL konische Röhrchen.
    10. Hält man die Hälfte des Rückenmarks nach unten mit der Pinzette, necken und Entfernen der weißen Substanz mit ein weiteres Paar feine Pinzette entlang der Rostrocaudal Umfang des Rückenmarks, um die gewünschten periventrikulären Region zu isolieren. Wiederholen Sie für die andere Hälfte des Rückenmarks.
    11. Legen Sie die Stücke von periventrikulären Gewebe in einer separaten 15 mL konische Röhrchen. Verwenden Sie Microscissors und sanft das Gewebe gegen die Wände der konischen Röhren Blatt vor den Mund.
      Hinweis: Gewebe Dissoziation Modifikationen stammen aus Papain Dissoziation Systemprotokoll23 und zuvor beschriebenen Gewebe Vorbereitung Verfahren24.
    12. Die Gewebeprobe 2,5 mL des neuen Lösung 1 (Schritt 2.1.3) hinzu, und legen Sie auf einer Wippe bei 37 ° C für 30 Minuten.
    13. Genannte sanft das Gewebe in der Lösung mit einer PIPETTENSPITZE 1.000 µL. Zentrifugieren Sie die trüben Zellsuspension bei 300 X g für 5 min bei RT
    14. Bereite Lösung 3 mit 2,7 mL Earle es ausgewogen Salzlösung, 300 µL Ovomucoid Inhibitor Lösung (Schritt 2.1.1) und 150 µL der DNase ich Lösung (Schritt 2.1.3).
    15. Den überstand von Schritt (Schritt 2.2.13) zu verwerfen und Aufschwemmen in 1,5 mL der Lösung 3 aus dem vorherigen Schritt (Schritt 2.2.14).
    16. Diese neue Zellsuspension (Schritt 2.2.15) auf 5 mL Ovoimucoid Inhibitor Lösung (Schritt 2.1.1) in einem neuen 15 mL konische Rohr erstelle ich einen diskontinuierlichen Dichtegradienten Schicht. Zentrifuge bei 300 X g für 5 min bei RT.
    17. Überstand verwerfen und erneut in 2 mL Neurobasal Medien. Zentrifuge bei 300 X g für 3 min bei RT.
    18. Überstand verwerfen und in 1 mL Neurobasal Medien aufzuwirbeln. Filtern Sie die Suspension mit einer 20 µm Zelle Sieb gefolgt von 4 mL der Medien für ein Gesamtvolumen von 5 mL.
  3. Beschichtung
    1. Neurosphäre Wachstum durch die Ergänzung Neurobasal Medien mit epidermalen Wachstumsfaktor (20 ng/mL) Nährmedien vorbereiten / Fibroblasten Wachstum Faktor (20 ng/mL) / Heparin (2 µg/mL) [für definitive NSCs] oder Leukemina hemmenden Faktor (10 ng/mL) [für primitive NSCs]. Fügen Sie 10 mL der beiden Medien in einer Gewebekultur Flasche 25 mL.
    2. Verwenden Sie ein Hemocytometer und Trypan blau färben, berechnen Sie die Anzahl der Zellen in Suspension aus (Schritt 2.2.18)25. Sobald berechnet, Zellen hinzufügen Gewebe Kulturflaschen vorbereitet (Schritt 2.3.1) zu einer klonalen Dichte von 10 Zellen/µL und Ort Gewebekultur-Kolben mit zusätzlichen Zellen in den Brutkasten für 24 h (37 ° C, Luftfeuchtigkeit von 95 %, 5 % CO2).
      Hinweis: Ein Beispiel für die Zählung Technik lautet wie folgt: nehmen Sie 10 µL Zellsuspension und Mix mit 10 µL Trypan blau färben. Fügen Sie 10 µL dieser Mischung in eine Hemocytometer. Unter einem 10-fach Lichtmikroskop zählen die Anzahl der lebenden Zellen und die Summe aller Zellen innerhalb 4 der 4 x 4-Quadranten gezählt. Verwenden Sie die Formel: 100.000/[(X cells/4) x 2 x 10 x 1.000], geben Sie das Volumen der Zellsuspension auf in jedem 25 mL Gewebekultur Kolben darauf klonalen Dichte (10 Zellen/µL) überzogen werden.
    3. Nach 24 h sanft schwenken Sie die Flasche und Inhalt in eine 15 mL konische Rohr. Zentrifuge bei 300 X g für 5 min bei RT.
    4. Den überstand verwerfen und erneut aussetzen der Zellen in 1 – 2 mL frische Neurobasal Medien.
    5. Wiederholen Sie Schritt 2.3.2 um die Anzahl der Zellen in Suspension und Platte Zellen zur klonalen Dichte in einer Gewebekultur 24-Well-Platte mit 500 µL ihrer jeweiligen Mitogen ergänzt Medien (EFH für definitive NSC Wachstum) und LIF für primitive NSC Wachstum.
      Hinweis: Verwenden Sie die angepasste Formel (5.000 / [X Zellen/4) x 2 x 10 x 1.000), berechnen Sie das Volumen der Zellsuspension auf in jeweils gut 500 µL Medien überzogen werden.
    6. Platten mit Zellen in den Inkubator (37 ° C, Luftfeuchtigkeit von 95 %, 5 % CO2) wachsen für 7 Tage zu platzieren.
  4. Zählen
    1. Nach 7 Tagen in der Kultur Platten ausbauen und unter einem Lichtmikroskop anzeigen. Neurosphären durch zählen kugelige Kolonien, die zu quantifizieren > 80 µm im Durchmesser für dNSCs Kulturen und > 50 µm Durchmesser für pNSCs Kulturen.
      Hinweis: Bei Bedarf neurosphären können weitere passagiert26 oder differenziert. Wenn Zellen nicht mehr benötigt werden, indem Sie Brunnen (ca. 1 mL) für 20 min beschleunigte Wasserstoffperoxid hinzufügen, so dass die Farbe des Mediums gelb zu entsorgen. Dann verwerfen.

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Representative Results

Nach der Operation sollten die Mäuse minimale motorische Defizite erleben inklusive Schweif und mögliche Hind-Limb-Parese für bis zu 24 h. Nach dieser Zeit sollten die Mäuse keine Lähmung der hinteren Gliedmaßen und/oder Parese und minimale Veränderungen in Gang erleben.

Abbildung 3 zeigt repräsentative Ergebnisse aus der neurosphäre Test 5 Tage nach der minimalen Rückenmark-Verletzung. Die absoluten Zahlen der dNSC abgeleitet neurosphären (gewachsen in EFH) ist größer als die Zahl der pNSC abgeleitet neurosphären (gewachsen in LIF) nach einer Verletzung (Abb. 3A und 3 b, beziehungsweise). Bilder mit höherer Leistung eine definitive neurosphäre (Abbildung 3) und eine primitive neurosphäre (Abbildung 3D) zeigen Unterschiede in der Darstellung dieser verschiedenen Kolonien mit endgültigen neurosphären ist größer im Durchmesser (≥80 µm) und in der Regel haben Sie ein großes dunkles Zentrum. Primitive neurosphären sind kleiner (≥50 µm) und die Zellen sind mehr dicht gepackt. Repräsentative Zahlen von Neurospheres aus verschiedenen Teilen des verletzten Rückenmarks sind in Abbildung 3E (Dauermarken) und 3F (primitive) gesehen. Abbildung 3E zeigt, die dass die minimale SCI eine deutliche Steigerung in neurosphären gewachsen aus dem zentralen Kanal auf der Ebene der Verletzung verursacht im Vergleich zu eine relativ geringfügige Erhöhung an die rostral Schnur nicht verletzt.

Interessanterweise können endgültige neurosphären von der Seite der Läsion, einer Region enthalten nicht neurosphäre bildenden Zellen in Laminektomie allein Mäuse generiert werden. Abbildung 3F zeigt eine ähnliche Zunahme der pNSCs nach der Verletzung mit Ausnahme von pNSC neurosphären am Standort Läsion. Nur dNSCs sind daher in der Lage, auf der Stelle der Verletzung über diese Zeit Kurs nach der Verletzung zu migrieren.

Figure 1
Abbildung 1: chirurgischer Eingriff. (A) das Layout aller erforderlich, nummeriert als Referenz. (B) ein Bild von der Maus in einem stereotaktischen Gerät mit einem begradigten Körper, Wirbelsäule und Extremitäten ausbreiten und mit Klebeband zusammen mit thorakalen Bogen unter gebracht. (C) A Bild der Maus mit einem vertikalen Hautschnitt Freilegung der Muskelschicht und die Kontur der Wirbelsäule. (D) ein Bild des Körpers nach muskuläre Einschnitte und Exposition und Isolierung der Wirbelsäule mit Retraktoren Maus. Beachten Sie straff Muskelschichten mit mangelnder reißen. (E) ein Bild von der isolierten Maus Wirbelsäule mit Muskelschichten entfernt, zeigt die knöcherne Fläche des Wirbels (3 Segmente). Dies zeigt auch der Dornfortsatz und möglicherweise die Bandscheiben Gelenk und Lamina des mittleren Wirbel entfernt werden. (F) A Bild von der sichtbaren Rückenmark nach Laminektomie. Gekennzeichnet ist die dorsalen Mittellinie Ader. (G) A Bild der Maus mit bilateralen Nadel Track Verletzungen auf beiden Seiten der dorsalen Mittellinie Vene. Es gibt ein close-up Einsatz der 45° gebogene Welle 30 G Nadel. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2: Rückenmark Dissektion. (A) A Bild der enthaupteten Maus mit der Mittellinie Hautschnitt, der Rückenmuskel und vertebralen Knochen Kontur (B) ein Bild von der isolierten Wirbelsäule zeigt rostral und kaudalen Orientierung aussetzen. Das zweite Bild zeigt die Isolierung der Kabel und die dritte zeigt das isolierte Rückenmark in einer Petrischale. (C) eine grafische Darstellung der feinen Dissektion des Rückenmarks, wo verschiedene Segmente (periventrikulären, Verletzungen Bereich) entnommen und getrennt für die Kultivierung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3: Vertreter ergibt sich aus neurosphäre Assay nach minimalen Rückenmarksverletzung. (A) die Nummern der dNSC abgeleitet neurosphären (gewachsen in EFH) kultiviert aus dem verletzten Rückenmark ist größer als (B) die Anzahl der pNSC abgeleitet neurosphären (aufgewachsen in LIF), wenn bei gleicher Dichte beschichtet. (C, D) Bilder mit höherer Leistung von "typischen" Neurospheres in (C) dNSC und (D) pNSC Kulturen. (E) Minimal Nadel Trakt Verletzung führt zu erheblichen Anstieg der Zahl der neurosphären dNSC abgeleitet von den zentralen Kanal auf der Ebene der Verletzung sowie den zentralen Kanal rostral zur Schädigung und Verletzung Aufstellungsort. (F) pNSC abgeleitet neurosphären nicht isoliert von der unverletzten Schnur werden aber nach Verletzungen durch den zentralen Kanal (auf der Ebene der Verletzung und von der Höhlung Zentralkanal) isoliert werden. Fehlerbalken darzustellen Standardfehler des Mittelwerts. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Während des chirurgischen Eingriffs gibt es ein paar wichtige Schritte wo die Forscher besondere Aufmerksamkeit widmen sollte, um optimale Ergebnisse zu erhalten und zu minimieren Variabilität zwischen den Tieren. Mit der eingeatmeten Anästhesie (Isofluran) während der Operation achten wie die Narkose neuroprotektive Wirkung mit längerer Exposition27gezeigt hat. Entsprechend, wenn das Studium der Regenerationsfähigkeit des Rückenmarks nach Verletzung, bemühen Sie, so schnell und effizient wie möglich zu verhindern, dass konfundierenden Variablen operieren. Beibehaltung der gleichen Isofluran Belichtungszeit per Mausklick reduziert Variabilität. Die Atemfrequenz der Maus sollten während der Operation überwacht werden und sollte nicht zu langsam (weniger als 1 Atem alle 2 – 3 s) oder stark erschwerte (d.h., nach Luft schnappen). Die Erhaltungsdosis von Anästhesie kann von 2 – 3 % gesenkt werden, Tod aufgrund längerer Betäubung mit der Note von Mäusen zu verhindern, die die niedrigere Dosierung erhalten.

Während der Operation seien Sie besonders vorsichtig beim muskulösen Einschnitte auf beiden Seiten der Wirbelsäule durchführen. Stellen Sie sicher, dass die Kürzungen tief sind, und die Klinge medial abgewinkelt ist, so dass die Schneide des Messers gegen den knöchernen Wirbeln während muskuläre Schnitt liegt. Wenn die Klinge nach außen abgewinkelt ist, gibt es die Möglichkeit des übermäßigen Blutungen von vaskulären schneidet. Die Forscher sollten auch zusätzliche achten bei der Durchführung der Laminektomie um Tiefe Angeln der Schere zu vermeiden, die das Rückenmark beschädigt wird verursacht unerwünschte Gewebeschäden und funktionelle Defizite. Das entsprechende Steuerelement für diese Experimente ist eine "nur Laminektomie" Gruppe (keine Verletzungen), ermöglicht einen Vergleich der Aktivierung von NSCs die Nadel Track Verletzung im Gegensatz zur Laminektomie nur daraus kann zugeschrieben. Wir haben gezeigt, dass Laminektomie allein in eine kleine, wenn auch unbedeutende Erhöhung NSC Aktivierung führen kann, wie durch eine Zunahme der neurosphäre Zahlen aus der periventrikulären Region auf der Ebene der Läsion21offenbart. Laminektomie allein verursacht keine Erhöhungen in neurosphäre Zahlen aus der periventrikulären Region rostral oder kaudalen, die Laminektomie und keine neurosphären finden sich in den Kulturen der weißen Substanz isoliert auf der Ebene der Laminektomie. Darüber hinaus bei der Durchführung der Laminektomie kümmern Sie, um der dorsalen Lamina in einem Stück erlauben große Exposition der Schnur zu entfernen. Dies wird (1) ausreichend Zugriff auf minimale Nadel Track Verletzungen des Rückenmarks dorsolateralen durchzuführen und (2) verhindern, dass Teile der Knochen zurückgelassen und sekundären Schäden nach Schließung und nach der Wiederherstellung-Bewegung der Maus. Wenn der gesamte Lamina nicht als Einteiler gilt oder Segmente der überstehenden scharfen Knochen auf beiden Seiten der Laminektomie beobachtet, verwenden Sie Instrumente (z. B. gezahnten Zangen und gebogene Schere) um diese Fragmente vor dem Nähen zu entfernen.

Die Forscher sollten extrem vorsichtig bei der Anwendung von Fäden auf die Muskelschicht während der operativen Verschluss sein. Eine Naht (Doppel-geknotet) sollte auf das Niveau der Laminektomie/Verletzung kaudalen platziert werden, damit die Naht auf der Oberseite der intakten vertebralen Knochen liegt. Dies soll Folgeschäden zu verhindern, die von der muskulösen Naht, in Kontakt mit das freiliegende Kabel, wenn die Maus, nach der Wiederherstellung bewegt führen kann. Darüber hinaus fungiert die muskuläre Naht, die Laminektomie/Verletzung kaudalen als ein Wahrzeichen für wo die SCI durchgeführt wurde, wenn das Rückenmark zur Analyse zu isolieren. Vorsicht bei den verletzten Rückenmark Bereich sezieren zu vermeiden, die Struktur der verletzten Region beeinträchtigen, so dass es während der feinen Dissektion unter dem sezierenden Mikroskop erkennbar bleiben kann. In Bezug auf die neurosphäre Test ist es wichtig, führen Sie die mechanische Zerreibung der Zelle Pellets sanft auf die Produktion von Luftblasen zu vermeiden, die Zelltod erhöhen können. pNSC abgeleitet neurosphären sind auch anfälliger für Schmutz schwer, Wachstumsbedingungen – übermäßige Verreibung und über längere Zeit in enzymatische Lösungen – im Vergleich zu dNSC Kulturen. pNSC abgeleitet Sphären sind kompakter und kleiner als dNSCs. Angesichts der Seltenheit des pNSCs, empfehlen wir mindestens 240.000 Zellen pro Probe zu isolieren.

Das minimale SCI-Modell ist ideal für das Studium der zelluläre Ereignisse nach Verletzungen (z. B. die Aktivierung des endogenen NSCs), aber es nicht zulässt, dass die Untersuchung der funktionellen Beeinträchtigungen. Wie bereits erwähnt, Mäuse, die von der Nadel Weg Verletzung erholen erleben keine bemerkenswerte Verhaltensstörungen Defizite, die beibehalten und als solche nicht die Mäuse für die Wirksamkeit therapeutischer Interventionen zur Verbesserung der funktionellen Ergebnisse ausgewertet werden. Ein wichtiger Aspekt der regenerativen Medizin ist, dass eine Behandlung nicht nur Reparatur von Gewebe fördern sollen (welche ausgewertet werden können, mit diesem Modell in Kombination mit der neurosphäre Assay, Linie Tracing und Immunohistochemistry/Immunfluoreszenz) aber relevante Funktionsverbesserung mit Verhaltensstörungen Paradigmen, gegebenenfalls sollte auch zeigen werden. Eine Reihe von Verhaltensstörungen Aufgaben verwendet, um die funktionellen Ergebnisse im thorakalen Modelle wie der Fuß-Störung-Test und der Basso, Beattie, Breshnan (BBB) Open Field Bewegungsorgane Scale28, Verletzungsgefahr zu testen sind nicht empfindlich genug, um messbare Defizite in unserer minimal zu erkennen SCI-Modell. Um dieses Defizit zu überwinden, kann man machen Verwendung von empfindlicher digital-scoring-Systeme (z.B.Laufsteg), misst mehrere Parameter von grob- und Hind-Limb Fortbewegung Parameter einschließlich Gangart Analysen, die die minimale erkennen können, Defizite infolge minimaler Verletzung Modell29.

Diese Methode könnte auch endogene Aktivierung der NSC als potenzielle Therapie in Modellen der zervikalen Rückenmarksverletzungen untersuchen angepasst werden. Zervikale SCI ist die klinisch relevanten Modell und schlagen wir die Anpassung dieser Verletzungen-Modells zu höheren Wirbelkörper Segmente ob Einblick in würde gibt es regionale Unterschiede in der Reaktion von NSCs und deren Nachkommen (Kinetik, Migration, Differenzierung) und ob die Läsion in tiefer und messbare funktionelle Defizite führen würde. Die aktuell verwendeten murinen zervikalen Verletzungen-Modelle (z.B. Durchtrennung, Clip Kompression und/oder Prellung) benötigen intensive postoperative Versorgung einschließlich der Notwendigkeit, manuell express Harnblasen und überwachen ständig die Atmung der Maus. Anpassung des Modells minimaler Verletzung des zervikalen Rückenmarks kann verringern die Sterblichkeit, Morbidität und postoperative Versorgung verbunden mit anderen zervikalen SCI-Modellen sowie zu prüfen, die Wirksamkeit der Medikamente/kleine Moleküle und/oder Rehabilitation zu ermöglichen Ergebnisse auf neuronale Erholung. Unser Modell der Verletzung kann auch erstelle ich einen minimalen Verletzung in verschiedenen Teilen der Schnur (d.h., dorsal oder seitlichen Spalten) und/oder größere Verletzungen mit tiefer eindringen und/oder den Einsatz von größeren Größe Nadeln (kleiner Gauge) angepasst werden. Dadurch kann den Forscher Kontrolle/manipulieren die Art und Größe der Läsion und zelluläre und funktionale/Verhaltensstörungen Erholung so entsprechend zu bewerten.

Minimaler Verletzung-Modell bei Mäusen ermöglicht den Einsatz von transgenen Tiermodellen. Die Mausmodelle ermöglichen eine Kennzeichnung von körpereigenen Stammzellen und/oder Vorfahren vor der Verletzung. Diese können die Forscher das Schicksal dieser vorher markierten Zellen nach Verletzung zu verfolgen und auswerten neuronaler Vorläufer Zellproliferation, Migration und Differenzierung nach Verletzung – möglicherweise einen Beitrag zur neuralen Reparatur.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Diese Arbeit wird von der Krembil Stiftung (Betriebskostenzuschuss CMM) finanziert. WX erhielt der Carlton Marguerite Smith Student Award. NL erhielt eine Ontario-Graduate-Stipendium.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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 x 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
30 G Needles Becton Dickinson 305106 For Injury
25 G Needles Becton Dickinson 305122 For Drug injections
1 mL Syringes Becton Dickinson 3090659 for drug injections
3 mL 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
15 mL 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 1 M, 9.01 g in 100 mL dH2O
1 M Glucose
7.5% NaHCO3 Sigma S5761 155 mM, 1.30 g in 100 mL dH2O
155 mM NaHCO3
1 M HEPES Sigma H3375 23.83 g in 100 mL 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 0.5 mL Hormone Mix and aliquoted into 20 μL vials to be stored in freezer
Heparin Sigma H3149
Leukemia Inhibitory Factor In House
Trypan Blue
Hemocytometer
24 well Plates NUNC
2 M NaCl Sigma S5886 11.69 g in 100 mL dH2O
1 M KCL Sigma P5405 7.46 g in 100 mL dH2O
1 M MgCl2 Sigma M2393 20.33 g in 100 mL dH2O
108 mM CaCl2 Sigma  C7902 1.59 g in 100 mL dH2O

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Lakshman, N., Xu, W., Morshead, C.More

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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