该协议演示了开放颅外脑损伤小鼠模型的方法,以及将培养的人类诱导多能干细胞衍生细胞移植到损伤部位的方法。对这些程序的结果的行为和组织学测试也进行了简要描述。
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该协议演示了开放颅外脑损伤小鼠模型的方法,以及将培养的人类诱导多能干细胞衍生细胞移植到损伤部位的方法。对这些程序的结果的行为和组织学测试也进行了简要描述。
创伤性脑损伤 (TBI) 是全世界发病率和死亡率的主要原因。TBI引起的疾病病理学从初级机械损伤进展到继发性损伤过程,包括凋亡和炎症。动物建模在探索解开损伤机制和评估潜在的神经保护疗法方面很有价值。该协议描述了焦、开头TBI的受控皮质冲击(CCI)模型。具体来说,描述了产生轻度单侧皮质损伤的参数。利用双边传感器电机集成的胶带去除试验,分析了CCI的行为后果。关于TBI病理学的实验治疗,该方案还说明了将培养细胞移植到大脑中的过程。从人类诱导多能干细胞(hiPSCs)中提取的神经细胞培养物被选择,因为他们有可能在人类TBI患者中表现出卓越的功能恢复。使用经过修饰的DAB免疫组织化学过程检测宿主小鼠脑组织中的hiPSC的慢性存活率。
创伤性脑损伤 (TBI) 是因头部受到打击的间接机械力(旋转加速/减速或反向冲动)或物体或爆炸波的直接损坏而对大脑的习得损伤的一般术语。据估计,TBI是全世界约9%的死亡原因,每年约5000万例,每年1、2。美国疾病控制和预防中心2017年的一份报告估计,2013年,美国共有280万人次因TBI而住院和死亡。许多较温和的 TbIs 每年都会不报告。严重的TBI会导致终生的认知、运动功能和整体生活质量受损。轻度TBI的后果,特别是重复性运动相关的TBI,直到最近才被人们所认识,因为他们阴险的健康影响4,5。
临床前建模是开发TBI新的机械见解和潜在的恢复性治疗的重要组成部分。TBI受控皮质冲击(CCI)模型是机械挫伤皮层的开头模型。冲击参数可以修改,以产生CCI伤害,范围从轻度到严重6。CCI 伤害是焦点而不是扩散,如 TBI 的其他闭头模型所示。CCI 可以诱导单侧损伤,使反向皮层可以用作内部比较器。该协议演示了轻度 CCI 对皮层的一部分的特性,包括原发性躯体感觉和运动区域。这个皮质区域被选择是由于其参与感觉运动行为,其中许多行为测试可以检测损伤引起的缺陷7。TBI治疗干预引起的行为改善也可以被检测到。
TBI的一个标志是受伤地区普遍存在的神经功能障碍。受伤的神经元会经历细胞死亡,神经元网络连接中断8,9。TBI干扰了内源性干细胞的招募,导致下游行为进一步缺陷10,11。 神经干细胞和干细胞衍生细胞的移植已被探索为恢复受伤大脑功能的可能性。除了恢复受损神经回路的潜力外,移植细胞还发挥副体作用,促进TBI12的神经元生存和功能恢复。各种细胞类型已被移植临床前,以评估其恢复潜力在神经疾病模型13,14,15。最近普及的诱导多能干细胞技术16促进了许多人类干细胞系的实验应用的发展。使用hiPSC衍生细胞进行临床前测试是描述特定细胞系对人类疾病的潜在疗效的重要的第一步。该实验室已开发出将hiPSC区分为神经表型17的协议,以寻求可移植细胞,以帮助从创伤性脑损伤中恢复。
该协议的实验使用单侧CCI诱导成年小鼠的左躯体感觉和运动皮层TBI。轻度 CCI 损伤导致右前爪持续功能缺陷,用于跟踪 hiPSC 衍生神经细胞移植对功能恢复的影响。该协议中的前爪传感器运动测试是改编自布埃特及其18位同事制定的方法,之前由弗莱明和同事19演示。 该协议概述了执行实验性脑损伤、hiPS细胞治疗移植以及实验结果测量的行为和组织分析的完整工作流程。
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本议定书中描述的所有实验都经过统一服务大学动物护理和使用委员会的审查和批准。
1. 颅内切除术和控制性皮质影响
2. 细胞悬浮液的立体移植
3. 传感器电机集成的胶带去除试验
4. 二甲苯丁(DAB)移植生存和损伤病理学的免疫组织化学分析
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颅内切除手术有助于实验性脑损伤和治疗性细胞移植:脑损伤的受控皮质冲击模型和随后的细胞移植治疗需要仔细切除上盖颅骨。颅骨切除术可以在头骨的任何背表面进行,以便对感兴趣的大脑区域进行操作。图1中的图描述了一个直径为5毫米的颅骨切除示意图,以揭示主躯体感觉和运动皮质(图1A)。在颅骨切除术后的24小时,进行了第二次手术,将人类iPSC衍生的神经细胞悬浮液注入皮层深层(图1B)。颅内切除术后的第一天,特别是CCI之后,有些脑水肿是正常的。然而,在这个过程的所有阶段,脑血管的备用是皮层生存的关键。图2说明了小鼠的细胞移植过程,脑气增率最小,出血量最小,皮质血管化广泛。这些特征是成功手术的良好预后指标。
胶带去除测试揭示了单侧脑损伤后的感觉运...
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轻度CCI作为实验再生疗法测试的模型系统
CCI模型是研究皮层机械损伤后组织功能障碍机制的宝贵工具。损伤参数的可调性是该模型的一个吸引人的特征。改变Z冲击深度、速度或活动时间可以增加或减少调查人员10、25所期望的伤害严重程度。轻度CCI的损伤,如果执行正确,应导致适度的皮质细胞死亡和最小的气穴。颅骨切除术和颅瓣切除必须非常小心。在钻孔颅内切除沟槽时施加过大的向下力会导致加热和振动导致皮质损伤。在颅瓣切除过程中,Dura母体的机械中断几乎均匀地预测严重的皮质损伤。主要皮质血管的中断可能导致皮层过度病变,是将动物排除在实验之外的理由。不幸的是,在手术后的第二天,伤势加重的迹象是微妙的。水肿和小皮质血管破裂都不一定是负指标。缺血引起的血肿和异常着色是手术并发症的更明确指标。记录术中事件和将并发症与组织病理学结果相关是完善良好的颅内切除技术的关键。
必须注意的是,在动物的mTBI建模伴随着某些警告。除了这里介绍的模型之外,还有许多m...
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提交人没有利益冲突可披露。
这项工作得到了神经科学和再生医学中心(CNRM,赠款号G17024014)的资助。我们感谢马希马·德万和克拉拉·塞尔布雷德在胶粘剂去除试验研究方面给予的帮助。克里斯莱·拉多姆斯基进行了初步脑损伤和细胞移植手术。USU CNRM临床前研究核心实验室的阿曼达·傅和劳拉·塔克分别就动物手术和行为测试提供了宝贵的建议。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1 ml 注射器 | Becton Dickinson (BD) | ||
| 1.7 ml 翻盖试管 | Denville | C2170 | |
| 10 微升注射器 | Hamilton | 7635-01 | |
| 25G Precision Glide 注射器针头 | Becton Dickinson (BD) | ||
| 70% 乙醇 | 选择的产品;因地区而异 | ||
| 对乙酰氨基酚口服混悬液 | 泰诺(儿童) | 在水中稀释至 1 mg/ml | |
| 剂蒸发器 | Vetland | 521-11-22 | |
| 动物处理布 | 从百货公司购买 | ||
| Betadine | Purdue 产品 | NDC-67618-151-32 | |
| 压缩氧 | 首选产品;因地区而异 | ||
| 环孢菌素 A | Sigma-Aldrich | 30024-100mg | |
| DAB 染色试剂盒 | Vector Laboratories | SK-4100 | |
| 二甲基亚砜 (DMSO) | Sigma-Aldrich | D8418-500ml | |
| DMEM | Invitrogen (ThermoFisher) | A14430-01 | |
| 驴抗小鼠 IgG 抗体,HRP 偶联 | Jackson ImmunoResearch | 715-035-151 | |
| 电工胶带 | 3M Corporation | 从百货公司购买 | |
| Fine | Science Tools | 11254-20 | |
| 镊子 | Fine Science Tools | 91106-12 | |
| 玻璃毛细管移液器,1 mm 外径,0.58 mm 内径 | 世界精密仪器 | 1B100F-3 | |
| 高速旋转微电机套件 | Foredom Electric Co. | K.1070 - K.107018 | |
| 理想的微钻毛刺套装5个 | 细胞点科学 | 60-1000 | |
| Impact One 立体定位撞击器 | Leica Biosystems | 39463920 | |
| 异氟醚 | Baxter | NDC-10019-360-60 | |
| 实验室工作台计时器 | Fisher Scientific | 14-649-17 | |
| 微量移液器拉拔器 | MicroData Instruments, Inc. | PMP-102 | 任何拉拔器都足够 |
| 显微镜盖玻片 | Fisherbrand | 12-545-E | |
| 显微镜载玻片安装介质 | 选择镜子 | ||
| 从百货公司购买 | |||
| 小鼠抗人核抗原抗体 | Millipore | MAB1281 | |
| 小鼠对小鼠封闭试剂盒 | 载体实验室 | BMK-2202 | |
| 持针器止血钳 | 精细科学工具 | 12002-12 | |
| 眼科软膏 | Falcon Pharmaceuticals | NDC-61314-631-36 | |
| 眼科弹簧剪刀 | 精细科学工具 | 15018-10 | |
| 塑料盒 | 从百货公司购买 | ||
| 塑料圆筒 | 从百货公司购买 | ||
| QSI 电动注射泵 | Stoelting | 53311 | |
| 可拆卸针头压缩接头 | Hamilton | 55750-01 | |
| 小型啮齿动物立体定位框架 | Stoelting | 51925 | |
| 小剪刀 | Fine Science Tools | 14060-09 | |
| StemPro Accutase | Invitrogen (ThermoFisher) | ||
| 无菌酒精制备垫 | Fisherbrand | 06-669-62 | |
| 无菌棉签/Kendall 棉签 | Tyco Healthcare | 540500 | |
| 无菌盐水 | Hospira | NDC-0409-1966-07 | |
| 秒表 (2) | Fisher Scientific | 06-662-56 | |
| Superfrost Plus Gold 显微镜载玻片 | Fisherbrand | 15-188-48 | |
| 缝合线 - 5.0 丝带弯针 | Oasis | MV-682 |
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