Name: 神经干/祖细胞在小鼠EAE的慢性全身性注射 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-15T18:45:00.000+00:00
Duration: 9 min 24 s
Description: 了解通过尾静脉注射将神经干/祖细胞输送至中枢神经系统的方法，用于实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠模型。该技术为神经炎症疾病的再生医学研究提供了一种微创、安全且有效的细胞治疗方案。

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作者感谢 Jayden Smith 对手稿的批判性审阅和校对。本工作获得了美国国家多发性硬化症协会（NMSS，部分资助项目编号 RG-4001-A1）、意大利多发性硬化症协会（AISM，资助项目编号 2010/R/31）、意大利卫生部（GR08-7）、Wings for Life、拉古萨农业人民银行（BAPR）、欧洲研究理事会（ERC）在 ERC-2010-StG 资助协议编号&#160;260511-SEM_SEM 下的支持，以及欧洲共同体（EC）第七框架计划（FP7/2007-2013）在资助协议编号 n° 280772-iONE 下的支持。

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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

基于体细胞干细胞的疗法正成为治疗多发性硬化症（MS）等慢性炎症性中枢神经系统疾病最有前景的策略之一11。尽管维持其治疗效果的机制仍需进一步阐明，但神经前体细胞（NPC）移植在多种神经退行性疾病实验模型中已展现出显著作用，这引发了一种颇具争议的观点：干细胞疗法可能很快将应用于人体研究。然而，在设想这些创新疗法的潜在临床应用之前，我们必须面对一些关键问题并解答若干尚未明确的疑问，例如确定最适合移植的干细胞来源（自体移植 vs 异体移植，多能性 vs 多潜能性）以及最佳给药途径。
神经退行性疾病的病理生理学各不相同，有些疾病具有空间局限性（例如 脊髓损伤、脑卒中），而另一些则表现为时空上的播散（例如 多发性硬化症）。因此，对局灶性病变而言，局部注射（干细胞）可能是一种合适的治疗方法；但对于存在多灶性脑损伤的弥漫性病变，这种方法可能效果不足，甚至完全不可行，这构成了需要克服的额外挑战。
大量一致的证据表明，静脉输注可能是一种有效且侵入性较低的...

来自体内研究的强有力证据表明，在中枢神经系统疾病动物模型中移植体神经干细胞/前体细胞（NPCs）具有显著的治疗效果1-8。然而，在将这些实验结果转化为临床应用之前，必须仔细考虑与干细胞向宿主体内递送相关的若干问题。对于多灶性、慢性的炎症性脑病的（非造血性）修复性干细胞治疗而言，一个尤为重大的挑战是确定NPC注射的最佳途径。要确定干细胞递送的最佳方案，必须充分理解目标疾病的病理生理学特征（局灶性或弥散性；原发性炎症性或原发性变性），并对递送技术的可行性及相关风险进行审慎分析。
尽管局灶性（例如 进入神经系统实质）干细胞移植是治疗以局部损伤为特征的中枢神经系统（CNS）疾病（例如 帕金森病和亨廷顿病、脑与脊髓创伤性损伤以及脑卒中）的一种合理策略，但在多发性硬化症（MS）等疾病中，由于中枢神经系统损伤具有多灶性、慢性且空间上广泛播散的特点，并随时间逐渐累积，这种相同的方法可能在实际操作中并不可行。在此类情况下，将细胞移植靶向各个病灶还受到移植的神经前体细胞（NPCs）在中枢神经系统实质内长距离迁移能力有限的限制，因此迫切需要探索其他更合适的、侵入性更小的NPC移植途径以实现对中枢神经系统的有效靶向治疗。
NPCs靶向颅内肿瘤的观察结果展现出巨大前景例如. 胶质瘤）在小鼠体内经血管外周注射后可在中枢神经系统外形成肿瘤9。继这一开创性研究之后 体内 干细胞病理趋向性的证据10，已有大量数据表明，在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的实验动物模型中，系统性移植神经前体细胞（NPCs）在治疗炎症性中枢神经系统损伤方面的可行性和治疗效果 通过 静脉内（i.v.) 或脑室内（脑室内（i.c.v）NPC 注射1,2,5,6,8.我们首次证实，这一过程依赖于移植的神经前体细胞（NPCs）靶向并进入炎症中枢神经系统的能力，以及随后在特定微环境中启动多种细胞间通讯程序的能力。 体内11为了特异性靶向中枢神经系统，将神经前体细胞直接递送至脑脊液（CSF）循环中 脑室内 注射，或进入血液 通过 i.v. 注射后，一旦进入血液或脑脊液（CSF），移植的神经前体细胞（NPCs）会主动与血脑屏障（BBB）或血脑脊液屏障（BCSFB）相互作用，并迁移至中枢神经系统实质。NPC移植物与BBB（或BCSFB）之间的这种相互作用由NPC表面特定的一组细胞黏附分子（CAMs）所调控，并通过活化的内皮/室管膜细胞高表达CAM的相应配体而得以促进。12-14这些细胞黏附分子（CAM）的例子包括透明质酸受体CD44，以及细胞间黏附分子（ICAM）-1配体极迟抗原（VLA）-4。5,15,16 （在白细胞中负责与活化的室管膜细胞和内皮细胞相互作用），以及较低水平的淋巴细胞功能相关抗原（LFA）-1和P-选择素糖蛋白配体（PSGL）-1。NPCs还表达多种趋化因子受体，包括CCR1、CCR2、CCR5、CXCR3和CXCR4（但不表达CCR3和CCR7），这些受体在功能上均具有活性，两者 体外 和 体内5,16因此，全身注射的神经前体细胞利用这些黏附分子以及G蛋白偶联受体（GPCRs），在炎症性中枢神经系统部位富集。相反，全身注射的神经前体细胞在健康小鼠中不会进入中枢神经系统 通过 血管或脑脊液通路2因此，中枢神经系统炎症，或由全身注射细胞因子或脂多糖（LPS）引起的内皮/室管膜细胞活化作为化学诱导性脑炎模型，对于全身注射的神经前体细胞在脑和脊髓中的聚集是必要的。2因此，通过全身性NPC疗法成功靶向中枢神经系统，依赖于识别疾病特异性的“机会窗口”（WoO），即在该窗口期内，脑和脊髓的微环境有利于NPC的聚集及其跨内皮迁移。此类条件通常出现在急性与亚急性炎症的背景下。17进入中枢神经系统后，移植的未分化NPC已被证明可改善患有EAE的小鼠以及较大非人灵长类动物的临床病理特征。这种改善被描述为仅依赖于极少的细胞替代2 以及在中枢神经系统血管周围显著分泌具有免疫调节和神经保护作用的旁分泌因子2,5,6,18 对比 非中枢神经系统炎症区域19,20 (例如 淋巴结）以响应浸润性免疫细胞引发的炎症细胞信号5.
本文描述了将体性神经前体细胞（NPCs）系统性注射到慢性实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠模型中的关键方法学要点。更具体而言，我们定义了已建立的实验方案，包括：（i）从小鼠成年C57BL/6品系的侧脑室下区（SVZ）分离、扩增并制备用于移植的体性NPCs；（ii）在这些小鼠中诱导慢性EAE；以及（iii）对EAE小鼠进行具有治疗效果的系统性（i.v. 或 i.c.v）NPC移植。

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;细胞培养&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>EBSS</td><td>Sigma</td><td>E2888</td><td></td></tr><tr><td>L-半胱氨酸</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C7352</td><td></td></tr><tr><td>木瓜蛋白酶</td><td>Worthington</td><td>30H11965</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Fisher Scientific</td><td>D/0700/50</td><td></td></tr><tr><td>小鼠 NeuroCult 基础培养基</td><td>Stem Cell Technologies</td><td>05700</td><td></td></tr><tr><td>NeuroCult 增殖添加剂</td><td>Stem Cell Technologies</td><td>05701</td><td></td></tr><tr><td>肝素</td><td>Sigma</td><td>H3393</td><td></td></tr><tr><td>碱性成纤维细胞生长因子</td><td>Peprotech</td><td>100-18B-1000</td><td></td></tr><tr><td>表皮生长因子</td><td>Peprotech</td><td>AF-100-15-1000</td><td></td></tr><tr><td>青霉素/链霉素（Pen/Strep）</td><td>Invitrogen</td><td>1514012</td><td></td></tr><tr><td>Matrigel（包被溶液）</td><td>BD Biosciences</td><td>354230</td><td></td></tr><tr><td>NeuroCult&amp;reg; 分化试剂盒（小鼠）</td><td>Stem Cell Technologies</td><td>05704</td><td></td></tr><tr><td>Accumax</td><td>eBioscience</td><td>00-4666-56</td><td></td></tr><tr><td>不含钙和镁的杜氏磷酸盐缓冲液（DPBS）（10倍浓缩）</td><td>PAA Laboratories</td><td>H15-011</td><td></td></tr><tr><td>Myco trace</td><td>PAA Laboratories</td><td>Q052-020</td><td></td></tr><tr><td>二甲基亚砜（DMSO）</td><td>Sigma</td><td>D2650</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;免疫荧光&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>正常山羊血清</td><td>PAA Laboratories</td><td>B11-035</td><td></td></tr><tr><td>聚乙二醇对-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯基醚</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T8787</td><td></td></tr><tr><td>小鼠抗 Nestin 抗体</td><td>Abcam</td><td>ab11306</td><td></td></tr><tr><td>兔抗 GFAP 抗体</td><td>DAKO</td><td>203344</td><td></td></tr><tr><td>小鼠抗组蛋白 H3（磷酸化 S10）&amp;nbsp;</td><td>Abcam</td><td>ab14955</td><td></td></tr><tr><td>兔抗 MAP-2 抗体</td><td>Abcam</td><td>ab32454</td><td></td></tr><tr><td>大鼠抗 MBP 抗体</td><td>AbD SEROTEC</td><td>MCA409S</td><td></td></tr><tr><td>抗 O4 抗体，克隆 81 | MAB345</td><td>Millipore</td><td>MAB345</td><td></td></tr><tr><td>DAPI</td><td>Invitrogen</td><td>D1306</td><td></td></tr><tr><td>封片液</td><td>DAKO</td><td>S3023</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;EAE&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>不完全弗氏佐剂</td><td>Sigma Aldrich</td><td>F5506</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;Mycobacterium tuberculosis&lt;/em&gt;</td><td>DIFCO</td><td>H37Ra</td><td></td></tr><tr><td>MOG(35&amp;ndash;55)&amp;nbsp;</td><td>Espikem</td><td></td><td></td></tr><tr><td>百日咳毒素</td><td>List Biological Laboratories</td><td>181</td><td></td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;组织处理&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>直头虹膜剪</td><td>Fine Sciences Tools</td><td>14060-09</td><td></td></tr><tr><td>钝头/弯头镊子</td><td>Fine Sciences Tools</td><td>11080-02</td><td></td></tr><tr><td>脑组织切片器</td><td>Zivic Instruments</td><td>BSMAS005-1</td><td></td></tr><tr><td>手术刀片</td><td>Swann-Morton</td><td>324</td><td></td></tr><tr><td>P200、P1000 移液器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>氯胺酮（Vetalar）</td><td>Boehringer Ingelheim</td><td>01LC0030</td><td></td></tr><tr><td>赛拉嗪（Rompun）</td><td>Bayer</td><td>32371</td><td></td></tr><tr><td>立体定位仪</td><td>KOPF</td><td>Model 900</td><td></td></tr><tr><td>Hamilton 注射器</td><td>Hamilton</td><td>7762-04</td><td></td></tr><tr><td>多聚甲醛（PFA）</td><td>Sigma</td><td>158127</td><td></td></tr><tr><td>VECTASTAIN Elite ABC 试剂盒</td><td>Vector Laboratories</td><td>PK-6100</td><td></td></tr></tbody></table>

慢性eae小鼠模型中神经干细胞/祖细胞的全身注射

Systemic Injection of Neural Stem/Progenitor Cells in Mice with Chronic EAE

神经干细胞/前体细胞（NPCs）是用于移植治疗策略的一种前景广阔的干细胞来源，旨在实现再生神经学中的脑修复或功能重建。这一方向源于大量实验证据，表明在多种神经系统疾病的临床前模型中，通过局部或系统性移植NPCs可实现脑组织的修复。
这些实验数据表明，细胞递送途径是脑部疾病修复性干细胞治疗面临的主要障碍之一，亟需进行评估。对于表现为孤立且可触及的脑部病灶的疾病，如脊髓损伤和帕金森病，脑实质内干细胞移植是一种合理的策略。然而，这一原则在具有多灶性、炎性以及在时间和空间上广泛播散特征的疾病中应用效果较差，包括多发性硬化症（MS）。因此，通过系统性递送神经前体细胞（NPC）靶向脑组织，已成为一种微创且具有治疗效力的方法，可用于将细胞递送至患有实验性慢性中枢神经系统（CNS）炎症损伤的啮齿类动物和非人灵长类动物的脑和脊髓中。
这种替代性的细胞递送方法依赖于NPC的趋向性，特别是其固有的能力：（i）感知微环境 通过 功能性细胞黏附分子以及炎症性细胞因子和趋化因子受体；(ii) 在静脉内注射后穿过渗漏的解剖屏障i.v）或脑室内（脑室内) 注射；(iii) 在脑和脊髓炎性损伤的多个血管周围部位积聚；以及i.v.对不同的宿主靶细胞产生显著的组织营养和免疫调节作用 体内.
本文介绍了我们在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠模型中建立的同基因型神经前体细胞（NPCs）经静脉（i.v.）和颅内脑室（i.c.v..）递送方法，该模型用于模拟慢性中枢神经系统炎症性脱髓鞘。我们预期，系统性干细胞递送将成为再生神经病学中靶向炎症脑组织的一种有效技术。

NPC的衍生与鉴定 
SVZ 解剖取材于 6 至 8 周龄 C57Bl/6 小鼠，每组使用 5–7 只小鼠，通过机械法和酶解法进行组织解离图1A）。在CGM中培养数天后，开始形成游离的神经球（图1A 和 1B）。原代球体每4-5天收集一次，并进行机械传代。传代时测定活细胞与死细胞数量，绘制累积细胞数以生成生长曲线（图1C）。这可以反映其增殖速率，从而为评估神经前体细胞（NPC）制备物的整体稳定性提供一个间接参数。当以神经球形式增殖时，NPCs 表达有丝分裂活性标志物（磷酸化组蛋白 H3，PHH3； 5 μg/ml以及未分化的神经细胞（例如 Nestin) (图 2A）. 经移植后在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）中具有治疗效力的未分化神经前体细胞（NPCs）必须表达包括CD44在内的细胞表面黏附分子5 μg/ml），VLA-4 的 α4 亚基（10 μg/ml) (图 2F）。在适当的分化条件下培养时，NP...

神经干细胞/祖细胞（NPCs）的移植在神经再生医学领域具有广阔前景。系统性递送NPCs已成为一种高效、低侵入性的治疗方案，可将干细胞成功输送至患有实验性慢性中枢神经系统炎症损伤的啮齿类动物和非人灵长类动物的脑和脊髓中。

慢性EAE小鼠模型中神经干细胞/祖细胞的全身注射

神经干细胞/前体细胞（NPCs）是一种极具前景的干细胞来源，可用于旨在通过再生医学实现脑修复或功能重建的移植治疗策略。

本方案的总体目标是通过静脉注射，将神经干细胞前体细胞递送至患有实验性自身免疫性脑脊髓炎的小鼠中枢神经系统，该疾病模型可模拟多发性硬化症。首先从成年小鼠脑部的脑室下区分离获得神经干细胞前体细胞（NPCs）；第二步是利用病毒载体技术对NPCs进行遗传标记，以实现体内细胞的识别与追踪。随后将增殖的神经球解离为单细胞悬液，重悬至所需密度，并在EAE小鼠疾病高峰期经尾静脉注射。最终通过尸检器官和组织病理学检查及免疫组织化学分析，鉴定并表征注射的干细胞的存活分布与整合情况。该技术的主要优势在于，提供了一种微创、安全且有效的方法，用于将干细胞和前体细胞移植到炎症性神经系统中。该方法有助于回答三个关键问题，这些问题涉及在神经系统炎症性疾病模型中系统注射干细胞的安全性和有效性。该方法的可视化演示尤其对年轻科研人员具有重要意义，有助于理解从脑干细胞分离到为多发性硬化小鼠模型进行系统注射准备等关键实验步骤。第一步是准备好解剖所需的所有溶液，并采用正确的无菌操作技术。将新鲜分离的大脑置于脑切片矩阵上。使用两把剃须刀片进行冠状面切取，第一刀位于大脑前极后方 2 毫米处，避开视束，第二刀位于前一刀后方 3 毫米处。将脑片置于洁净的培养皿中，并在解剖显微镜下操作，以分离室管膜下区组织。将组织剪碎后，加入30毫升预先配制并过滤的消化液中。轻轻振荡，孵育30分钟，每15分钟摇动一次。离心后，弃去上清液，将沉淀物重悬于200微升完全培养基中。使用移液器加入培养基或CGM。先用P1000移液器，再用P200移液器吹打。待形成单细胞悬液后，用CGM定容至5 mL，并转移至新的培养瓶中。将细胞放入培养箱中，孵育5至7天以形成神经球。待神经球形成后，收集悬浮液至15毫升离心管中并离心。弃去上清液，将细胞沉淀重悬于200微升CGM培养基中。通过P200移液器吸头将神经球机械吹打100至150次以进行解离。用CGM将悬液补至1毫升。随后，准确稀释该悬液。将适当体积的细胞悬液与活体染料混合，填充血细胞计数板以确定细胞数量。将细胞重悬于正确浓度的溶液中，并转移至新的培养瓶。每四到五天重复这些步骤，以帮助在体内识别移植的细胞。转导72小时后，用编码报告基因的病毒载体对NPC进行转导。可通过免疫荧光或流式细胞术检测荧光报告基因的表达。当条件成熟时，通过离心收集表达GFP的神经球，并移除上清液。接下来，加入 200 µL 细胞聚集体解离液，孵育 10 分钟。收集细胞并轻轻重悬，以获得单细胞悬液，注意避免产生气泡。计数并稀释细胞后，将细胞悬液置于冰上保存，直至准备使用。待神经球准备好后，取出此前已制备好的、用作中枢神经系统疾病模型的小鼠。损伤处理应在疾病表型最显著时进行。首先将小鼠放入保温箱中约10分钟，以使尾静脉扩张。准备就绪后，将一只小鼠从保温箱转移至小鼠固定器中。关闭固定器以限制其活动，并暴露尾部。使用适当的局

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Research

科研

JoVE Journal

Immunology and Infection

免疫学与感染

神经干/祖细胞在小鼠EAE的慢性全身性注射

某些小鼠品系能够抵抗以髓鞘碱性蛋白诱导的实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）。本文介绍了一种简单的免疫接种方案，可逆转这些小鼠品系的无反应状态，并在多种典型的EAE抗性小鼠品系中诱导出麻痹性疾病。...

通过过继转移与抗原攻击克服实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）抵抗性小鼠品系的无应答状态

本视频演示了通过注射髓鞘来源的多肽并联合佐剂以激活自身反应性T细胞来诱导实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的方法。这些T细胞会迁移至脑部。同时给予百日咳毒素以增加血脑屏障的通透性，使这些T细胞及其他免疫细胞得以进入脑组织。这些免疫细胞引发脱髓鞘，导致神经传导受损，从而诱发EAE。...

小鼠模型中实验性自身免疫性脑脊髓炎的诱导

在本视频中，采用实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）建立小鼠多发性硬化模型。将含有神经元肽和佐剂的乳剂注射至小鼠体内，引发免疫反应，激活自身反应性T细胞。随后注射百日咳毒素（PTX）以增加血脑屏障通透性，使自身反应性T细胞得以浸润脑组织。此类浸润启动信号级联反应，最终导致髓鞘损伤，模拟多发性硬化症的脱髓鞘病变状态。...

我们介绍了一种在成年小鼠暴露的脊髓上植入并维持玻璃窗的方法，用于研究实验性自身免疫性脑脊髓炎。这些玻璃窗可长期提供对脊髓的光学通路，从而在活体动物中利用双光子显微镜在亚细胞水平上监测细胞动态。...

在实验性自身免疫性脑脊髓炎成年小鼠中植入玻璃脊髓窗

实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）是多发性硬化症的一种成熟动物模型。通过用髓鞘寡突胶质细胞糖蛋白肽35-55（MOG35-55）免疫C57BL/6小鼠，可诱导中枢神经系统中自身反应性免疫细胞引发的上行性弛缓性瘫痪。本文将讨论疾病诱导与监测的相关方案。...

髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG35-55）诱导的C57BL/6小鼠实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）

本文描述了实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型的诱导与评分方法，以及在疾病不同阶段，通过流式细胞术和定量PCR分别检测淋巴结、脾脏、血液和脊髓中免疫细胞分布和mRNA细胞因子水平的评估方法。...

小鼠实验性自身免疫性脑脊髓炎的诱导及疾病依赖性免疫细胞在不同组织中分布的评估

本方案描述了如何确定实验性自身免疫性脑脊髓炎的药物治疗是通过抑制免疫细胞浸润而产生中枢神经系统保护作用，还是在免疫细胞浸润攻击过程中具有神经保护作用。...

确定药理学干预在自身免疫性脱髓鞘中对免疫系统抑制与中枢神经系统保护的作用

小鼠多发性硬化EAE模型中视神经炎和脑部炎症的生物发光与近红外成像

本文介绍了在体内实验性自身免疫性脑脊髓炎过程中研究神经血管单元功能障碍的实验方案。我们重点阐述了如何测定血脑屏障通透性以及与白细胞穿越胶质界膜相关的明胶酶活性。...

在体内可视化实验性自身免疫性脑脊髓炎期间神经血管单元内皮和胶质屏障的损伤

迄今为止，尚无能够从同一只小鼠中同时分离出所有主要中枢神经系统常驻细胞类型的实验方案。本方案适用于正常小鼠及实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠，可用于研究神经炎症期间复杂的细胞网络，同时减少所需实验小鼠的数量。...

从成年自身免疫性脑脊髓炎小鼠中同时分离主要的中枢神经系统常驻细胞类型

实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）是多发性硬化症的动物模型。本文介绍了一种对EAE小鼠脊髓中的炎症、脱髓鞘和轴突损伤进行评分的方法。此外，还提供了一种定量检测小鼠血清中可溶性神经丝轻链水平的方法，有助于在活体小鼠中评估轴突损伤。...

评估实验性自身免疫性脑脊髓炎中的中枢神经系统炎症、脱髓鞘及轴突损伤

了解通过尾静脉注射将神经干/祖细胞输送至中枢神经系统的方法，用于实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠模型。该技术为神经炎症疾病的再生医学研究提供了一种微创、安全且有效的细胞治疗方案。

慢性EAE小鼠模型中神经干细胞/祖细胞的全身注射

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