RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Rikke H. Rasmussen1, Inger Jansen-Olesen1, David M. Kristensen1,2,3, Sarah L. Christensen1
1Danish Headache Center, Department of Neurology,Rigshospitalet, University of Copenhagen, 2EHESP, Irset (Institut de Recherche en Santé, Environnement et Travail),Univ Rennes, Inserm, 3Department of Biology, Section of Cell Biology and Physiology,University of Copenhagen
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
הפרוטוקול הנוכחי מתאר את מודל שחרור הפפטיד הקשור לגן ex vivo calcitonin (CGRP) ואת האסטרטגיה לכמת את ההשפעה של חומרים פרמקולוגיים על כמות CGRP המשתחררת מהמערכת הטריגמינווסקולרית במכרסמים.
פפטיד הקשור לגן קלציטונין (CGRP) התגלה לראשונה בשנות ה-80 של המאה ה-20 כגרסת שחבור מהגן קלציטונין. מאז גילויו, תפקידו בפתופיזיולוגיה של מיגרנה התבסס היטב, תחילה על ידי תכונות מרחיב כלי הדם החזקות שלו ולאחר מכן על ידי נוכחותו ותפקודו כמוליך עצבי במערכת הטריגמינווסקולרית החושית. היכולת מעוררת המיגרנה של CGRP נתנה תמיכה לתעשיית הפארמה לפתח נוגדנים חד שבטיים ואנטגוניסטים המעכבים את ההשפעה של CGRP. פרדיגמת טיפול חדשה הוכחה כיעילה בטיפול מניעתי במיגרנה. אחד הכלים השימושיים להבנה נוספת של מנגנוני מיגרנה הוא מודל ex vivo של שחרור CGRP מהמערכת הטריגמינווסקולרית. זוהי שיטה פשוטה יחסית שניתן להשתמש בה עם כלים פרמקולוגיים שונים כדי להשיג ידע כיצד להמשיך ולפתח טיפולים יעילים חדשים במיגרנה. הפרוטוקול הנוכחי מתאר מודל שחרור CGRP ואת הטכניקה לכימות ההשפעה של חומרים פרמקולוגיים על כמות CGRP המשתחררת מהמערכת הטריגמינווסקולרית במכרסמים. הליך המתאר את הגישה הניסויית מהמתת חסד למדידת רמות החלבון מסופק. הבידוד החיוני של הגנגליון הטריגמינלי והגרעין הטריגמינלי caudalis הן מעכברים והן מחולדות והכנת דורה מאטר חולדה מתוארים בפירוט. יתר על כן, מוצגות תוצאות מייצגות משני המינים (חולדות ועכברים). הטכניקה היא כלי מפתח לחקר המנגנונים המולקולריים המעורבים בפתופיזיולוגיה של מיגרנה באמצעות תרכובות פרמקולוגיות שונות ובעלי חיים מהונדסים גנטית.
מיגרנה היא הפרעה נוירולוגית, על פי ארגון הבריאות העולמי, מוערך להשפיע על יותר מ -1 מיליארד אנשים והוא אחד הגורמים המובילים של נכות ברחבי העולם1. לפיכך, למיגרנה יש השפעה משמעותית הן על המטופלים והן על החברה. למרות ההצלחה הקלינית האחרונה של תרופות נגד CGRP, חלק גדול מהחולים זקוקים לאפשרויות טיפול משופרות 2,3,4,5. נדרשת הבהרה של פתופיזיולוגיה של מיגרנה המובילה לטיפולים יעילים חדשניים. איתות בתוך המערכת הטריגמינווסקולרית המורכבת מקרום המוח, הגרעינים הטריגמינליים (TG) והגרעין הטריגמינלי caudalis (TNC) הוא מרכזי לפתופיזיולוגיה של מיגרנה 6,7.
37 חומצות האמינו נוירופפטיד קלציטונין הקשורות לגן (CGRP) התגלה לראשונה בתחילת שנות ה-80 של המאה ה-20, כאשר אמארה ועמיתיו הראו כי ניתן לעבד את תעתיק ה-RNA הראשוני של הגן קלציטונין כדי לתת קידוד mRNA ל-CGRP בנוסף לקלציטונין 8,9. המחקר שלאחר מכן הציע קשר לפתופיזיולוגיה של מיגרנה10. CGRP הוא נוירוטרנסמיטר עם תכונות מרחיבות כלי דם חזקות 11,12,13,14,15,16,1 7, והוא מופץ באופן נרחב במערכת העצבים המרכזית וההיקפית 13,14,18,19,20,21,22 . המעורבות של CGRP במיגרנה הודגשה עם גילוי רמות CGRP מוגברות במחזור הדם התוך-מוחי במהלך התקפי מיגרנהבבני אדם 23, וכי עירוי של CGRP גורם לכאב דמוי מיגרנה בחולים24. שנתיים לאחר מכן, פורסם מחקר הוכחת ההיתכנות הראשון של האפקטיביות של אנטגוניסט CGRP olcegepant בטיפול במיגרנה25.
CGRP מצוי בשפע במערכת הטריגמינווסקולרית כפי שהודגם ב-TG21,26, סיבי עצב תחושתיים המעוררים את הדורה מאטר27,28,29 ו-TNC30. במערכת הטריגמינווסקולרית, CGRP נמצא בתאי העצב הקטנים עד בינוניים של ה-TG, בסיבי C לא מיאלינים, ומתבטא בכמעט 50% מהאוכלוסייה העצבית של ה-TG. קולטן CGRP מתבטא בעיקר בתאי עצב גדולים יותר ונמצא בסיבי Aδ31,32. CGRP משתחרר מתאי עצב לאחר גירוי כימי או חשמלי33,34. מחקרים על מסלולים המובילים לשחרור CGRP ומיקום הפעלה זו חיוניים להבנת פתופיזיולוגיה של מיגרנה. במהלך 5 העשורים האחרונים, מחקרים פרה-קליניים תרמו לרכישת ידע נרחב על איתותים הקשורים למיגרנה ותרמו לפיתוח טיפולים חדשים35. שיטות רבות המתחשבות במעורבות וסקולרית ונוירוגנית שונו ויושמו בחקר המיגרנה. ניתן להזכיר מודלים in vivo ו- in vitro של תגובות עורקים לתרכובות ביולוגיות או טיפולים תרופתיים17,36,37, וגירוי עצבי חשמלי38,39. יתר על כן, נוירונים מופעלים ב- TNC יכולים להיות מזוהים על ידי ביטוי c-Fos 40,41,42 והקלטות אלקטרופיזיולוגיות באזור זה 43,44. שתי השיטות מודדות אותות נוסיצפטיביים המועברים למוח מהראש, למשל דורה מאטר. השימוש במודל פרה-קליני אחד בלבד אינו מציג את התמונה המלאה של פתופיזיולוגיה של מיגרנה. לכן, חשוב לשלב מודלים שונים המכסים היבטים רבים ככל האפשר של פתופיזיולוגיה מיגרנה. המשך הפיתוח של מודלים חדשים יכסה היבטים שונים של מנגנוני מיגרנה, ועם הזמן תיחשף תעלומת הפתופיזיולוגיה של המיגרנה.
כאן, פרוטוקול מפורט מוצג של שיטת שחרור CGRP, שבוצעה ex vivo ב TG מבודד ו TNC מעכברים לאחר גירוי כימי. שחרור CGRP ניתן לחקור גם בדורה מאטר מחולדות. לפיכך, בפרוטוקול הניסוי לחולדות, דורה מאטר מתוארת יחד עם TG ו- TNC. הבסיס לשיטת שחרור CGRP תואר לראשונה בשנת 1999, שם אברסברגר ועמיתיו ערכו מחקר חלוצי ומצאו כי CGRP שוחרר מדורא מאטר לאחר גירוי כימי וחשמלי של אפרנטים דוראליים בחולדות45. מאוחר יותר, גישה זו הורחבה לשחרור CGRP מה-TG46 וה-TNC47. לאחר מכן, השיטה שונתה כך שתחול על TG ו- TNC בעכברים. עד כה, שחרור CGRP מהדורה מאטר היה מאתגר בעכברים.
כל הליכי הטיפול והניסויים בבעלי חיים בוצעו בהתאם למדריך הקהילה האירופית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (2010/63/UE). עכברי C57BL/6JBomTac זכרים, בני 10 שבועות, ועכברי ספראג דאולי זכרים, בני 10 שבועות, שימשו להדגמת פרוטוקול זה.
1. הכנת הנוזל הבין-תאי הסינתטי
2. המתת חסד
3. דיסקציה
4. כביסה
5. בדיקות סמים
6. ניתוח ריכוזי CGRP
טכניקה זו היא כלי לחקור את המנגנונים המולקולריים הקשורים ל-CGRP המעורבים במיגרנה. יש לו את היתרון של הערכת שחרור CGRP מרמות שונות של מערכת trigeminovascular והוא יכול להיות מיושם הן על עכברים מסוג בר וטרנסגניים וחולדות בשילוב עם תרכובות פרמקולוגיות שונות. כאן מוצגים ניסויי ריכוז-תגובה וחסימה מחולדות ותוצאות תגובת ריכוז מעכברים מסוג בר ועכברים מהונדסים.
שיטת השחרור של CGRP שימשה כדי לחקור את ההשפעה של מעכב ערוץK ATP גליבנקלמיד על שחרור CGRP מ-TG ודורה מאטר אצל נקבות חולדות אלודינליות טריגמינליות ספונטניות (STA). ראשית, הריכוז האופטימלי של קפסאיצין נמצא באמצעות תכנון מחקר תגובה-ריכוז. חשיפה לקפסאיצין גרמה לשחרור CGRP משמעותי מדורא מאטר ו-TG בהשוואה לרכב (איור 5). בדורה מאטר, השחרור המרבי של CGRP נמצא ב-1 μM של קפסאיצין, וב-TG, השחרור המרבי של CGRP נמצא ב-10 μM של קפסאיצין (איור 5A-B). בהתבסס על ניסויי תגובת הריכוז, 1 μM של קפסאיצין ו-3 μM של גליבנקלמיד שימשו לניסויים חוסמים. גליבנקלמיד לא הראה השפעה על שחרור CGRP בסיסי מדורא מאטר (P = 0.441) ו- TG (P = 0.881) כאשר נותח עם ANOVA51 חד-כיווני. גליבנקלמיד הפחית באופן משמעותי את שחרור ה-CGRP המושרה על-ידי קפסאיצין בדורה מאטר ב-40% (P = 0.031) וב-TG ב-39% (P = 0.003) בהשוואה לקפסאיצין עם הרכב כאשר נותח באמצעות ANOVA חד-כיווני (איור 5C-D)51.
בעכברים, הפרוטוקול שימש לבחינת המעורבות של תעלת היונים הפוטנציאלית של הקולטן החולף אנקירין 1 (TRPA1) במודל עכבר GTN של מיגרנה, שבו רגישות יתר הנגרמת על ידי GTN הייתה תלויה לחלוטין בערוצי TRPA1. נמצא כי אגוניסט TRPA1 supercinnamaldehyde (SCA) משחרר CGRP באופן תלוי מינון מה-TG עם 1 μM, 10 μM ו-100 μM של SCA, וכתוצאה מכך 9% (P = 0.23), 51% (P = 0.011) ו-69% (P = 0.0097) הגדילו את השחרור של CGRP בהשוואה לרכב, בהתאמה כאשר נותחו עם ANOVA דו-כיווני. שחרור זה נעדר ב-TG מעכברי Trpa1 null שבהם חשיפה ל-1 μM, 10 μM ו-100 μM של SCA הביאה ל-11% (P > 0.99), -13% (P > 0.99) ו-9% (P = 0.97) אחוז שינוי בשחרור CGRP בהשוואה לרכב, בהתאמה כאשר נותח עם ANOVA דו-כיווני. הגירוי הבא עם 10 מיקרומטר של קפסאיצין (בקרה חיובית) מראה שכל דגימות הרקמה יכולות לשחרר CGRP (איור 6)50.

איור 1: כריתה שלב אחר שלב של רקמות מחולדות. הפרטים (A-T) מופיעים בסעיף הפרוטוקול (שלב 3.1). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 2: ניתוח שלב אחר שלב של רקמה מעכברים. הפרטים (A-T) מופיעים בסעיף הפרוטוקול (שלב 3.2). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 3: שטיפה ודגירה של רקמת מכרסמים. (א-ב) רקמה מבודדת טרייה במיכלי פלסטיק עם SIF. המכלים מכוסים טול כדי לאפשר החלפה קלה של SIF. (C) רקמת חולדה - שני חצאי גולגולת עם דורה מאטר המכסים את הבטנה הפנימית של הגולגולת מונחים על צלחת תרבית 6 בארות. הגרעין הטריגמינלי הימני והשמאלי caudalis במכסי צינורות מיקרוצנטריפוגה נפרדים (שורה עליונה של מכסים). שני הגרעינים הטריגמינליים במכסי צינורות מיקרוצנטריפוגה בודדים (שורה תחתונה של מכסים). (D) רקמת עכבר - הגרעין הטריגמינלי המכיל חלק מגזע המוח במכסה צינור מיקרוצנטריפוגה נפרד (למעלה). שני גרעינים טריגמינליים של עכברים נמצאים במכסה צינור מיקרוצנטריפוגה אחד (למטה). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 4: תכנוני מחקר לשחרור CGRP. שלושה פרוטוקולים שונים לביצוע ניסויי שחרור CGRP. יש לדלל את התרופות בנוזל אינטרסטיציאלי סינתטי (SIF). (A) גירוי יחיד. (B) גירוי ריכוז-תגובה. (C) עיכוב של גירוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 5: גליבנקלמיד מעכב שחרור CGRP המושרה על-ידי קפסאיצין מחולדות דורה מאטר ומגנגליון טריגמינלי. רמות CGRP מגנגליון טריגמינלי ודורה מאטר שבודדו מנקבות חולדות אלודינליות טריגמינליות ספונטניות (STA) (215-318 גרם) שמקורן במקור באוניברסיטת תומאס ג'פרסון52 נמדדו באמצעות ערכות CGRP EIA אנושיות מסחריות. (א-ב) שחרור CGRP מ-(A) דורה מאטר ו-(B) גנגליון טריגמינלי לאחר הגדלת ריכוזי קפסאיצין (10 ננומטר, 100 ננומטר, 1 מיקרומטר ו-10 מיקרומטר) (n = 4). הנתונים מוצגים כנקודות בודדות ונותחו עם ANOVA דו-כיווני. p < 0.0001 (C-D) רמות של CGRP ששוחררו מ-(C) דורה מאטר ו-(D) גנגליון טריגמינלי לאחר חשיפה של 10 דקות לרכב, 3 μM glibenclamide (glib), 1 μM קפסאיצין ו-1 μM קפסאיצין + 3 μM glib (n = 6-11). הנתונים מוצגים כנקודות בודדות וערכים ממוצעים ונותחו עם ANOVA חד כיווני. *בהשוואה לרכב. #קפסאיצין לעומת קפסאיצין + גליב. #P < 0.05, ** ו##P < 0.01, ****P < 0.0001. הניתוחים בוצעו באמצעות מבחן ההשוואה המרובה של בונפרוני. רמה משמעותית של α = 0.05 שימשה לכל הבדיקות. נתון זה שונה מכריסטנסן ואחרים. 51. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 6: חשיפה ל-SCA גורמת לשחרור CGRP תלוי TRPA1 מגנגליון טריגמינלי של עכברים. רמות CGRP ששוחררו מגנגליון טריגמינלי שבודד מ-WT ו-Trpa1 null (Trpa1tm1/Dpc)53 עכברים זכרים (8-10 שבועות) נמדדו עם ערכות CGRP EIA של חולדות לאחר חשיפה לסופר-סינמאלדהיד (SCA) ב-1 מיקרומטר, 10 מיקרומטר ו-100 מיקרומטר וקפסאיצין ב-10 מיקרומטר כבקרה חיובית (n = 6). הנתונים מכל עכבר מוצגים כנקודות נפרדות, ופסים מציינים את הערכים הממוצעים. סטטיסטיקה: ההשוואה בין SCA לרכב בכל ריכוז ובין בקרה בסיסית לחיובית בוצעה עם ANOVA דו-כיווני חוזר. רמה משמעותית של α = 0.05. *P < 0.05, **P < 0.01. נתון זה שונה מכריסטנסן ואחרים. 50. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
למחברים אין מה לחשוף.
הפרוטוקול הנוכחי מתאר את מודל שחרור הפפטיד הקשור לגן ex vivo calcitonin (CGRP) ואת האסטרטגיה לכמת את ההשפעה של חומרים פרמקולוגיים על כמות CGRP המשתחררת מהמערכת הטריגמינווסקולרית במכרסמים.
עבודה זו מומנה על ידי קרן קנדיס.
| צלחת תרבית 6 בארות | NUNC | 140675 | |
| סידן כלוריד דיהידראט | Merck | 1.02382.1000 | עבור מכסיחיץ SIF |
| למיכלי פלסטיק | ThermoFisher Scientific | 536617 | |
| קפסאיצין | Merck | M2028 | |
| ערכות CGRP | AH Diagnostics | A05482.96 | |
| CO2 | Strandmø llen | 4.6 | לגז קרבוגן של |
| גוזם עצמות עדין | SIFFine Science | Tools 16109-14 | |
| Glibenclamide | Tocris | 911 | |
| גלוקוז | Merck | G7021 | עבור מאגר SIF |
| גיליוטינה לחולדות | Scandidact | NS-802 | |
| מגנזיום סולפט heptahydrate | Merck | M5921 | עבור מאגר SIF |
| צינורות מיקרוצנריפוגה + מכסים/כובעים | VWR | 700-5239 | |
| מיני מסור BAHCO | 208 | ||
| O2 | Strandmø llen | 4.5 | לגז קרבוגן של SIF |
| Pentobarbital | Glostrup בית מרקחת | NA | Magistral נוסחה |
| מיכלי פלסטיק | ThermoFisher Scientific | 536455 | |
| פוטומטר צלחת - Infinite M200 | Tecan | NA | Infinite M200 הופסק. Infinite 200 PRO זמין בכתובת Tecan. תוכנה: SW Magellan v.6.3 |
| אשלגן כלורי | Merck | P9333 | עבור מאגר SIF |
| מספריים | מכשירי Allgaier | 307-156-170 | |
| מספריים קטנים | Allgaier מכשירים | 04-520-115 | |
| נתרן ביקרבונט | Merck | S6014 | עבור מאגר SIF |
| נתרן כלורי | Merck | S9888 | עבור מאגר SIF |
| נתרן דימימן פוספט מונוהידראט | Merck | 1.06346.1000 | עבור מאגר SIF |
| נתרן גלוקונאט | Merck | S2054 | עבור מאגר SIF |
| מרית | Bochem אספקת מעבדה | 3018 | |
| מספריים אביב | כלי מדע עדינים | 15024-10 | |
| סוכרוז | Merck | 84097 | עבור מאגר SIF |
| Supercinnamaldehyde | Merck | S3322 | |
| טול (בדים) | NA | NA | נקנה בחנות הבדים המקומית |