Recentelijk is er aanzienlijke belangstelling geweest voor de rollen van microglia en beenmerg (BM)-afgeleide cellen (BMDC's) in het centrale zenuwstelsel (CZS), zowel tijdens ziekte als bij normaal verouderen. Microglia, de residente immuuncellen van het CZS, zijn nu bekend om zich in het CZS te ontwikkelen na de binnenkomst van primitieve myeloide voorlopercellen tijdens de embryogenese1. Microglia behouden aspecten van hun myelomonocytaire lijn tot ver in het volwassen leven. Hoewel bewijs suggereert dat de bijdrage van BMDC's aan de microgliale pool minimaal is bij gezonde volwassen dieren1, blijft de rol die BMDC's spelen in de progressie van verschillende neurodegeneratieve ziekten onduidelijk. Deze onzekerheid wordt nog verergerd door het feit dat het moeilijk is om BMDC's die zich ophopen in het CZS te onderscheiden van endogene residente microglia, aangezien er geen universeel aanvaarde discriminerende immunohistochemische marker is geïdentificeerd. Om BMDC's in vivo te monitoren, schuiven we een BM-transplantatie (BMT) protocol aan waarbij endogene BM-cellen van een ontvangende muis worden vervangen door die van een donormuis die ubiquitair groen fluorescent eiwit (GFP) tot expressie brengt onder controle van de β-actine promotor. Dit protocol maakt de bepaling van zowel de lokalisatie als de morfologie van GFP+ BMDC's in de ontvangende muis mogelijk met behulp van immunohistologie, en vergemakkelijkt verdere karakterisering van deze cellen met behulp van fluorescentie-geactiveerde celsortering (FACS) gevolgd door daaropvolgende biochemische assays.
Voor een succesvolle BMT moeten de BM-cellen van de ontvangende muis worden afgenomen (termijn myeloablatie) om nicheruimte in het ontvangende BM te genereren om donorcel aanplanting mogelijk te maken. Vaak wordt myeloablatie bereikt met behulp van totale lichaams gammabestraling die dubbele strengbreuken in DNA veroorzaakt die leidt tot celdood, met name bij actief delende cellen zoals hematopoëtische voorlopercellen2,3. De bestralingsprotocollen worden uitgevoerd om voldoende BM-celdood te induceren, zodat de dierlijke letaliteit optreedt als het ontvangende dier geen adequate donorcel aanplanting uit BMT bereikt (de zogenaamde ‘dodelijke bestraling’). Echter, bestraling vereist een gespecialiseerde faciliteit en apparatuur, samen met veterinaire en dierhouderijbronnen die niet beschikbaar zijn voor onderzoekers bij alle instellingen. Bovendien kan myeloablatieve bestraling potentieel dodelijke schade aan andere weefsels veroorzaken, en vanwege immunosuppressie zijn bestraalde dieren vatbaarder voor secundaire infecties3. Als zodanig zijn gereduceerde intensiteit conditionering (zogenaamde ‘RIC’ protocollen) regimens ontwikkeld die bedoeld zijn om potentieel toxische bijwerkingen van het conditioneringsprotocol bij patiënten te minimaliseren, met name voor gebruik bij risicopopulaties zoals kinderen en ouderen4.
Sommige RIC-protocollen zijn afhankelijk van chemotherapeutica zoals busulfan om het BM-compartiment te conditioneren. Busulfan is een bifunctioneel DNA-alkylerend middel dat klinisch vaak wordt gebruikt als alternatief voor bestraling5,6. Opmerkelijk is dat busulfan veilig kan worden toegediend aan muizen door intraperitoneale (IP) injectie en geen gespecialiseerde faciliteiten en apparatuur vereist om muizen te bestralen. Busulfan-conditioning is uitgebreid gebruikt in ons lab7, evenals in verschillende andere recente publicaties8–11. Wanneer doses van 60-100 mg/kg worden gebruikt, kunnen hoge graden van stabiele chimerisme (>80% GFP+ cellen) worden vastgesteld in het perifere bloed en BM7. Belangrijk is dat bij deze doses myeloablatie niet compleet is en als zodanig kunnen muizen overleven zonder ondersteunende BM-cellen te ontvangen (K. Peake, J. Manning, C. Lewis, en C. Krieger, ongepubliceerde observaties). Bovendien is er bij myelosuppressieve busulfan-conditioning een snelle reconstititutie van perifere bloed myelomonocytaire cellen door donorcellen. Echter, de vervanging van perifere bloed lymfocyten door donorcellen is langzamer, wat de gebrek aan immunosuppressie aantoont die optreedt bij 60-100 mg/kg doses van busulfan vergeleken met totale lichaamsbestraling7.
We hebben succesvol busulfan-geïnduceerde chimerisme gebruikt om BMDC's te onderzoeken in wild-type muizen, evenals in muismodellen van de neurodegeneratieve stoornissen amyotrofe laterale sclerose (ALS)7 en Alzheimer-ziekte. Het is waargenomen dat onder bepaalde omstandigheden significante aantallen GFP+ BMDC's zich ophopen in het CZS7,12. Belangrijk is dat, net als myeloablatieve conditionering met bestraling, busulfan-conditioning gevolgd door BMT voldoende is om GFP+ BMDC-accumulatie binnen het CZS mogelijk te maken in zowel wild-type muizen als muizen met neurologische stoornissen7–11. Aangezien een groot obstakel bij de behandeling van neurodegeneratieve stoornissen de mogelijkheid is om therapeutische moleculen uit de circulatie in het CZS te krijgen waar ze gunstige effecten kunnen uitoefenen, roept dit de mogelijkheid op dat BMDC's kunnen worden ontworpen om therapeutische moleculen tot expressie te brengen, en vervolgens worden gebruikt als een voertuig om therapeutica af te leveren aan het CZS van busulfan-geconditioneerde ontvangers, een mechanisme dat we actief onderzoeken. Hoewel we hebben gevonden dat myeloablatieve conditionering met bestraling leidt tot een grotere accumulatie van GFP+ BMDC's in het CZS vergeleken met busulfan-conditioning7, kan bestraling aanzienlijke toxiciteit hebben bij patiënten met neurodegeneratieve stoornissen en bij muismodellen van CZS-ziekte.
Terwijl wij en vele anderen BMT-modellen hebben gebruikt om BMDC's in neurodegeneratieve stoornissen te bestuderen, is de mogelijkheid om het BM-compartiment van een ontvangende muis grotendeels te vervangen door een dui