Het huidige protocol is opgesteld om het effect van herhaalde magnetische stimulatie op het vermogen van microglia om myelineresten te fagocytoseren te beoordelen. Hiervoor is een in vitro microglia en myeline-puin co-cultuursysteem opgezet.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Het huidige protocol is opgesteld om het effect van herhaalde magnetische stimulatie op het vermogen van microglia om myelineresten te fagocytoseren te beoordelen. Hiervoor is een in vitro microglia en myeline-puin co-cultuursysteem opgezet.
Microglia, de aanwezige fagocyten van het centrale zenuwstelsel (CZS), spelen een cruciale rol bij het handhaven van de integriteit en homeostase van het CZS door beschadigde cellen, celresten en myelineresten te verwijderen. De ophoping van myelineresten is betrokken bij een reeks CZS-aandoeningen, waaronder multiple sclerose, de ziekte van Alzheimer, traumatisch hersenletsel en ruggenmergletsel. De aanwezigheid van myelineresten verergert niet alleen neuro-inflammatie, maar belemmert ook het regeneratieve potentieel van myeline. Daarom is het verbeteren van het vermogen van microglia om myelineresten op te ruimen door middel van fagocytose een veelbelovende therapeutische strategie. Magnetische stimulatie is naar voren gekomen als een innovatieve behandelingsmodaliteit voor aandoeningen van het CZS, met groeiend bewijs dat suggereert dat het potentieel heeft om microgliale fagocytose te bevorderen en het herstel van het CZS te ondersteunen. Om de effecten van magnetische stimulatie op de microgliale klaring van myelineresten verder op te helderen, hebben we een in vitro experiment ontworpen met de co-cultuur van microglia- en myelineresten. De co-cultuur werd onderworpen aan repetitieve magnetische stimulatie om de impact ervan op de microgliale fagocytaire activiteit in de context van CZS-pathologie te beoordelen.
Myeline is een stabiele, buisvormige membraanstructuur rond axonen die wordt geproduceerd door oligodendrocyten in het centrale zenuwstelsel (CZS). Deze myelineschede speelt een cruciale rol bij het vergemakkelijken van de snelle en efficiënte voortplanting van actiepotentialen1. Verschillende neurologische aandoeningen, zoals multiple sclerose (MS), beroerte en traumatisch letsel, waaronder ruggenmergletsel (SCI) en traumatisch hersenletsel (TBI), kunnen echter leiden tot het verlies van de integriteit van myeline. Dit resulteert in het ontstaan van myelineresten als gevolg van de verstoring van de myelineschede en directe schade aan myelinestructuren 2,3,4. De ophoping van myelineresten belemmert niet alleen remyelinisatie en functioneel herstel, maar verergert ook neuro-inflammatie 5,6. Daarom is een effectieve opruiming van myelineresten essentieel voor het oplossen van neuro-inflammatie, het bevorderen van axonale regeneratie en het herstellen van de homeostase in het zenuwstelsel na neurologische aandoeningen.
Myeline-resten worden voornamelijk opgeruimd door fagocyten, zoals macrofagen en microglia in het centrale zenuwstelsel (CZS). Microglia, de residente immuuncellen van het CZS, onderzoeken voortdurend hun omgeving op mogelijke bedreigingen en beschermen het CZS door beschadigde myeline en myelineresten te verwijderen. Bovendien speelt microgliale fagocytose een cruciale rol bij het bevorderen van neurogenese door het opruimen van puin 7,8. Toenemend bewijs suggereert dat het versterken van microgliale fagocytose van myelineresten de schadelijke effecten van ontsteking kan verminderen, CZS-schade kan verminderen en axonale regeneratie na zenuwbeschadiging kan bevorderen. 4,9,10.
Magnetische stimulatietherapie, een niet-invasieve neuromodulatietechniek, wordt op grote schaal gebruikt bij de behandeling van verschillende neurologische aandoeningen11. Met name herhaalde transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) is veelbelovend gebleken als een therapeutische benadering voor de ziekte van Alzheimer (AD), hersenletsel en beroerte 12,13,14. Een recente studie heeft aangetoond dat rTMS de microgliale fagocytose van amyloïde-bèta (Aβ) en apolipoproteïne E (ApoE) kan versterken, waardoor de pathologische progressie van AD in diermodellen wordt geremd15. Evenzo bleek uit ons recente werk dat herhaalde transspinale magnetische stimulatie (rTSMS) microgliale fagocytose van myelinepuin bevordert na ruggenmergletsel bij ratten16.
Desalniettemin is de impact van herhaalde magnetische stimulatie op microglia voornamelijk onderbouwd door middel van experimentele modellen bij dieren 17,18,19. Het is inderdaad aangetoond dat magnetische stimulatie de neuronale prikkelbaarheid moduleert door de inductie van stromen20. Bijgevolg kan niet worden voorbijgegaan aan het feit dat de interactie tussen neuronen en microglia de werking van microglia kan beïnvloeden. Bijgevolg zijn in vitro experimenten nodig om vast te stellen of de impact van magnetische stimulatie op microglia onafhankelijk is van de verandering in neuronale prikkelbaarheid. Recente studies hebben in experimentele modellen een modulerend effect van herhaalde magnetische stimulatie op microglia vastgesteld. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat herhaalde magnetische stimulatie de polarisatie van microglia's naar M219,21 kan bevorderen. Verder onderzoek naar de microglia-functie moet echter nog worden opgehelderd. Met name Amelie Eichler et al. intervenieerden in vitro in plakjes hersenweefsel met behulp van magnetische stimulatie van 10 Hz en ontdekten dat magnetische stimulatie van 10 Hz in staat was om de afgifte van cytokinen uit microglia te bevorderen om neurale prikkelbaarheid en plasticiteit te beïnvloeden22. Hoewel deze studie het begrip van de effecten van magnetische stimulatie op microglia heeft uitgebreid, is verder onderzoek op cellulair niveau nodig om de mechanismen ervan volledig op te helderen.
Daarom hebben we een protocol opgesteld om na te gaan of magnetische stimulatie de fagocytose van myelinepuin in vitro kan bevorderen. In tegenstelling tot myelineresten na ziekte of weefselbeschadiging, wat een product is van verwonding, is het myelinepuin dat in dit experiment wordt gebruikt de vorm van de myelineschede nadat deze is afgebroken. Bovendien is het concept van myeline-puin een product van myeline-desintegratie. Als de primaire fagocytische cellen van de hersenen spelen microglia een cruciale rol bij het opruimen van beschadigde cellen en myelineresten23, die in verband worden gebracht met ziekten zoals multiple sclerose en de ziekte van Alzheimer24,25. Het is aangetoond dat de ophoping van myelineresten neuro-inflammatie verergert en de regeneratie belemmert26. Het doel van de studie is het onderzoeken van het potentieel van magnetische stimulatie om de microgliale fagocytose van myelineresten te verbeteren, waardoor neuro-inflammatie wordt verminderd en het herstel van het CZS bij neurodegeneratieve en traumatische aandoeningen wordt ondersteund. Samenvattend maakt de studie gebruik van een co-cultuurbenadering, waarbij microglia worden gekweekt met myelinepuin en herhaalde magnetische stimulatie wordt uitgevoerd om het effect van herhaalde magnetische stimulatie op de fagocytische capaciteit van microglia te verifiëren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Hier werden drie SD-vrouwelijke ratten (2-3 weken oud) gebruikt om myelineresten te extraheren door middel van centrifugatie met sucrosegradiënt. Alle ratten zijn gekocht bij de Animal Core Facility van de Nanjing Medical University, Nanjing, China (Dierlicentie: SYXK (Su) 2021-0023). Alle ratten werden grootgebracht onder controleomstandigheden (temperatuur 22 ± 2 °C, een licht/donker-periode van 12 uur/12 uur, 55% ± 5% relatieve vochtigheid). Alle dierproeven werden goedgekeurd door het Nanjing Medical University Animal Care and Use Committee (nr. IACUC-1903031 en nr. IACUC-2005001) en waren gericht op het minimaliseren van lijden en het aantal gebruikte dieren.
1. Myeline-isolatie
OPMERKING: Myeline-resten werden geëxtraheerd zoals eerder beschreven en er werden enkele wijzigingen aangebracht27. Zorg ervoor dat alle stappen zijn uitgevoerd bij 4 °C en onder steriele omstandigheden.
2. Fluorescerende etikettering van myelineresten
3. Microglia-cultuur
4. In vitro herhaalde magnetische stimulatie
5. Testen van microgliale fagocytose van myelineresten
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In deze studie hebben we BV-2 microgliacellen in eerste instantie in vitro gevoed door van de hersenen afgeleid myelinepuin te extraheren en herhaalde magnetische stimulatie te gebruiken om hun fagocytische capaciteit te vergroten. Vervolgens werden BV-2 microgliacellen gekweekt en onderworpen aan LPS-interventie voorafgaand aan magnetische stimulatie, waardoor de in vivo toestand van microglia werd nagebootst onder rigoureuze neurologische validatie. Vervolgens werd rM...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Repetitieve magnetische stimulatie (rMS) is een niet-invasieve neurostimulatietechniek die op grote schaal wordt toegepast bij de behandeling van verschillende neurologische en psychiatrische stoornissen, waaronder cognitieve stoornissen, de ziekte van Alzheimer (AD), beroerte, hersenletsel en ruggenmergletsel (SCI). rMS maakt gebruik van een gepulseerd magnetisch veld om het membraanpotentiaal van neuronen te moduleren, waardoor de neurale prikkelbaarheid in het zenuwstelsel selectief w...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door subsidies van de National Natural Science Foundation of China (82302877, 82172541), de Natural Science Foundation of Hunan Province (2023JJ30549).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Antifade Mounting Medium with DAPI | Beyotime, China | P0131 | |
| BCA Kit | ThermoFisher Scientific, America | 23227 | |
| Bv-2 cell | ATCC | CBP60922 | |
| Cell culture 12-well plates | Biofil, China | ||
| Cell culture 24-well plates | Biofil, China | ||
| Confocal Laser Scanning Microscope | Zeiss, Germany | 800 | |
| Constant temperature incubator | ThermoFisher Scientific, America | ||
| CFSE | MedChemExpress, America | HY-158820 | |
| DMEM-Culture medium | KeyGen, China | KGL1202-500 | |
| FBS | Gibco, America | 16250078 | |
| Iba1 | Abcam, America | ab48004 | |
| Magnetic stimulation apparatus | Yiruide, China | CCY-IA | |
| Magnetic stimulation coil | Yiruide, China | ||
| Paraformaldehyde | BioSharp, China | ||
| PBS | KeyGen, China | KGL2210-500 | |
| Penicillin-Streptomycin | Gibco, America | 15140-122 | |
| Sucrose | MedChemExpress, America | HY-B1779 | |
| Trypsin | KeyGen, China | KGL2107-100 | |
| Ultracentrifuge | Beckman, America | L-100XP |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.