Prawidłowe funkcjonowanie ośrodkowego układu nerwowego (OUN) wymaga wysoce regulowanego środowiska zewnątrzkomórkowego, a jego wymagania metaboliczne są ogromne w porównaniu z innymi narządami1. Ośrodkowy układ nerwowy jest również niezwykle wrażliwy na szeroką gamę substancji chemicznych, na ogół nieszkodliwych dla narządów obwodowych, ale dla niego neurotoksycznych. Aby zapewnić prawidłowe funkcjonowanie, większość układu naczyniowego OUN tworzy barierę śródbłonkową; bariera krew-mózg (BBB), która kontroluje przepływ cząsteczek i jonów, a także przechodzenie komórek odpornościowych między krwią a mózgiem, utrzymując w ten sposób prawidłową homeostazę2, ale także ograniczając przedostawanie się leków terapeutycznych, utrudniając w ten sposób leczenie zaburzeń neurologicznych3. Na poziomie komórkowym bariera krew-mózg jest utrzymywana głównie przez rozległe ścisłe połączenia między komórkami śródbłonka, spolaryzowaną ekspresję transporterów wypływu i bardzo niski wskaźnik transcytozy4. Właściwości i funkcje bariery krew-mózg są w większości indukowane przez sąsiednie komórki4. W szczególności perycyty odgrywają ważną rolę w indukowaniu i utrzymywaniu bariery krew-mózg5,6. Będąc komórkami kurczliwymi, perycyty regulują również przepływ krwi7, podobnie jak komórki mięśni gładkich otaczające duże naczynia. Wreszcie, astrocyty, główne komórki glejowe mózgu, wysyłają duże procesy zwane końcami stóp wokół większości naczyń krwionośnych mózgu8 i modulują integralność BBB i spokój immunologiczny9, transfer metabolitów do neuronów10 i indukują ścisłe sprzężenie między aktywnością neuronów a przepływem krwi11,12.
Możliwość badania molekularnych i komórkowych właściwości układu naczyniowo-mózgowego jest kluczowa dla lepszego scharakteryzowania jego wkładu w fizjologię mózgu i fizjopatologię. Aby odpowiedzieć na to pytanie, opracowano strategie izolowania układu naczyniowo-mózgowego mózgu, które pozwalają na przygotowanie nienaruszonych fragmentów naczyń mózgowych. Oczyszczanie naczyń mózgowych zostało początkowo opisane przy użyciu mózgów bydlęcych13 i zostało ulepszone i dostosowane do innych gatunków, w szczególności gryzoni14. W tym ostatnim badaniu wprowadzono stosowanie filtrów o różnej wielkości w celu rozdzielenia naczyń mózgowych na frakcje wzbogacone w naczynia o różnych średnicach. Co ciekawe, w takich preparatach komórki śródbłonka zachowywały swoje właściwościmetaboliczne15, funkcjonalnośćtransportera16 i polaryzację17. W tym miejscu szczegółowo opisujemy ten protokół i dalej wykazujemy, że izolowane naczynia zachowują większość swoich struktur in situ. Komórki śródbłonka pozostają połączone ścisłymi połączeniami i otoczone ciągłą blaszką podstawną. Perycyty i komórki mięśni gładkich pozostają przyczepione do warstwy śródbłonka, a także do okołonaczyniowych błon astrocytów. Jednak astrocyty, komórki mikrogleju, neurony i oligodendrocyty są eliminowane. Na koniec opisujemy procedurę barwienia immunologicznego na izolowanych naczyniach mózgowych.
Do tej pory większość badań molekularnych i komórkowych dotyczących układu naczyniowo-mózgowego była przeprowadzana na oczyszczonych komórkach naczyń mózgowych zdysocjowanych przez sortowanie komórek za pomocą specyficznych dla komórek szczepów myszy reporterowych lub procedur opartych na barwieniu immunologicznym18,19. Chociaż techniki te pozwalają na izolację prawie czystych populacji komórek naczyniowo-mózgowych, izolowane komórki całkowicie tracą swoją morfologię i interakcje in situ, co z kolei znacznie wpływa na ich właściwości molekularne i komórkowe. Opisany tutaj protokół, pozwalający na izolację całych fragmentów naczyń mózgowych bez potrzeby stosowania specyficznych przeciwciał lub transgenicznych barwników myszy, stanowi dobrą alternatywę, ponieważ ogólna struktura izolowanych naczyń mózgowych jest zachowana, co zmniejsza wpływ na ich właściwości molekularne. Wyizolowane naczynia mogą być następnie wykorzystane do badania aktywności genów, syntezy białek i regulacji w BBB, jak opisano niedawno20,21. Wreszcie, w porównaniu z mikrodysekcjąlaserową 22,23, obecny protokół jest niedrogi, łatwy do wykonania i szybko adaptowalny w każdym laboratorium.