W tym manuskrypcie opisujemy metodę uzyskania organotypowego modelu ex vivo mysiego systemu modelowego DRG jako zachowanego mikrośrodowiska podobnego do tkanki, aby zbadać szeroki zakres reakcji biologicznych na uszkodzenia PNS, począwszy od interakcji neuron-glej, neuroplastyczności, markerów stanu zapalnego, aż po infekcję wirusową. Ponadto opracowaliśmy protokół tworzenia pierwotnej kokultury pojedynczych neuronów czuciowych i komórek satelitarnych pochodzących z DRG.
DRG to satelitarne jednostki istoty szarej zlokalizowane poza ośrodkowym układem nerwowym (OUN) wzdłuż grzbietowych korzeni rdzeniowych nerwów rdzeniowych. DRG, zlokalizowany w pobliżu otworów międzykręgowych, mieści pseudojednobiegunowe neurony czuciowe i satelitarne komórki glejowe. Neurony pseudojednobiegunowe zawierają pojedynczy neuryt, który dzieli się na proces obwodowy przenoszący somatyczne i trzewne dane wejściowe z celów obwodowych do ciała komórki oraz proces centralny, który przesyła informacje sensoryczne z ciała komórki do OUN. Torebka łączna definiuje i izoluje to obwodowe skupisko neuronów i komórek glejowych od OUN. Nigdy nie opisano migracji komórek pourodzeniowych do lub z DRG, a lokalna nisza komórek macierzystych jest odpowiedzialna za zdarzenia neurogenne występujące przez całe życie1. Dlatego model ten jest szczególnie odpowiedni do badania neurogenezy dorosłych, aksonogenezy, odpowiedzi na zmiany pourazowe i śmierci komórki2,3,4,5,6,7,8,9 .
W dziedzinie neuroregeneracji, DRG zebrany in vivo i eksplantowany in vitro odtwarza aksonomezę, stan urazu, w którym aksony są całkowicie odcięte, a ciało komórki neuronalnej jest odłączone od unerwionego celu10,11. Powszechnie wiadomo, że uszkodzenie nerwów obwodowych może powodować zmniejszoną i zwiększoną ekspresję genów w DRG, a wiele z tych zmian jest wynikiem procesów regeneracyjnych, ale wiele z nich może być również wynikiem odpowiedzi immunologicznej lub innej odpowiedzi komórek nieneuronalnych. Dzięki zastosowaniu systemu ex vivo izolowanego DRG, część tej złożoności została usunięta, a szlaki mechanistyczne mogą być łatwiej badane.
Oprócz jego centralnej roli w przekazywaniu bodźców sensorycznych do OUN, obfitość receptorów dla wielu neuroprzekaźników, w tym GABA12,13,14,15 na poziomie somy neuronalnej, jak również dowody na międzyneuronalne pobudzenie krzyżowe mogą sugerować, że DRG są wyrafinowanymi wstępnymi integratorami wejść sensorycznych16,17. Te nowe odkrycia nadają DRG cechy mini-systemu sieci neuronalnej podobnego do innych modeli "mini-mózgu", które są organoidami specyficznymi dla tkanki nerwowej, używanymi w szerszych eksperymentalnych obszarach badań i terapeutycznym podejściu do chorób neurologicznych18,19. Dowody te, w połączeniu z faktem, że DRG jest dyskretnym i dobrze zdefiniowanym skupiskiem tkanki neuronalnej otoczonym torebką łączną, sprawiają, że jest to odpowiedni narząd do przeszczepu ex vivo.
Hodowla myszy DRG stanowi atrakcyjną opcję wielokomórkową do modelowania ludzkich patofizjologii ze względu na strukturalne i genetyczne podobieństwa między gatunkami. Ponadto duże repozytorium transgenicznych szczepów myszy jest bardzo korzystne dla przyszłych badań mechanistycznych. Ekspansja neurytu zarówno w trakcie rozwoju, jak i po urazie wymaga mechanicznych interakcji między stożkiem wzrostu a substratem20,21. Podłoża o nano- i mikrowzorach wykorzystano jako narzędzia do kierowania wzrostem neurytów i wykazania ich zdolności do reagowania na cechy topograficzne w swoich mikrośrodowiskach. Wykazano, że neurony przeżywają, przylegają, migrują i orientują swoje aksony, aby poruszać się po elementach powierzchni, takich jak rowki w podłożach22,23. Jednak badania te zazwyczaj wykorzystywały hodowane linie komórkowe i trudno jest przewidzieć, jak pierwotne komórki neuronalne zareagują na dobrze zdefiniowane, fizyczne sygnały in vivo lub ex vivo.
Model eksplantatu ex vivo myszy DRG użyty w tej propozycji naśladuje rzeczywistą interakcję komórka-komórka i biochemiczne wskazówki otaczające rosnące aksony. Wśród wielu różnych paradygmatów eksperymentalnych, począwszy od regeneracji aksonów, produkcji neurosfery, a skończywszy na zapaleniu nerwów, model eksplantatu DRG nadal służy jako cenne narzędzie do badania infekcji wirusowej i aspektu latencji w zwojach czuciowych24,25,26,27.
Układ nerwowy (NS) ogólnie jest celem infekcji wirusowych28,29,30. Większość wirusów infekuje powierzchnie komórek nabłonka i śródbłonka i przedostaje się z tkanki powierzchniowej do NS przez włókna czuciowe i ruchowe nerwów obwodowych. W szczególności wirus opryszczki pospolitej typu 1 (HSV-1) po początkowym zakażeniu komórek nabłonka powoduje trwające całe życie utajenie w zwojach czuciowych, najlepiej DRG klasy PNS31,32. Neuroptropowa zdolność HSV-1 do infekowania PNS ostatecznie prowadzi do chorób neurologicznych33.