Wektory wirusowe są ważnymi narzędziami biologicznymi, które mogą wprowadzać materiał genetyczny do komórek w celu kompensacji wadliwych genów, zwiększania poziomu ważnych białek wzrostu lub wytwarzania białek markerowych, które podkreślają strukturę i połączenia synaptyczne swoich celów. Ten artykuł koncentruje się na bezpośrednim wstrzyknięciu wysoce wydajnego, transportowalnego wstecznie wektora lentiwirusowego do rdzenia kręgowego szczura w celu uwidocznienia głównych szlaków motorycznych za pomocą śledzenia fluorescencyjnego. Metoda ta jest również wysoce odpowiednia do badań nad regeneracją i odrastaniem aksonów w celu wprowadzenia białek będących przedmiotem zainteresowania do różnych populacji neuronów i została wykorzystana do wyciszenia neuronów w badaniach mapowania funkcjonalnego1, 2.
Wiele szczegółów anatomicznych ścieżek motorycznych kręgosłupa zostało wyjaśnionych dzięki bezpośrednim badaniom iniekcji z klasycznymi znacznikami, takimi jak BDA i fluoro-gold3,4,5,6,7,8. Te znaczniki są uważane za złoty standard, ale mogą mieć pewne wady, takie jak wychwyt przez uszkodzone aksony lub aksony w przejściu w istocie białej otaczającej miejsce wstrzyknięcia9,10,11. Może to prowadzić do nieprawidłowych interpretacji połączeń szlaków i może być wadą w badaniach regeneracji, w których absorpcja barwnika przez uszkodzone lub odcięte aksony może zostać pomylona z regeneracją włókien podczas późniejszej analizy12.
wektory lentiwirusowe są popularne w badaniach nad terapią genową, ponieważ zapewniają stabilną, długoterminową ekspresję w populacjach neuronów13,14,15,16,17,18,19. Jednak tradycyjnie pakowane wektory lentiwirusowe mogą mieć ograniczony transport wsteczny i mogą wywoływać odpowiedź układu odpornościowego, gdy są stosowane in vivo4,20,21. Wysoce wydajny wektor transportu wstecznego, określany jako HiRet, został opracowany przez Kato i wsp. poprzez modyfikację otoczki wirusa za pomocą glikoproteiny wirusa wścieklizny w celu stworzenia wektora hybrydowego, który poprawia transport wsteczny22,23.
Śledzenie wsteczne wprowadza wektor do przestrzeni synaptycznej docelowego neuronu, umożliwiając jego przejęcie przez akson komórki i przetransportowanie do ciała komórki. Wykazano skuteczny transport HiRet z synaps neuronalnych do mózgów myszy i naczelnych23,24 oraz z mięśni do neuronów ruchowych22. Protokół ten demonstruje wstrzyknięcie do lędźwiowego rdzenia kręgowego, w szczególności ukierunkowanego na zakończenia synaptyczne interneuronów propriordzeniowych i neuronów pnia mózgu. PN otrzymują połączenia z wielu różnych ścieżek rdzeniowych i dlatego mogą być wykorzystywane do celowania w różnorodną populację neuronów w rdzeniu kręgowym i pniu mózgu. Oznaczone neurony w tym badaniu reprezentują obwody unerwiające pule neuronów ruchowych związane z funkcją motoryczną kończyn tylnych. Solidne oznakowanie jest widoczne w rdzeniu kręgowym i pniu mózgu, w tym szczegóły o wysokiej wierności trzpieni dendrytycznych i zakończeń aksonów. Zastosowaliśmy również tę metodę w poprzednich badaniach w obrębie rdzenia kręgowego szyjnego do oznaczania ścieżek siateczkowo-rdzeniowych propriordzeniowych i pnia mózgu25.
Ten protokół demonstruje wstrzyknięcie wektora wirusowego do rdzenia kręgowego odcinka lędźwiowego szczura. Jak widać na filmie 1, nacięcie jest celem poprzez identyfikację kręgu L1 znajdującego się na ostatnim żebrze. Jest to używany jako punkt orientacyjny ogona dla 3-4 cm nacięcia, które odsłania mięśnie nad rdzeniem kręgowym L1-L4. Wykonuje się laminektomię grzbietowych aspektów kręgów T11-T13, a ściętą szklaną igłę kieruje się 0,8 mm w bok od linii środkowej i opuszcza na głębokość 1,5 mm w głąb istoty szarej w celu wstrzyknięcia wirusa.