Szczelne bariery oddzielają ośrodkowy układ nerwowy (OUN) od obwodu, w tym bariera krew-mózg (BKM) oraz bariera krew-płyn mózgowo-rdzeniowy (PMR). Bariery te chronią OUN przed zewnętrznymi czynnikami szkodliwymi i zapewniają zrównoważone oraz kontrolowane mikrośrodowisko1,2,3. Podczas gdy BKM była przedmiotem intensywnych badań przez długi czas, bariera krew-PMR znajdująca się w splotach naczyniowych (CP) zyskała rosnące zainteresowanie badawcze dopiero w ciągu ostatniej dekady. Tę drugą barierę można znaleźć w czterech komorach mózgu (Rysunek 1A, B) i charakteryzuje się ona pojedynczą warstwą komórek nabłonkowych splotu naczyniowego (CPE), otaczających centralne stroma, nieszczelne kapilary, fibroblasty oraz populację komórek limfoidalnych i mieloidalnych (Rysunek 1C)4,5,6. Komórki CPE są ściśle połączone za pomocą połączeń ścisłych, co zapobiega przeciekaniu z leżących poniżej okienkowatych kapilar krwi do PMR i mózgu. Ponadto transport przez komórki CPE jest regulowany przez szereg systemów transportu dośrodkowego i odśrodkowego, które zarządzają napływem korzystnych związków (np. składników odżywczych i hormonów) z krwi do PMR oraz odpływem szkodliwych cząsteczek (np. odpadów metabolicznych, nadmiaru neuroprzekaźników) w przeciwnym kierunku1,6. Aby móc pełnić funkcję transportu aktywnego, komórki CPE zawierają w swojej cytoplazmie liczne mitochondria7. Co więcej, CP jest głównym źródłem PMR i pełni rolę strażnika mózgu dzięki obecności rezydentnych komórek zapalnych1. Ze względu na swoje wyjątkowe położenie pomiędzy krwią a mózgiem, CP znajduje się również w idealnej pozycji do prowadzenia nadzoru immunologicznego8.

Rycina 1: Schematyczny przegląd lokalizacji i składu splotów naczyniowych (CP). (A,B) Tkanka CP znajduje się w dwóch komorach bocznych, trzeciej oraz czwartej komorze mózgu (A) człowieka i (B) myszy. (C) Tkanka CP składa się z pojedynczej warstwy ściśle połączonych sześciennych komórek nabłonka splotów naczyniowych (CPE) otaczających naczynia włosowate z oknami, luźnej tkanki łącznej oraz komórek limfoidalnych i mieloidalnych, i tworzy barierę krew-płyn mózgowo-rdzeniowy (zaadaptowano i zmodyfikowano z referencji23). Rycina stworzona za pomocą Biorender.com. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
W ciągu ostatniej dekady coraz więcej dowodów, w tym kilka raportów naszej grupy badawczej, ujawniło, że splot naczyniowy (CP) odgrywa centralną rolę w zdrowiu i chorobach9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. Na przykład wiadomo, że starzejąca się bariera krew-płyn mózgowo-rdzeniowy wykazuje zmiany morfologiczne m.in. w jądrach komórkowych, mikrokosmkach oraz błonie podstawnej1,19. Dodatkowo, w kontekście choroby Alzheimera, ogólna integralność bariery zostaje naruszona, a wszystkie te zmiany związane z wiekiem wydają się być jeszcze bardziej wyraźne1,8,20. Oprócz zmian morfologicznych, w przebiegu choroby ulega zmianie transkryptom, proteom i sekretom CP12,21,22,23. Zatem zaawansowana wiedza na temat CP jest niezbędna do lepszego zrozumienia jego roli w chorobach neurologicznych i potencjalnego opracowania nowych strategii terapeutycznych.
Wydajna metoda dokładnej mikrodyssekcji CP z komór mózgu jest pierwszym nieocenionym krokiem umożliwiającym właściwe badanie tej niewielkiej struktury mózgu. Ze względu na silne unaczynienie (Rysunek 2B), CP unoszące się w jamach komór mózgu można zidentyfikować przy użyciu mikroskopu binokularnego. Jednakże do późniejszych analiz często wymagana jest perfuzja transkardialna, co komplikuje prawidłową identyfikację i izolację tkanki CP (Rysunek 2C). Jeśli dalsze etapy przetwarzania na to pozwalają (np. w przypadku analizy RNA i białek), CP można zwizualizować poprzez perfuzję transkardialną błękitem bromofenolowym (Rysunek 2A). W kilku publikacjach opisano już izolację CP z mózgów szczurów24 i myszy noworodków25. W niniejszej pracy opisano technikę izolacji metodą mikrodyssekcji w celu wyodrębnienia CP z dorosłych myszy. Co istotne, technika izolacji ta zachowuje żywotność, funkcję i strukturę komórek w obrębie CP. Opisano tutaj izolację CP unoszącego się w czwartej i komorach bocznych. W skrócie, myszy zostają poddane znieczuleniu terminalnemu i, jeśli jest to konieczne, perfuzji transkardialnej. Należy jednak zauważyć, że perfuzja może uszkodzić strukturę komórek w obrębie CP. W konsekwencji, jeśli próbka ma być analizowana przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), seryjnej skaningowej mikroskopii elektronowej powierzchni bloków (SBF-SEM) lub skaningowej mikroskopii elektronowej z wiązką jonów skupionych (FIB-SEM), perfuzji nie należy przeprowadzać. Następnie izoluje się cały mózg i za pomocą pęsety wykonuje przecięcie strzałkowe mózgu na pół. Na tym etapie można zidentyfikować i wyciąć CP unoszące się w komorach bocznych, natomiast CP z czwartej komory można wyizolować od strony móżdżku.

Rycina 2: Wizualizacja splotów naczyniowych (CP) (A-C) czwartej oraz (D-F) komór bocznych po (A,D) perfuzji błękitem bromofenolowym, (B,E) braku perfuzji oraz (C,F) perfuzji PBS/heparyną. Zdjęcia wykonano za pomocą stereomikroskopu (powiększenie 8x-32x). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Po prawidłowym wypreparowaniu ciała naczyniówkowego (CP) z komór mózgu można zastosować szereg technik w celu pogłębienia wiedzy na temat funkcji tej struktury. Na przykład można przeprowadzić cytometrię przepływową lub sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek, aby ilościowo i fenotypowo przeanalizować naciekające komórki zapalne w określonych stanach chorobowych.26,27Oprócz składu komórkowego można przeanalizować skład molekularny CP w celu oceny obecności cytokin i chemokin poprzez test immunoenzymatyczny (ELISA), immunoblot lub poprzez jednoczesną analizę wielu cytokin z wykorzystaniem macierzy koralików cytokinowych (cytokine bead array)28Ponadto w mikrodysekowanych eksplantach CP można przeprowadzić analizy transkryptomu, naczyń krwionośnych, histologii komórek odpornościowych oraz sekretomu.29W tym przypadku zastosowano skaningową mikroskopię elektronową (SEM) preparatów CP w całości, aby uzyskać ogólny obraz struktury CP. SEM wykorzystuje wiązkę skupionych elektronów do skanowania powierzchni i tworzenia obrazu jej topografii oraz składu. Ponieważ długość fali elektronów jest znacznie mniejsza niż światła, rozdzielczość SEM mieści się w zakresie nanometrów i jest wyższa niż w przypadku mikroskopu świetlnego. W konsekwencji możliwe jest przeprowadzenie badań morfologicznych na poziomie subkomórkowym. poprzez SEM. W skrócie: wypreparowane CP bezzwłocznie przenosi się do utrwalacza zawierającego glutaraldehyd w celu utrwalenia przez noc, po czym przeprowadza się osmikację i barwienie octanem uranylu. Próbki są następnie traktowane barwnikiem z aspartanem ołowiu, odwadniane, a na koniec zatapiane w celu obrazowania.
W ten sposób niniejszy protokół umożliwia efektywną izolację CP z komór mózgu myszy, które mogą zostać poddane dalszej analizie z wykorzystaniem różnych technik analitycznych w celu zbadania ich struktury i funkcji.