Uwalnianie i zbieranie NSC
NSC strefy podkomorkowej (SEZ) są oddzielone od płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF) jedynie jednowarstwą komórek ependymalnych, mimo że pozostają w bezpośrednim kontakcie z zawartością komór mózgowia. poprzez interkalujące wypustki jednorzęskowate8,9Neuraminidaza działa specyficznie na komórki nabłonka oponiki. poprzez odszczepienie reszt kwasu sjalowego i może prowadzić do denudacji ściany komory. Prowadzi to do skupiania się neuroblastów na powierzchni komory10,11Co więcej, po wewnątrzkomorowym (i.c.v.) wstrzyknięciu przeciwciała blokującego integrynę-β1 zaobserwowano przepływ neuroblastów do płynu mózgowo-rdzeniowego, co prawdopodobnie wynika z rozluźnienia połączeń międzykomórkowych komórek nabłonka oponowego.12Obserwacje te doprowadziły do opracowania protokołu umożliwiającego izolację komórek macierzystych i progenitorowych mózgu poprzez kontrolowane naruszenie integralności ścian komory bocznej. W pierwszym kroku indukuje się uwolnienie z miąższu oraz następujący po nim przepływ NSC lub OPC do płynu mózgowo-rdzeniowego poprzez iniekcja koktajlu uwalniającego do komór mózgu (i.c.v.). Koktajl jest wstrzykiwany stereotaktycznie z prędkością 1 µL/min, obustronnie (2 µL na wstrzyknięcie) do komór bocznych (współrzędne celujące w NSC z SEZ: AP = 0,3 mm, L = ± 1,2 mm, D = 3,5 mm; współrzędne celujące w OPC z CC: AP = 1,5 mm, L = ± 2 mm, D = 3,5 mm). Drugi etap („pobieranie”) polega na wykonaniu płynnej biopsji PŁM z cysterny wielkiej. Szczury muszą zostać poddane znieczuleniu, a biopsję można przeprowadzić za pomocą strzykawek o objętości 1 ml. Zastosowanie urządzenia stereotaktycznego pozwala na niemal całkowity sukces w odzyskaniu około 100 µL płynu mózgowo-rdzeniowego, bez konieczności wykonywania nacięć. Biopsję płynną dodaje się do schłodzonej pożywki hodowlanej i przechowuje w 4 °C do momentu wysiewu na <3 h (pożywka do hodowli NSC zawiera zmodyfikowane pożywkę Eagle'a Dulbecco [DMEM], suplement B27 [2%], suplement N2 [1%], FGF2 [20 ng/mL] oraz czynnik wzrostu naskórka [EGF; 20 ng/mL]).
Ocena histologiczna obszaru okołopokomorowego po wstrzyknięciu koktajlu uwalniającego
Pierwsza seria doświadczeń wykazała, że przy wstrzykiwaniu więcej niż 3 µL cieczy komory mogły ulec uszkodzeniu w wyniku nieswoistego urazu mechanicznego (Rysunek 2B,C). Powolne wstrzyknięcie 2 µL koktajlu uwalniającego doprowadziło do pojawienia się skupisk Dcx-immunopozytywnych neuroblastów na powierzchni komory. Skupiska te pozostawały widoczne nawet 8 miesięcy po wstrzyknięciu (Rysunek 2D). Ponieważ metoda była przeznaczona do badań podłużnych, mających na celu długoterminową obserwację zwierząt, oceniono uszkodzenia tkanek wywołane przez koktajl uwalniający. Immunobarwienie wykonano na przekrojach mózgu o grubości 14 µm, przygotowanych za pomocą kriotomu, pod kątem markerów komórek ependymalnych, takich jak S100β i β-katenina13, a następnie oceniono ogólną integralność warstwy ependymalnej. Miejsca zaniku warstwy ependymalnej występowały jedynie blisko poziomu rostrokaudalnego wstrzyknięć, przy stopniowym spadku zaburzeń warstwy ependymalnej wykrytych w bardziej tylnych i przednich obszarach SEZ (Rysunek 2E,F), które całkowicie znikały w odległości ±2 mm od miejsca wstrzyknięcia. Powyższe wyniki pokazują, że częściowy zanik warstwy ependymalnej wywołany wstrzyknięciem dokomorowym (i.c.v.) koktajlu uwalniającego ma charakter ogniskowy, jest ograniczony do bezpośredniego sąsiedztwa miejsca wstrzyknięcia i pozostawia resztę okołopokomorowej warstwy ependymalnej nienaruszoną.
Profil markerów i in vitro zachowanie zebranych komórek
Następnie in vitro zachowanie i profil markerowy wyizolowanych komórek poprzez oceniono protokół udoju. Średnia liczba uzyskanych komórek z każdej płynnej biopsji wynosi około 300 ± 45 komórek (na biopsję z 100 µL)7Biopsje metodą „milking” pozwoliły na uzyskanie kultur NSC o średnim potencjale pasażowania wynoszącym 3,17 ± 0,45. Komórki wyizolowane od szczurów wstrzykniętych solą fizjologiczną można było pasażować średnio 1,92 ± 0,76 raza; w przeciwieństwie do nich, komórki wyizolowane poprzez pobieranie mleka trwało nawet do dziewiątego pasażu (p = 0.038, t test) (Rysunek 3A)7Średnia zdolność do pasażowania standardowych kultur neurosfer pochodzących z obszaru SEZ pobranych po śmierci jest w naszych doświadczeniach wyższa niż 12 pasażów. Ponieważ in vivo potencjał ekspansyjny NSC z SEZ, wykazany przez in vivo eksperymenty z mapowania losów komórek14wykazano, że jest ograniczone, dojenie pozwala uzyskać komórki o znacząco odmiennych in vitro zachowanie niż komórki w hodowlach standardowych, choć znacznie bliższe zachowaniu endogennych NSC. Zebrane komórki wysiano do studni pokrytych poli-D-lizyną, gdzie rosły zarówno w formie przylegających monowarstw, jak i – rzadziej – w formie neurosfer (Rycina 3B). Świeżo wyizolowane komórki (zebrane 3 dni po wstrzyknięciu i utrwalone 24 h po wysianiu), które były immunopozytywne w odniesieniu do markera astroglialnego GFAP, wykazano również jako immunopozytywne dla ID3, markera spoczynku, i posiadały charakterystyczną dla NSC morfologię bipolarną (Rycina 3C). Ponadto, jak zgłoszono wcześniej7bardziej szczegółowe porównanie immunocytochemiczne komórek pochodzących z biopsji oraz komórek pobranych po śmierci z tych samych zwierząt, 3 dni po wstrzyknięciu (z analizą obecności astrocytów GFAP+, neuroblastów Dcx+, prekursorów oligodendrocytów PDGFRa+ oraz komórek linii neuronalnej SOX2+), wykazało, że profil zebranych komórek był podobny do profilu endogennych komórek SEZ (Rysunek 3D). Co istotne, po porównaniu komórek pochodzących z biopsji i tkanek w różnych warunkach (np. wstrzyknięcie koktajlu uwalniającego z dodatkiem FGF2 i bez niego), stwierdzono, że czynnik wzrostu spowodował jednoczesny i znaczący wzrost liczby komórek SOX2+ oraz znaczący spadek liczby neuroblastów Dcx+ w obu próbkach (Rycina 3D). Dane te potwierdziły, że wszelkie zmiany pojawiające się w profilu endogennych populacji NSC są odzwierciedlone w próbkach komórek uzyskanych metodą milkingu.

Rysunek 1Graficzne podsumowanie procesu udoju. Przekrój wieńczący jednej półkuli mózgu z głównymi punktami orientacyjnymi anatomicznymi (komora boczna, nad nią ciało kal끔ate oraz poniżej komissura anterior [szlaki istoty białej w kolorze szarym] i strefa podependymalna w ścianach bocznych [w kolorze niebieskim]). Koktajl uwalniający jest wstrzykiwany do komory bocznej, co prowadzi do naruszenia integralności tkanki i uwolnienia postnatalnych komórek macierzystych mózgu do płynu mózgowo-rdzeniowego, z którego można je zebrać. poprzez płynne biopsje. Skróty: SEZ = strefa podependymalna; LV = komora boczna; CSF = płyn mózgowo-rdzeniowy; pbNSCs = postnatalne komórki macierzyste mózgu; β1-int = integryna beta1. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2: Ocena histologiczna efektów wstrzyknięć i.c.v. (A-D) Obrazy przy niskim powiększeniu grzbietowej połowy komory bocznej po immunobarwieniu na Dcx (na czerwono, w celu oznaczenia neuroblastów). (A) Proste wprowadzenie strzykawki Hamiltona i.c.v. nie zakłóca cytoarchitektury SEZ, podczas gdy wstrzyknięcie 10 mL i.c.v. (szybkość infuzji 1 mL/min) prowadzi do ciężkiego uszkodzenia ściany komory, niezależnie od zawartości wstrzykniętej substancji. (B) Sól fizjologiczna i (C) koktajl uwalniający. (D) Wstrzyknięcie 2 µL koktajlu uwalniającego prowadzi do kontrolowanego uszkodzenia ściany komory, obserwowanego nawet 8 miesięcy po zabiegu. Szczegóły przy większym powiększeniu ściany SEZ w 7. i 14. dobie po wstrzyknięciu przedstawiono odpowiednio w (E) i (F). Widoczna jest zdezorganizowana struktura, w której neuroblasty Dcx+ (na zielono) spoczywają na powierzchni ściany, a pozostałe komórki niszy (Sox2+, na biało) znajdują się głębiej. Tkanka okołokomorowa jest uszkodzona na poziomie rostrokaudalnym w miejscu wstrzyknięcia w punkcie czasowym 2 miesięcy (w G), podczas gdy tkanka pozostaje nienaruszona na bardziej kaudalnym poziomie (w H) u tego samego zwierzęcia. Ścianę komory oceniono za pomocą immunobarwienia na markery ependymalne S100β i β-catenin. Szczegół typowej architektury ściany przedstawiono w (I). Barwienie jąder przeprowadzono przy użyciu DAPI (na niebiesko). Paski skali = 300 µm (A-C,G,H, wstawki), 150 µm (D), 30 µm (E,F) oraz 50 µm (I). Rysunek zmodyfikowano na podstawie pracy McClenahan et al.13. Skróty: SEZ = strefa podependymalna; i.c.v = dojątkowo-komorowo; Dcx = doublecortin; DAPI = 4',6-diamidino-2-fenyloindol. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3: Ocena komórek wyizolowanych via milking. (A) Wykres przedstawiający maksymalną liczbę pasażów uzyskanych z próbki biopsji płynnej od zwierząt wstrzykniętych solą fizjologiczną (szare słupki, łącznie 12 próbek) lub po milkingu (czarne słupki, łącznie 29 próbek, koktajl uwalniający z neuraminidazą i przeciwciałem blokującym integrynę-β1). (B) Reprezentatywny obraz z mikroskopii konfokalnej pierwotnych komórek uzyskanych via milking, 3 dni po wstrzyknięciu, z immunobarwieniem przeciwko GFAP i ID3. (C,D) Obrazy w polu jasnym komórek wyizolowanych 3 dni po wstrzyknięciu, wysianych do studzienek pokrytych poli-D-lizyną i hodowanych w medium do proliferacji NSC przez 7 dni. (E) Wykres przedstawiający profil typów komórek wyizolowanych via milking z SEZ oraz endogennej populacji NSC z SEZ od tych samych zwierząt doświadczalnych. Frakcje SOX2+ i Dcx+ były odpowiednio istotnie zwiększone i zmniejszone po współwstrzyknięciu FGF2. (Analiza ANOVA jednoczynnikowa dla każdego markera, a następnie analiza post hoc; n = 4-6 zwierząt na grupę doświadczalną). Paski skali = 100 µm (C,D) i 10 µm (B). Rycina zmodyfikowana na podstawie pracy McClenahan et al.13. Skróty: SEZ = strefa podependymała; DPI = dni po wstrzyknięciu; NSC = neuralne komórki macierzyste; Dcx = doublecortin; GFAP = glia l fibrillary acidic protein. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.