Obecny protokół został opracowany do oceny wpływu powtarzalnej stymulacji magnetycznej na zdolność mikrogleju do fagocytozy resztek mieliny. W tym celu stworzono system kohodowli mikrogleju i szczątków mieliny in vitro.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół został opracowany do oceny wpływu powtarzalnej stymulacji magnetycznej na zdolność mikrogleju do fagocytozy resztek mieliny. W tym celu stworzono system kohodowli mikrogleju i szczątków mieliny in vitro.
Mikroglej, fagocyty rezydentne ośrodkowego układu nerwowego (OUN), odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu integralności i homeostazy OUN poprzez usuwanie uszkodzonych komórek, resztek komórkowych i resztek mieliny. Nagromadzenie resztek mieliny jest związane z szeregiem zaburzeń OUN, w tym stwardnieniem rozsianym, chorobą Alzheimera, urazowym uszkodzeniem mózgu i uszkodzeniem rdzenia kręgowego. Obecność resztek mieliny nie tylko zaostrza stan zapalny układu nerwowego, ale także hamuje potencjał regeneracyjny mieliny. Dlatego zwiększenie zdolności mikrogleju do usuwania resztek mieliny poprzez fagocytozę stanowi obiecującą strategię terapeutyczną. Stymulacja magnetyczna stała się innowacyjną metodą leczenia chorób OUN, a coraz więcej dowodów wskazuje na jej potencjał w promowaniu fagocytozy mikrogleju i wspieraniu regeneracji OUN. Aby dokładniej wyjaśnić wpływ stymulacji magnetycznej na usuwanie mikrogleju z resztek mieliny, zaprojektowaliśmy eksperyment in vitro obejmujący kokulturę mikrogleju i szczątków mieliny. Kokulturę poddano powtarzalnej stymulacji magnetycznej w celu oceny jej wpływu na aktywność fagocytarną mikrogleju w kontekście patologii OUN.
Mielina to stabilna, rurkowata struktura błonowa otaczająca aksony wytwarzane przez oligodendrocyty w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN). Ta osłonka mielinowa odgrywa kluczową rolę w ułatwianiu szybkiej i wydajnej propagacji potencjałów czynnościowych1. Jednak różne zaburzenia neurologiczne, takie jak stwardnienie rozsiane (SM), udar mózgu i urazy urazowe, w tym uraz rdzenia kręgowego (SCI) i urazowe uszkodzenie mózgu (TBI), mogą prowadzić do utraty integralności mieliny. Powoduje to powstawanie szczątków mieliny w wyniku przerwania osłonki mielinowej i bezpośredniego uszkodzenia struktur mielinowych2,3,4. Nagromadzenie resztek mieliny nie tylko utrudnia remielinizację i regenerację funkcjonalną, ale także zaostrza stan zapalny układu nerwowego5,6. Dlatego skuteczne usuwanie resztek mieliny jest niezbędne do rozwiązania zapalenia układu nerwowego, promowania regeneracji aksonów i przywracania homeostazy w układzie nerwowym po chorobach neurologicznych.
Szczątki mieliny są głównie usuwane przez fagocyty, takie jak makrofagi i mikroglej w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN). Mikroglej, rezydujące komórki odpornościowe OUN, stale badają swoje środowisko pod kątem potencjalnych zagrożeń i chronią OUN, usuwając uszkodzoną mielinę i resztki mieliny. Co więcej, fagocytoza mikrogleju odgrywa kluczową rolę w promowaniu neurogenezy poprzez usuwanie zanieczyszczeń7,8. Coraz więcej dowodów sugeruje, że zwiększenie fagocytozy mikrogleju resztek mieliny może złagodzić szkodliwe skutki stanu zapalnego, zmniejszyć uszkodzenie OUN i promować regenerację aksonów po uszkodzeniu nerwów. 4,9,10.
Terapia stymulacją magnetyczną, nieinwazyjna technika neuromodulacji, zyskała szerokie zastosowanie w leczeniu różnych zaburzeń neurologicznych11. Warto zauważyć, że powtarzająca się przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (rTMS) okazała się obiecującym podejściem terapeutycznym w chorobie Alzheimera (AD), urazie mózgu i udarze12,13,14. Niedawne badanie wykazało, że rTMS może zwiększać fagocytozę mikrogleju beta-amyloidu (Aβ) i apolipoproteiny E (ApoE), hamując w ten sposób patologiczny postęp AD w modelach zwierzęcych15. Podobnie, nasze ostatnie badania wykazały, że powtarzająca się przezrdzeniowa stymulacja magnetyczna (rTSMS) sprzyja fagocytozie mikrogleju resztek mieliny po urazie rdzenia kręgowego u szczurów16.
Niemniej jednak, wpływ powtarzającej się stymulacji magnetycznej na mikroglej został głównie potwierdzony za pomocą eksperymentalnych modeli na zwierzętach17,18,19. Rzeczywiście, wykazano, że stymulacja magnetyczna moduluje pobudliwość neuronów poprzez indukcję prądów20. W związku z tym nie można pominąć faktu, że interakcja między neuronami a mikroglejem może wpływać na funkcję mikrogleju. W związku z tym konieczne jest przeprowadzenie eksperymentów in vitro w celu ustalenia, czy wpływ stymulacji magnetycznej na mikroglej jest niezależny od zmiany pobudliwości neuronalnej. Ostatnie badania zidentyfikowały modulacyjny wpływ powtarzalnej stymulacji magnetycznej na mikroglej w modelach eksperymentalnych. Niektóre badania wykazały, że powtarzająca się stymulacja magnetyczna może sprzyjać polaryzacji mikrogleju w kierunku M219,21. Jednak dalsze badania nad jego funkcją mikrogleju nie zostały jeszcze wyjaśnione. Warto zauważyć, że Amelie Eichler i in. interweniowali w wycinkach tkanki mózgowej in vitro przy użyciu stymulacji magnetycznej 10 Hz i odkryli, że stymulacja magnetyczna 10 Hz była w stanie promować uwalnianie cytokin z mikrogleju, aby wpływać na pobudliwość i plastyczność neuronów22. Chociaż badanie to poszerzyło wiedzę na temat wpływu stymulacji magnetycznej na mikroglej, konieczne są dalsze badania na poziomie komórkowym, aby w pełni wyjaśnić jej mechanizmy.
Dlatego ustaliliśmy protokół sprawdzający, czy stymulacja magnetyczna może promować fagocytozę resztek mieliny in vitro. W przeciwieństwie do szczątków mieliny po chorobie lub uszkodzeniu tkanek, które są produktem urazu, szczątki mieliny użyte w tym eksperymencie to kształt osłonki mielinowej po jej rozpadzie. Ponadto koncepcja szczątków mieliny jest produktem rozpadu mieliny. Jako pierwotne komórki fagocytarne mózgu, mikroglej odgrywa kluczową rolę w usuwaniu uszkodzonych komórek i resztek mieliny23, co jest związane z chorobami takimi jak stwardnienie rozsiane i choroba Alzheimera24,25. Wykazano, że nagromadzenie resztek mieliny zaostrza stan zapalny układu nerwowego i utrudnia regenerację26. Celem badania jest zbadanie potencjału stymulacji magnetycznej w celu wzmocnienia fagocytozy mikrogleju resztek mieliny, zmniejszając w ten sposób stan zapalny nerwów i wspierając regenerację OUN w stanach neurodegeneracyjnych i urazowych. Podsumowując, w badaniu zastosowano podejście oparte na kokulturze, w którym mikroglej jest hodowany wspólnie z resztkami mieliny i przeprowadzana jest wielokrotna stymulacja magnetyczna w celu zweryfikowania wpływu powtarzalnej stymulacji magnetycznej na zdolność fagocytarną mikrogleju.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tutaj, trzy samice szczurów SD (w wieku 2-3 tygodni) zostały użyte do ekstrakcji resztek mieliny metodą wirowania z gradientem sacharozy. Wszystkie szczury zostały zakupione w Animal Core Facility Uniwersytetu Medycznego w Nankinie w Nankinie w Chinach (licencja na zwierzęta: SYXK (Su) 2021-0023). Wszystkie szczury były hodowane w warunkach kontrolnych (temperatura 22 ± 2 °C, okres 12 godzin/12 godzin światła/ciemności, wilgotność względna 55% ± 5%). Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Wykorzystania Zwierząt Uniwersytetu Medycznego w Nankinie (nr IACUC-1903031 i nr IACUC-2005001) i miały na celu zminimalizowanie cierpienia i liczby wykorzystywanych zwierząt.
1. Izolacja mieliny
UWAGA: Szczątki mieliny zostały wydobyte zgodnie z wcześniejszym opisem, a niektóre modyfikacje zostały wykonane27. Upewnij się, że wszystkie kroki zostały wykonane w temperaturze 4 °C i w sterylnych warunkach.
2. Fluorescencyjne znakowanie resztek mieliny
3. Hodowla mikrogleju
4. Wielokrotna stymulacja magnetyczna in vitro
5. Badanie fagocytozy mikrogleju resztek mieliny
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszym badaniu początkowo karmiono komórki mikrogleju BV-2 in vitro, wykorzystując wyizolowane szczątki mieliny pochodzenia mózgowego oraz powtarzalną stymulację magnetyczną w celu zwiększenia ich zdolności fagocytarnych. Następnie komórki mikrogleju BV-2 hodowano i poddano działaniu LPS przed stymulacją magnetyczną, aby w ten sposób naśladować stan mikrogleju in vivo w ramach rygorystycznej walidacji neurologicznej. W dalszej kolejności, po stymulacji LPS, zastosowano interwencję rMS. W celu wery...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Powtarzalna stymulacja magnetyczna (rMS) to nieinwazyjna technika neurostymulacji, która jest szeroko stosowana w leczeniu różnych zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych, w tym zaburzeń poznawczych, choroby Alzheimera (AD), udaru, uszkodzenia mózgu i urazu rdzenia kręgowego (SCI). rMS wykorzystuje pulsacyjne pole magnetyczne do modulowania potencjału błonowego neuronów, selektywnie wpływając na pobudliwość neuronalną w układzie nerwowym11. Oprócz wpływu na neurony, wykazano, że rMS reguluje f...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez granty z Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (82302877, 82172541), Fundacji Nauk Przyrodniczych Prowincji Hunan (2023JJ30549).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Podłoże montażowe zapobiegające blaknięciu z DAPI | Beyotime, Chiny | P0131 | |
| Zestaw BCA | ThermoFisher Scientific, Ameryka | 23227 | |
| Bv-2 komórka | ATCC | CBP60922 | |
| Hodowla komórkowa 12-dołkowe płytki | Biofil, Chiny | ||
| Hodowla komórkowa 24-dołkowe płytki | Biofil, Chiny | ||
| Konfokalne skanowanie laserowe Mikroskop | Zeiss, Niemcy | 800 | |
| Inkubator do stałej temperatury | ThermoFisher Scientific, Ameryka | ||
| CFSE | MedChemExpress, Ameryka | HY-158820 | |
| Pożywka DMEM | KeyGen, Chiny | KGL1202-500 | |
| FBS | Gibco, Ameryka | 16250078 | |
| Iba1 | Abcam, Ameryka | ab48004 | |
| Aparat do stymulacji magnetycznej | Yiruide, Chiny | CCY-IA | |
| Cewka do stymulacji magnetycznej | Yiruide, Chiny | ||
| Paraformaldehyd | BioSharp, Chiny | ||
| PBS | KeyGen, Chiny | KGL2210-500 | |
| Penicylina-Streptomycyna | Gibco, Ameryka | 15140-122 | |
| Sacharoza | MedChemExpress, Ameryka | HY-B1779 | |
| Trypsin | KeyGen, Chiny | KGL2107-100 | |
| Ultrawirówka | Beckman, Ameryka | L-100XP |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.