Ten protokół umożliwia efektywne przeszczepianie do mózgów noworodków określonych populacji mikrogleju, wspierając trwałe przeszczepienie i analizę linii mikrogleju oraz in vivo integracji z wielu źródeł donorów i modeli odbiorców.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół umożliwia efektywne przeszczepianie do mózgów noworodków określonych populacji mikrogleju, wspierając trwałe przeszczepienie i analizę linii mikrogleju oraz in vivo integracji z wielu źródeł donorów i modeli odbiorców.
Zastępowanie mikrogleju poprzez transplantację komórek szpiku krwiotwórczego stało się obiecującą metodą eksperymentalną do badania procesów neurologicznych i chorób. Jednak istniejące strategie transplantacji są często ograniczone przez nieefektywne wszczepienie, uzależnienie od kondycjonowania opartego na napromienianiu lub ograniczoną elastyczność między systemami dawcy i odbiorcy. Przedstawiamy protokół dotyczący noworodkowej intracerebralnej transplantacji, która umożliwia wprowadzenie czystych populacji mikrogleju (Hoxb8 oraz nie-Hoxb8 mikrogleju) do rozwijającego się mózgu myszy. Ta metoda umożliwia efektywne wszczepienie i integrację komórek dawcy w obrębie miąższu mózgu w warunkach fizjologicznie dopuszczalnych. Co ważne, protokół jest kompatybilny z wieloma źródłami dawców, w tym zarodkowymi przodkami krwiotwórczymi i pochodzącymi z mózgu po urodzeniu mikroglejami, i może być stosowany w różnych modelach odbiorców z zmniejszoną lub nieobecną endogenną mikrogleją, w tym w uwarunkowanych myszach z niedoborem Csf1r i myszach Csf1rΔFIRE. Komórki dawcy są oczyszczane metodą sortowania komórek aktywowanej fluorescencyjnie i dostarczane dwustronnie do noworodkowych mózgów myszy za pomocą szkłanych mikropipet w celu efektywnego i minimalnie inwazyjnego dostarczenia. Myszy odbiorcy są dorosłe, aby pozwolić na rozwój i zaludnienie komórek dawcy w niszy mikrogleju, a wyniki są oceniane poprzez analizę histologiczną rozmieszczenia komórek dawcy i ekspresji markerów. To podejście zapewnia solidną i skalowalną platformę do badania ontogenezy mikrogleju i in vivo integracji w różnych kontekstach eksperymentalnych.
Zastępowanie mikroglii przez przeszczepianie komórek szpiku wzięło się jako potężna strategia badania biologii mikroglii i potencjalny paradygmat terapeutyczny w chorobach neurologicznych. Przez ostatnie kilka lat, dziedzina ta zaawansowała się do strategii zdolnych do szeroko zakrojonej wymiany mikroglii w ośrodkowym układzie nerwowym1. Ostatnie badania wykazały, że pochodzące od dawcy makrofagi i prątki mogą wszczepić się w mózg, przyjąć podobne do mikroglii programy transkrypcyjne, a w niektórych przypadkach poprawić fenotypy związane z chorobą2,3,4,5,6,7,8. Te odkrycia potwierdzają koncepcję, że wymiana makrofagów mózgowych może być wykorzystana do badania i potencjalnej modyfikacji procesów chorobowych układu nerwowego.
Głównym wyzwaniem w transplantacji mikroglii jest osiągnięcie trwałego wszczepienia, minimalizując jednocześnie eksperymentalne komplikacje. Wiele ugruntowanych strategii zastępowania polega na użyciu napromieniowania, chemioterapii lub paradygmatów wyczerpywania mikroglii w celu stworzenia wszczepialnej niszy6,9,10,11,12,13. Pomimo swojej skuteczności, te podejścia mogą wywoływać starzenie się mikroglii, zakłócać barierę krew-mózg i zmieniać sygnały zapalne, co wszystko może komplikować interpretację zachowania komórek dawcy9,14. Bardziej aktualne prace zaczęły eksplorować podejścia niezależne od kondycjonowania lub o zmniejszonej toksyczności do zastępowania mikroglii5,8,15.
Czas rozwojowy jest ważnym czynnikiem decydującym o sukcesie przeszczepu. Mózg noworodka zapewnia środowisko dopuszczające, które wspiera ekspansję komórek dawcy i długotrwałą integrację, prawdopodobnie ze względu na zmniejszone bariery strukturalne i trwające ustanawianie endogennej niszy mikroglii. Ostatnie badania nad przeszczepieniem za pomocą wczesnej dostawy poporodowej (P0–P5) wykazują trwałe wszczepienie w parenchymie i przyjęcie tożsamości podobnej do mikroglii, podkreślając znaczenie kontekstu rozwojowego dla efektywnego zastępowania7,8,16,17.
Hoxb8 mikroglia dostarcza szczególnie pouczającego systemu do badania przyczynków pochodzenia do biologii mikroglii. Te komórki powstają z zarodkowych progenitorów szpiku i reprezentują określony podzbiór mikroglii parenchymalnej o konsekwencjach behawioralnych w przypadku dysfunkcji17,18,19,20,21. Ostatnie prace z użyciem pierwotnych progenitorów Hoxb8 i mikroglii oraz systemów progenitorów estrogenowych (ER)-Hoxb8 wykazują, że te komórki mogą być ekspandowane, genetycznie manipulowane i pomyślnie wszczepione do mózgu, gdzie przyjmują podobne do mikroglii profile transkrypcyjne i charakterystyczne cechy funkcjonalne7,8,17. Te postępy dodatkowo podkreślają użyteczność podejść transplantacyjnych do analizy pochodzenia i heterogeniczności mikroglii.
Przedstawiamy tutaj noworodkowe platformy do wszczepiania domózgowego zoptymalizowane pod względem wszechstronności dla różnych systemów dawcy i odbiorcy. W przeciwieństwie do podejść polegających na napromienianiu lub ogólnoustrojowym kondycjonowaniu, ta metoda wykorzystuje bezpośrednie dwustronne domózgowe podanie do noworodków myszy, umożliwiając umieszczenie komórek dawcy w rozwojowo dopuszczającym środowisku mózgu, minimalizując jednocześnie ogólnoustrojową perturbację. Technika jest zgodna z wieloma źródłami dawców, w tym zarodkowymi progenitorami szpiku i mikroglą pochodzącymi z mózgu noworodka, i może być zastosowana w różnych modelach odbiorców o zredukowanej lub nieobecnej endogennej mikroglii. Główną praktyczną zaletą jest to, że cienka czaszka noworodków umożliwia szybką manualną iniekcję za pomocą mikropęsetek szklanych, eliminując potrzebę wiercenia lub fiksacji stereotaktycznej, przy zachowaniu szerokiego wszczepienia parenchymy.
Razem, to podejście zapewnia trwały, elastyczny i skalowalny system do badania ontogenezy mikroglii, heterogeniczności i integracji in vivo w różnych kontekstach eksperymentalnych. To pozwala na noworodkowe przeszczepianie domózgowe jako uzupełniającą i eksperymentalnie kontrolowalną alternatywę dla ogólnoustrojowych strategii zastępowania mikroglii.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie metody i eksperymenty w niniejszym badaniu przeprowadzono na myszach. Procedury eksperymentalne zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i ich Użytkowania (IACUC) na Uniwersytecie Utah, Public Health Service Assurance #D16-00018 (A3031-01).
1. Przygotowanie par hodowlanych na potrzeby donatorów i odbiorców miotów
2. Zbieranie i przetwarzanie mózgów noworodków
3. Barwienie komórek przeciwciałami dla sortowania FACS populacji mikrogleju
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Noworodkowa transplantacja wewnątrzmózgowa oczyszczonych populacji mikrogleju prowadzi do długoterminowego przeżycia i rozległego zaprowadzenia się komórek pochodzących od dawcy w obrębie miąższu mózgu biorcy. Oczyszczone populacje mikrogleju dawcy zostały wyizolowane metodą sortowania komórek aktywowanych fluorescencją z wykorzystaniem fluorescencyjnych reporterów linii (Hoxb8 mikroglej: tdTomato⁺ GFP⁺; mikroglej non-Hoxb8: tdTomato⁻ GFP⁺) przed transplantacją (Rysunek 1A)...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Neonatalna transplantacja domózgowa uodparzonych komórek macierzystych mikroglii lub określonych subpopulacji mikroglii zapewnia skuteczną metodę odtworzenia przestrzeni mikroglii in vivo oraz badania cech specyficznych dla linii komórek makrofagów mózgu. Metoda ta umożliwia selektywne odtworzenie za pomocą genetycznie określonych komórek dawczych, pozwalając na bezpośrednią ocenę wszczepienia i dojrzewania komórek dawczych w środowisku mózgu.
Kluczową zaletą tej strategii jest jej ko...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują, że nie mają żadnych konkurencyjnych interesów finansowych.
To dzieło było wspierane przez National Institutes of Health (R01 MH093595) (M.R.C.), Dauten Family Foundation oraz University of Utah Flow Cytometry Facility. Myszy Csf1rΔFIRE zostały stworzone przez dr Ben Xu na University of Utah.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Bell jar | Różne | N/A | Używane do eutanazji |
| Kapilary ze szkła borokrzemowego z żarnikiem | Sutter Instrument | BF100-78-15 | Używane do igieł wstrzykujących |
| Albumina krwi wołowej (BSA) | Sigma Aldrich | A8806 | Używane do przygotowania bufora PB. Dostępne są różne marki. Wymieniony tutaj jest tylko przykładem. |
| CD11b Alexa Fluor 700 | BioLegend | 101222 | Komórki mieloidalne |
| CD45 APC | BioLegend | 103112 | Komórki układu krwiotwórczego |
| Siatki komórkowe (70 &mikronów) | Falcon | 352350 | Używane do generowania pojedynczych zawiesin komórkowych. Dostępne są różne marki. Wymieniony tutaj jest tylko przykładem. |
| Przeciwciało anty-GFP z kurczaka | Aves Labs | GFP-1020 | Barwienie immunofluorescencyjne |
| Przeciwciało anty-c-Kit PE-Cy7 | BioLegend | 105814 | Progenitorzy układu krwiotwórczego |
| Mikroskop konfokalny | Leica | TCS SP5 | Używane do obrazowania fluorescencyjnego |
| Rury stożkowe (15 mL/ 50 mL) | Eppendorf | https://www.eppendorf.com/us-en/Products/Lab-Consumables/Lab-Tubes/Eppendorf-Tubes-BioBased-p-PF-4440301 | Przetwarzanie tkanek/komórek. Dostępne są różne marki. Wymieniony tutaj jest tylko przykładem. |
| Maszyna kryostatyczna | Leica | https://www.leicabiosystems.com/en-de/histology-equipment/cryostats/ | Generowanie zamrożonych przekrojów tkanek . Dostępne są różne marki. Wymieniony tutaj jest tylko przykładem. |
| Barwnik DAPI do jąder | Thermo Fisher Scientific | D1306 | Używane do barwienia żywotności i jąder |
| Mikroskop sekcujący | Leica | https://www.leica-microsystems.com/products/light-microscopes/stereo-microscopes/ | Używane do przycinania i przygotowywania igieł wstrzykujących. Dostępne są różne marki. Wymieniony tutaj jest tylko przykładem. |
| Sorter FACSAria Flow Cytometer | BD Bioscience | FACSAria | Oczyszczanie komórek |
| Fc block (oczyszczone CD16/32) | Biolegend | 101302 | Blokuje niechciane wiązanie przeciwciał z komórkami mysich wytwarzających receptory Fc |
| Płodowe surowica wołowa (FBS) | ThermoFisher Scientific | https://www.thermofisher.com/in/en/home/life-science/cell-culture/mammalian-cell-culture/fbs.html | Używane w buforach do przygotowywania komórek . Dostępne są różne marki. Wymieniony tutaj jest tylko przykładem. |
| Giętka rura do pipety ustnej | Różne | N/A | Komponent ręcznego urządzenia do wstrzykiwań |
| Oprogramowanie do analizy cytometrii przepływowej | FlowJo | v10.8.1 | Używane do analizy danych FACS |
| Sorter cytometrii przepływowej | BD Biosciences | FACSAria | Używane do oczyszczania komórek |
| GentleMACS Octo Dissociator z podgrzewaniem | Miltenyi Biotec | 130-096-427 | Używane do dysocjacji tkanki mózgowej |
| Przeciwciało wtórnego Alexa Fluor 488 kozła przeciwko kurczakowi | Thermo Fisher Scientific | A-11039 | Przeciwciało wtórne |
| Przeciwciało wtórnego Alexa Fluor 555 kozła przeciwko świnkom morski | Thermo Fisher Scientific | A-21428 | Przeciwciało wtórne |
| Przeciwciało wtórnego Alexa Fluor 647 kozła przeciwko królikom | Thermo Fisher Scientific | A-21245 | Przeciwciało wtórne |
| Przeciwciało wtórnego Alexa Fluor 647 kozła przeciwko szczurom | Thermo Fisher Scientific | A-48265 | Przeciwciało wtórne |
| Przeciwciało anty-tdTomato z świnki morskiej | Frontier Institute | AB_2631185 | Barwienie immunofluorescencyjne |
| Równoważony roztwór soli Hanksa (HBSS) | Gibco | 14175-079 | Używane podczas przygotowywania komórek |
| Hemocytometr | Różne | N/A | Liczenie komórek |
| Filtr wbudowany dla pipety ustnej | Różne | N/A | Zapobiega zanieczyszczeniu |
| Mikroszlifierka | Narishige | EG-400 | Używane do ścinania szkła igieł wstrzykujących |
| Wyciągarka do mikropipet | Sutter Instrument | P-1000 | Używane do generowania drobnych igieł wstrzykujących |
| Uchwyt do pipety ustnej | Różne | N/A | Używane do ręcznej kontroli wstrzykiwań |
| Zestaw do dysocjacji tkanki nerwowej (P) | Miltenyi Biotec | 130-092-628 | Używane do enzymatycznej dysocjacji tkanki mózgowej |
| Naczynia Petriego | Thermo Fisher Scientific | https://www.thermofisher.com/search/browse/category/us/en/90111022 | Używane do przechowywania wyciągniętych igieł lub zebranych tkanek. Dostępne są różne marki. Wymieniony tutaj jest tylko przykładem. |
| Przeciwciało anty-Iba1 z królika | Wako | 019-19741 | Marker mikrogleju |
| Przeciwciało anty-TMEM119 z królika | Abcam | 209064 | Marker specyficzny dla mikrogleju |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.