В последнее время наблюдается значительный интерес к роли микроглии и клеток, полученных из костного мозга (БМ) (БМДК) в центральной нервной системе (ЦНС), как во время болезни, так и при нормальном старении. В настоящее время известно, что микроглии, резидентные иммунные клетки ЦНС, развиваются в ЦНС после проникновения примитивных миелоидных предшественников во время эмбриогенеза. Микроглия сохраняет аспекты своей миеломоноцитарной линии и во взрослой жизни. Несмотря на то, что данные свидетельствуют о том, что вклад МПК в пул микроглии минимален у здоровых взрослых животных1, роль МПК в прогрессировании различных нейродегенеративных заболеваний остается неясной. Эта неопределенность усугубляется тем фактом, что трудно отличить МПК, которые накапливаются в ЦНС, от эндогенной резидентной микроглии, поскольку не было выявлено общепринятого дискриминирующего иммуногистохимического маркера. Для мониторинга МПК in vivo мы используем протокол трансплантации КМ (ТКМ), в соответствии с которым эндогенные клетки КМ мыши-реципиента заменяются клетками донорской мыши, повсеместно экспрессирующей зеленый флуоресцентный белок (GFP) под контролем промотора β-актина. Этот протокол позволяет определить как локализацию, так и морфологию GFP+ BMDC у мыши-реципиента с помощью иммуногистохимии, а также способствует дальнейшей характеристике этих клеток с помощью флуоресцентно-активируемой сортировки клеток (FACS) с последующим последующим биохимическим анализом.
Для успешной ТКМ клетки КМ реципиента должны быть абляированы (так называемая миелоабляция), чтобы создать пространство ниши внутри КМ реципиента, позволяющее приживить донорские клетки. Часто миелоабляция достигается с помощью гамма-облучения всего тела, которое вызывает двухцепочечные разрывы в ДНК, что приводит к гибели клеток, особенно в активно делящихся клетках, таких как гемопоэтические клетки-предшественники2,3. Протоколы облучения проводятся для того, чтобы вызвать достаточную гибель клеток КМ, чтобы привести к летальности животного, если животное-реципиент не достигает адекватного приживления донорских клеток от ТКМ (так называемое «летальное облучение»). Однако для облучения требуется специализированная установка и оборудование, а также ветеринарные и животноводческие ресурсы, недоступные исследователям во всех учреждениях. Кроме того, миелоаблативное облучение может вызвать потенциально смертельное повреждение других тканей, а из-за иммуносуппрезии облученные животные более восприимчивы к вторичныминфекциям. Таким образом, были разработаны схемы кондиционирования с пониженной интенсивностью (так называемые «протоколы RIC»), которые предназначены для минимизации потенциально токсичных побочных эффектов протокола кондиционирования у пациентов, особенно для использования в группах риска, таких как детии пожилые люди.
Некоторые протоколы RIC полагаются на химиотерапию, такую как бусульфан, для кондиционирования отсека BM. Бусульфан является бифункциональным алкилирующим агентом ДНК, часто используемым в клинической практике в качествеальтернативы облучению. Примечательно, что бусульфан можно безопасно вводить мышам путем внутрибрюшинной инъекции (IP) и он не требует специализированных помещений и оборудования, необходимых для облучения мышей. Кондиционирование бусульфаном широко использовалось в нашей лаборатории7, а также в нескольких других недавних публикациях8–11. При использовании доз 60-100 мг/кг в периферической крови и КМ 7 могут устанавливаться высокие степени стабильного химеризма (>80% GFP+клеток). Важно отметить, что при таких дозах миелоабляция не является полной, и поэтому мыши способны выживать без получения поддерживающих клеток КМ (K. Peake, J. Manning, C. Lewis, and C. Krieger, неопубликованные наблюдения). Кроме того, при миелосупрессивном кондиционировании бусульфаном происходит быстрое восстановление миеломоноцитарных клеток периферической крови донорскими клетками. Тем не менее, замещение лимфоцитов периферической крови донорскими клетками происходит медленнее, что подчеркивает отсутствие иммуносупрессии, которая возникает при дозах бусульфана 60-100 мг/кг по сравнению собщим облучением организма.
Мы успешно использовали химеризм, индуцированный бусульфаном, для исследования BMDC у мышей дикого типа, а также на мышиных моделях нейродегенеративных расстройств бокового амиотрофического склероза (БАС)7 и болезни Альцгеймера. Было замечено, что при определенных условиях значительное количество GFP+ BMDC накапливается в пределах ЦНС7,12. Важно отметить, что, как и миелоаблативное кондиционирование с облучением, бусульфановое кондиционирование с последующей ТКМ достаточно для того, чтобы обеспечить накопление GFP+ BMDC в ЦНС как у мышей дикого типа, так и у мышей с неврологическими расстройствами7–11. В качестве основного препятствия в лечении нейродегенеративных расстройств является способность доставлять терапевтические молекулы из кровотока в ЦНС, где они могут оказывать благотворное воздействие, что повышает вероятность того, что BMDC могут быть сконструированы для экспрессии терапевтических молекул и впоследствии использованы в качестве средства доставки терапевтических средств в ЦНС реципиентов с бусульфаном. Механизм, который мы активно изучаем. Несмотря на то, что мы обнаружили, что миелоаблативное кондиционирование с облучением приводит к большему накоплению GFP+ BMDC в ЦНС по сравнению с бусульфаном7, облучение может иметь значительную токсичность у пациентов с нейродегенеративными расстройствами и в мышиных моделях заболевания ЦНС.
Хотя мы, и многие другие, использовали модели ТКМ для изучения БМДК при нейродегенеративных расстройствах, возможность в значительной степени заменить БМ-компартмент мыши-реципиента четко идентифицируемой популяцией БМ-клеток является бесценным инструментом для изучения различных аспектов кроветворной системы. Это включает в себя широкий спектр исследовательских тем, таких как развитие гемопоэтической линии, лейкемия, трансплантация органов, реакция «трансплантат против хозяина» и иммунобиология.