Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Modellierung der Multiplen Sklerose bei beiden Geschlechtern: MOG35-55-induzierte experimentelle Autoimmunenzephalomyelitis

Published: October 13, 2023 doi: 10.3791/65778
Automatic Translation
1,2, 1,2,3, 1,2, 1,4
1Neuroscience Institute Cavalieri Ottolenghi (NICO), 2Department of Neuroscience “Rita Levi-Montalcini”, University of Turin, 3School of Pharmacy, Pharmacology Unit, University of Camerino, 4Koelliker Hospital

ERRATUM NOTICE

Summary

Die experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis ist eines der am weitesten verbreiteten murinen Modelle der Multiplen Sklerose. Im aktuellen Protokoll werden C57BL/6J-Mäuse beiderlei Geschlechts mit dem Myelin-Oligodendrozyten-Glykoproteinpeptid immunisiert, was hauptsächlich zu einer aufsteigenden Parese des Schwanzes und der Gliedmaßen führt. Hier besprechen wir das Protokoll der EAE-Induktion und -Auswertung.

Abstract

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronische, entzündliche Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS). Sie ist gekennzeichnet durch eine unterschiedliche Prävalenz in den Geschlechtern, von denen mehr Frauen als Männer betroffen sind, und durch unterschiedliche Verläufe, die bei Männern aggressivere Formen aufweisen als bei Frauen. Darüber hinaus ist MS sehr heterogen in Bezug auf klinische Aspekte, radiologische und pathologische Merkmale. Daher ist es notwendig, experimentelle Tiermodelle zu nutzen, die es ermöglichen, so viele Aspekte der Pathologie wie möglich zu untersuchen. Die experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis (EAE) stellt eines der am häufigsten verwendeten MS-Modelle bei Mäusen dar und modelliert verschiedene Krankheitsmerkmale, von der Aktivierung des Immunsystems bis hin zu ZNS-Schäden. Hier beschreiben wir ein Protokoll zur Induktion von EAE in männlichen und weiblichen C57BL/6J-Mäusen unter Verwendung der Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein-Peptid-35-55-Immunisierung (MOG35-55), die zur Entwicklung einer chronischen Form der Krankheit führt. Wir berichten auch über die Auswertung des täglichen klinischen Scores und der motorischen Leistung dieser Mäuse für 28 Tage nach der Immunisierung (28 dpi). Abschließend erläutern wir einige grundlegende histologische Analysen auf ZNS-Ebene, wobei wir uns auf das Rückenmark als primären Ort der krankheitsbedingten Schädigung konzentrieren.

Introduction

Multiple Sklerose (MS) ist eine chronische, entzündliche Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS). Es zeigt das Vorhandensein einer perivaskulären Infiltration von Entzündungszellen, Demyelinisierung, axonalen Verlust und Gliose1. Die Ätiologie ist nach wie vor unbekannt, und ihre klinischen Aspekte, Röntgen- und pathologischen Merkmale deuten auf eine bemerkenswerte Heterogenität der Erkrankung hin2.

Aufgrund der unbekannten Ätiologie und Komplexität gibt es derzeit kein Tiermodell, das alle klinischen und radiologischen Merkmale der humanen MS rekapituliert 3,4. Es werden jedoch verschiedene Tiermodelle verwendet, um verschiedene Aspekte von MS 3,4 zu untersuchen. In diesen Modellen ist die Initiierung der Krankheit in der Regel extrem künstlich, und der Zeitrahmen für das Auftreten klinischer Symptome ist zwischen Menschen und Mäusen unterschiedlich. Beim Menschen beispielsweise bleiben die pathophysiologischen Prozesse, die der Krankheit zugrunde liegen, jahrelang unentdeckt, bevor klinische Manifestationen auftreten. Umgekehrt können die Experimentatoren Symptome im Tiermodell innerhalb von Wochen oder sogar Tagen nach der MS-Induktion feststellen4.

Drei grundlegende Tiermodelle zeigen die für MS charakteristischen Merkmale der Demyelinisierung: virusinduzierte (z. B. Theiler-murine Enzephalomyelitis-Virus), solche, die durch toxische Wirkstoffe induziert werden (z. B. Cuprizon, Lysolecithin) und die verschiedenen Varianten der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE)5. Jedes Modell hilft bei der Untersuchung einiger spezifischer Facetten der Krankheit, aber keines repliziert alle Merkmale von MS6. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, das richtige Modell unter Berücksichtigung der spezifischen experimentellen Anforderungen und der zu beantwortenden wissenschaftlichen Fragen auszuwählen.

Dank Immunisierungsverfahren gegen Myelin-abgeleitete Antigene wird EAE durch das Auslösen einer Autoimmunantwort auf ZNS-Komponenten in anfälligen Mäusen induziert. Das Zusammenspiel zwischen einer Vielzahl von immunpathologischen und neuropathologischen Mechanismen führt bei den immunisierten Mäusen zur Entwicklung der wichtigsten pathologischen Merkmale der MS (d. h. Entzündung, Demyelinisierung, axonaler Verlust und Gliose) 7,8. Mäuse zeigen etwa in der zweiten Woche nach der Impfung klinische Symptome und zeigen in der Regel eine aufsteigende Lähmung vom Schwanz bis zu den Gliedmaßen und Vordergliedmaßen. Der klinische Score (d.h. die Quantifizierung der Anhäufung krankheitsbedingter Defizite) wird in der Regel anhand einer 5-Punkte-Skala7 bewertet.

Eine aktive Immunisierung mit Protein oder Peptid oder ein passiver Transfer von enzephalitogenen T-Zellen kann verwendet werden, um EAE bei Mäusen mit unterschiedlichem genetischen Hintergrund (z. B. SJL/J, C57BL/6 und nicht-adipös-diabetische (NOD) Mäuse) zu induzieren. Das Myelin-Proteolipidprotein (PLP), das Myelin-Basisprotein (MBP) und das Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein (MOG) sind Beispiele für Selbst-ZNS-Proteine, aus denen normalerweise Immunogene hergestellt werden. Insbesondere SJL/J-Mäuse, die mit dem immundominanten Epitop von PLP (PLP139−151) immunisiert wurden, entwickeln einen schubförmig-remittierenden (RR) Krankheitsverlauf, während C57BL/6J-Mäuse, die mit dem immundominanten MOG35-55-Peptid immunisiert wurden, EAE chronischer Natur zeigen1. Trotz einiger Einschränkungen, wie z.B. sehr wenig Informationen über das Fortschreiten der MS, die Rolle der B-Zellen in der Krankheit, die Inside-Out-Mechanismen oder Schwierigkeiten bei der Untersuchung der Remyelinisierung, haben die EAE-Modelle enorm zum Verständnis von Autoimmun- und neuroinflammatorischen Prozessen beigetragen, das Wissen auf dem Gebiet der MS erweitert und so die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze für diese Krankheit ermöglicht4. 6. Anmelden

In der vorliegenden Arbeit konzentrierten wir uns auf eine bestimmte Form von aktivem EAE, das Myelin-Oligodendrozyten-Glykoproteinpeptid 35-55 (MOG35-55)-induzierte Form 9,10,11,12. Die MOG35-55-induzierte EAE modelliert eine chronische Form der MS. Nach der Immunisierung durchlaufen die Mäuse innerhalb der ersten Woche nach der Immunisierung eine asymptomatische Phase, dann tritt die Krankheit typischerweise in der zweiten Woche nach der Immunisierung auf, während die Krankheit zwischen der dritten und vierten Woche nach der Immunisierung chronisch wird, ohne dass eine vollständige Genesung von den angesammelten Defiziten möglichist 7,8,13. Interessanterweise werden in den meisten der in der Literatur vorhandenen Studien keine Unterschiede zwischen Männern und Frauen in Bezug auf Inzidenz, Krankheitsbeginn, -verlauf oder -progression beobachtet14, auch wenn weniger Studien die Krankheit bei Männern und Frauen vergleichen.

Im Gegensatz dazu sind diese Parameter beim Menschen als stark sexuell dimorphbekannt 2. MS betrifft mehr Frauen als Männer; Männer entwickeln jedoch in der Regel eine aggressivere Form der Krankheit2. Diese Beweise deuten auf eine wesentliche und komplexe Rolle der Gonadenhormone hin15; Dennoch sind die Rolle und der Wirkmechanismus von Sexualhormonen in der Pathologie noch unklar. Darüber hinaus unterstützen Daten aus Tiermodellen die Idee, dass sowohl Östrogene als auch Androgene auf geschlechtsspezifische Weise positive Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der Pathologie ausüben16,17.

Einige Studien deuten auch auf neuroprotektive, promyelinisierende und entzündungshemmende Wirkungen von Progesteronhin 18 , und obwohl die Evidenz bei MS-Patienten spärlich ist18, könnten neuroaktive Steroide (d. h. de novo synthetisierte Steroide des Nervensystems, wie Pregnenolon, Tetrahydroprogesteron und Dihydroprogesteron) auch den pathologischen Verlauf beeinflussen19. Zusammengenommen unterstützen diese Daten die Idee, dass Sexualhormone, die sowohl peripher als auch im ZNS produziert werden, eine wichtige und geschlechtsspezifische Rolle beim Ausbruch und Fortschreiten der Krankheit spielen. Daher drängen wir in der vorliegenden Arbeit darauf, getrennte Daten sowohl von männlichen als auch von weiblichen Tieren zu sammeln.

Aus histopathologischer Sicht dient die weiße Substanz des Rückenmarks als Hauptlokalisation der ZNS-Schädigung in diesem Modell, das durch multifokale, konfluente Regionen mononukleärer entzündlicher Infiltration und Demyelinisierung gekennzeichnet ist8. Bei der Beschreibung dieses Protokolls zur Induktion von MOG35-55-induzierter EAE in C57BL/6J-Mäusen werden wir daher den Krankheitsverlauf bei beiden Geschlechtern berücksichtigen und einige histopathologische Einblicke in das Rückenmark geben.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Die Pflege und Handhabung der Tiere in der vorliegenden Arbeit erfolgte gemäß der Richtlinie des Rates der Europäischen Union vom 22. September 2010 (2010/63/EU); Alle in der vorliegenden Studie berichteten Verfahren wurden vom italienischen Gesundheitsministerium (407/2018-PR) und von der Ethikkommission der Universität Turin (Projekt Nr. 360384) genehmigt. Wir schlagen vor, das Versuchsdesign an die ARRIVE-Richtlinien anzupassen, die ursprünglich von Kilkenny et al. im Jahr 2010 veröffentlicht wurden20. Bevor Sie beginnen, stellen Sie sicher, dass die erforderlichen Materialien verfügbar sind (siehe Materialtabelle). Sterilisieren Sie alle Gläser und Utensilien, die für die Herstellung der MOG35-55-Emulsion verwendet werden, in einem Autoklaven. Eine Zusammenfassung der experimentellen Verfahren ist in Abbildung 1 dargestellt.

1. Herstellung der MOG35-55 Emulsion

HINWEIS: Zur Herstellung der Emulsion sind MOG35-55, ein unvollständiges Freud-Adjuvans (IFA), Mycobacterium tuberculosis-Stamm H37Ra (MT) und eine physiologische Lösung erforderlich (siehe Materialtabelle).

VORSICHT: Hitzeabgetötete MT kann die angeborene Immunantwort stimulieren. Vermeiden Sie das Einatmen, Verschlucken und den Kontakt mit Haut und Augen, verwenden Sie geeignete persönliche Schutzausrüstung und wiegen Sie MT in einer abgedeckten Präzisionswaage unter der Haube.

Lösung Zusammensetzung Notizen
2 mg/ml MOG35-55 Peptidlösung Gefriergetrocknetes MOG35-55-Peptid, verdünnt in physiologischer Lösung in einer Konzentration von 2 mg/ml Konservieren Sie die bereits verdünnte Lösung bei -80 °C.
5 μg/ml PT-Lösung Gefriergetrocknetes PT, verdünnt in physiologischer Lösung mit einer Konzentration von 5 μg/ml. Konservieren Sie die bereits verdünnte Lösung bei -80 °C.
Emulsion Das Gesamtvolumen der Emulsion, die für jede zu immunisierende Maus benötigt wird, beträgt 300 μl, aufgeteilt wie folgt: Um Veränderungen oder Kontaminationen zu vermeiden, bereiten Sie die Emulsion am Tag der Immunisierung vor.
200 μg/Maus MOG35-55 , d. h. 100 μl MOG35-55 2 mg/ml-Lösung.
50 μl physiologische Lösung
150 μl IFA
4 mg/ml MT, d. h. 1,2 mg/Maus
Physiologische Lösung Natriumchlorid 0,9% verdünnt in destilliertem Wasser.

Tabelle 1: Zusammensetzung der für das Impfverfahren verwendeten Lösungen.

  1. Bereiten Sie die Lösung in einem Glasbecherglas vor, indem Sie zuerst die flüssige Komponente und schließlich das MT hinzufügen.
    HINWEIS: Das Gesamtvolumen der Emulsion, die für jede zu immunisierende Maus benötigt wird, beträgt 300 μl, aufgeteilt wie in Tabelle 1 angegeben. Die Emulsion ist sehr viskos und dickflüssig, so dass es während des Präparations- und Injektionsverfahrens zu einem gewissen Verlust kommen kann, insbesondere bei der Herstellung der Lösung für einige Mäuse. Wir schlagen vor, das endgültige Volumen der benötigten Emulsion zu berechnen, indem die Anzahl der zu immunisierenden Mäuse um mindestens das 1,5-2-fache überschätzt wird.
  2. Stellen Sie das Becherglas in Eis und verwenden Sie die Glasspritze mit einer 18-G-Nadel, um die Lösung zu emulgieren.
    ANMERKUNG: Die Emulsion kann auch mit anderen Strategien hergestellt werden, z. B. durch Verbinden der beiden luftfreien Glasspritzen mit einem Dreiwegehahn und Mischen der Lösung durch Hin- und Herschieben der Kolben21,22.
  3. Emulgieren Sie die Lösung für mindestens 15 Minuten; In der Regel reichen 30 Minuten Emulgierung aus. Um die Qualität der Emulsion zu überprüfen, geben Sie einen Tropfen Emulsion in einen transparenten, mit Wasser gefüllten Behälter: Wenn der Tropfen seine Struktur behält und intakt bleibt, ist die Emulsion fertig.
  4. Geben Sie die Emulsion direkt in die 1-ml-Spritzen, die für die Immunisierung verwendet werden, und lagern Sie diese bis zur Verwendung bei +4 °C, um die Dicke der Emulsion zu erhalten und Veränderungen oder Verunreinigungen zu vermeiden.

2. Tierselektion und Immunisierung

  1. Auswahl der Tiere
    1. Wählen Sie erwachsene C57BL/6J-Mäuse beiderlei Geschlechts im Alter von 8-10 Wochen mit einem optimalen Körpergewicht von ~20 g aus. Achten Sie darauf, alters- und geschlechtsgleiche Mäuse für verschiedene Versuchsgruppen auszuwählen, da die Anfälligkeit für Krankheiten je nach Alter und Geschlecht variieren kann.
      HINWEIS: Mäuse sollten am Tag der Impfung ein vergleichbares Körpergewicht haben, da das vorliegende Verfahren für einen bestimmten Körpergewichtsbereich (17-25 g) optimiert ist.
    2. Halten Sie gleichgeschlechtliche Tiere in Gruppen (n = 4-5/Käfig), um eine soziale Isolation unter Standardbedingungen in 45 cm x 25 cm x 15 cm großen Polypropylen-Mäusekäfigen bei 22 ± 2 °C zu vermeiden, unter 12:12 Hell/Dunkel-Zyklus (Licht an um 08:00 Uhr). Stellen Sie Nahrung und Wasser ad libitum zur Verfügung.
      ANMERKUNG: Um die potentielle Variabilität des Krankheitsverlaufs bei den immunisierten Tieren weiter einzuschränken, schlagen wir auch vor, ausreichend zahlreiche Versuchsgruppen zu bilden. Es gibt auch Studien 8,23, die den Zeitpunkt der Immunisierung als eine Bedingung beschreiben, die die Variation des EAE-Ergebnisses bestimmt. Daher schlagen wir vor, die Immunisierung bei allen Tieren ungefähr zur gleichen Stunde durchzuführen, vorzugsweise während der Lichtstunden des täglichen Hell-Dunkel-Zyklus23. Um den Stress zu begrenzen, ist es vorzuziehen, die Tiere vor dem Tag der Impfung zu manipulieren und sie zu markieren, um sie für die tägliche Auswertung leicht identifizieren zu können, z. B. durch Ohrclipping oder Markierung.
  2. Das Impfverfahren
    HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass das Verfahren von einem erfahrenen Prüfarzt durchgeführt wird, um den Stress für die Tiere zu minimieren und die Immunisierung zu optimieren. Bevor Sie mit der Impfung beginnen, wählen Sie die Anästhesiemethode in Übereinstimmung mit den Richtlinien der institutionellen Tierpflege und der Ethikkommission. Unser Labor verwendet eine Kurzanästhesie mit Isofluran.
    1. Betäuben Sie die Maus: 4 % Isofluran für die Anästhesieeinleitung und 1,5-2 % Isofluran für die Aufrechterhaltung der Anästhesie. Warten Sie, bis die Anästhesie wirksam ist, und drücken Sie die Zehen hinten und vorne ein, um den Grad der Anästhesie zu beurteilen. Um das Austrocknen der Augen während der Narkose der Maus zu verhindern, verwenden Sie eine vom Tierarzt zugelassene Augensalbe.
    2. PT intravenöse Injektion in die laterale kaudale Vene: Verstopfen Sie den Schwanz der Maus vorsichtig mit einer Ethanollösung, die als Vasodilatator wirkt, um die Venen sichtbar zu machen. Konzentrieren Sie sich auf eine der beiden seitlichen Venen des Schwanzes und injizieren Sie mit einer 0,5-ml-Spritze mit einer 30-G-Nadel 500 ng PT (d. h. 100 μl PT, verdünnt in physiologischer Lösung mit einer Konzentration von 5 μg/ml).
    3. Subkutane Injektion der MOG35-55-Emulsion : Führen Sie mit der 1-ml-Spritze mit einer 26-G-Nadel drei subkutane Injektionen der zuvor hergestellten Emulsion durch: zwei unter den rostralen Teil der Flanken und eine an den Schwanzansatz. Das Volumen der Emulsion, die an jeder Stelle injiziert wird, beträgt 100 μl, was einem Gesamtvolumen von 300 μl Emulsion entspricht, die in jede Maus injiziert wird.
      HINWEIS: Der Tag der Impfung wird als Tag 0 nach der Immunisierung (dpi) aufgezeichnet. 48 Stunden später (d.h. bei 2 dpi) ist es notwendig, eine weitere intravenöse Injektion von PT durchzuführen, die der zuvor durchgeführten entspricht. Es ist möglich, die Injektion ohne Anästhesie mit einem Maushalter durchzuführen. Das hier beschriebene Verfahren zielt darauf ab, die Betäubung der Mäuse während des Immunisierungsverfahrens zu induzieren und aufrechtzuerhalten, um mögliche Beschwerden und Bewegungen der Tiere oder Risiken sowohl für Mäuse als auch für Prüfer zu vermeiden. Somit gibt es keine chirurgischen Eingriffe. Um die experimentellen Abläufe zu optimieren, ist es jedoch wichtig, während dieser Schritte angemessene sterile Bedingungen aufrechtzuerhalten und den Zustand der Maus nach diesen Eingriffen zu überwachen.
    4. Um zu überprüfen, ob sich die Maus von den Injektionen erholt hat, setzen Sie sie nach den Eingriffen in einen sauberen Käfig und warten Sie, bis sie wieder genügend Bewusstsein erlangt hat, um das Brustbein zu halten. Nachdem sich die Maus vollständig erholt hat, setzen Sie sie mit anderen Tieren in den häuslichen Käfig zurück.

3. EAE-Follow-up

  1. Körpergewicht und Nahrungsaufnahme
    1. Überwachen Sie täglich das Körpergewicht (KG) der Tiere mit einer elektronischen Präzisionswaage, da die Abnahme des BW ein Indikator für das Fortschreiten der Krankheit ist.
      HINWEIS: Dieser Rückgang sollte gemäß den Richtlinien des institutionellen und ethischen Komitees für die Tierpflege einen bestimmten Prozentsatz nicht überschreiten. Wenn ein Tier mehr als 20 % des ursprünglichen Körpergewichts verliert (d. h. das bei 0 dpi gemessene Gewicht), sollte es in der Regel als Anwendung des humanen Endpunkts geopfert werden. Die Euthanasie-Methoden beinhalten eine tiefe irreversible Anästhesie zur Inhalation (z. B. 5% Isofluran) mit anschließender Enthauptung.
    2. Überwachen Sie die Nahrungsaufnahme (FI) - das Futter, das ein Tier an einem Tag (g∙Tag-1∙Tier-1) gefressen hat, wiegen Sie die Futtermenge in dem spezifischen Behälter mindestens einmal pro Woche und teilen Sie die Menge des gefressenen Futters für die verstrichenen Tage auf zwei aufeinanderfolgende Messungen und die Anzahl der im Käfig vorhandenen Tiere auf.
      HINWEIS: Diese Messung ermöglicht die Schätzung der durchschnittlichen Nahrungsaufnahme. Aufgrund des Auftretens und der Häufung klinischer Krankheitssymptome, die mit einer Lähmung der Gliedmaßen einhergehen, empfehlen wir, etwas getränktes Futter auf den Boden des Käfigs zu legen, wenn die Tiere nicht in der Lage sind, fest auf ihren Hinterbeinen zu stehen und den Futterbehälter oder die Wasserflasche zu erreichen. Um die Nahrungsaufnahme während der Nachbeobachtungszeit so genau wie möglich beurteilen zu können, haben wir auch das Trockengewicht dieses Futters gemessen, bevor wir es für die Mäuse benetzt haben.
  2. Bewertung der Östruszyklizität während der EAE
    1. Überprüfen Sie den Östruszyklus für mindestens zwei Zyklen und werten Sie die vaginalen zytologischen Abstriche aus, wie von McLean et al.24 beschrieben. Klassifizieren Sie die Phase des Brunstzyklus basierend auf dem Vorhandensein von drei primären Zelltypen - kernhaltige Epithelzellen, verhornte Plattenepithelzellen und Leukozyten - in den vaginalen Abstrichproben wie folgt:
      1. Die Klassifizierung als Proöstrus basiert auf einem fast ausschließlichen Vorhandensein von Clustern von runden, gut ausgebildeten kernhaltigen Epithelzellen.
      2. Die Klassifizierung als Brunst basiert auf dem vorherrschenden Vorhandensein dicht gepackter Cluster von verhornten Plattenepithelzellen.
      3. Die Klassifizierung als Metestrus basiert auf dem überwiegenden Vorhandensein kleiner, dunkel gefärbter Leukozyten und dem geringen Vorhandensein von verhornten Plattenepithelzellen.
      4. Die Klassifizierung als diestrus basiert auf dem überwiegenden Vorhandensein von kleinen, dunkel gefärbten Leukozyten und seltenen verhornten Plattenepithelzellen zusammen mit dem möglichen Auftreten von kernhaltigen Epithelzellen.
        HINWEIS: Bei der Beurteilung der Erkrankung bei beiden Geschlechtern ist es wichtig, die Variabilität bei Frauen aufgrund des Brunstzyklus zu überprüfen. Wir empfehlen, sich auf die Bewertung des Brunstzyklus zu konzentrieren, insbesondere zwischen der ersten und der zweiten Woche nach der Immunisierung (d. h. während der akuten Phase der EAE). Es wurde bereits gezeigt, dass das Immunisierungsverfahren innerhalb dieser Phase die stärksten Veränderungen des Östruszyklus verursacht25. Darüber hinaus ist es wichtig zu bedenken, dass die Durchführung des Abstrichs, wenn das Tier einen hohen klinischen Wert (insbesondere >3) erreicht, aufgrund der hinteren Parese und des fehlenden Tonus in den Hintergliedmaßen schwierig ist.
  3. Klinischer Score
    1. Lassen Sie einen verblindeten Prüfarzt täglich den klinischen Score der Tiere bewerten. Weisen Sie jedem Tier eine Punktzahl von 0 bis 5 zu (siehe Tabelle 2), um den Krankheitsverlauf26 zu bewerten, wie in Racke7 beschrieben.
      HINWEIS: Ähnlich wie bei der Abnahme des Körpergewichts ist auch für die Erhöhung der klinischen Werte ein humaner Endpunkt erforderlich, gemäß den Richtlinien des institutionellen und ethischen Komitees für die Tierpflege. Wenn ein Tier nicht mehr in der Lage ist, sich selbstständig zu ernähren (dies geschieht normalerweise, wenn ein Tier mindestens die Punktzahl 4 erreicht, gemäß der von uns verwendeten Skala), sollte dies als Anwendung des humanen Endpunkts geopfert werden.
  4. Bewertung der Motorleistung durch Rotarod-Test
    HINWEIS: Die Bewertung der EAE-Progression erfolgt in der Regel durch tägliche Zuweisung des klinischen Scores, die von einem vollständig ausgebildeten, verblindeten Prüfarzt durchgeführt wird. Es könnte jedoch sinnvoll sein, sie mit einer quantitativeren und objektiveren Bewertung des Krankheitsverlaufs zu flankieren. In einer früheren Studie26 wurde der Rotarod-Test verwendet, um die motorische Leistungsfähigkeit der immunisierten Tiere zu messen. Wie von van den Berg et al.27 beschrieben, kann die Bewertung der motorischen Leistung durch den Rotarod-Test die Beurteilung des klinischen Scores unterstützen, um eine quantitativere und präzisere klinische Bewertung des Krankheitsverlaufs zu erhalten. Für eine detaillierte Beschreibung siehe van den Berg et al.27.
    1. Lassen Sie die Mäuse täglich Rotarod-Sitzungen durchführen, beginnend mit 1 dpi bis zur Opferung (d. h. 28 dpi). Jede Sitzung besteht aus einer einzigen 300-Sekunden-Sitzung, bei der die Rutendrehzahl linear von 4 auf 40 U/min erhöht werden muss.
    2. Registrieren Sie die Punktzahl des Tieres. Wenn die Maus nicht in der Lage ist, ihr Gleichgewicht zu halten und vom Gerät fällt, fällt sie auf den Boden und löst einen Sensor aus, und die Zeit(en) wird aufgezeichnet. Somit wird die Leistung als Latenz zum Fallen(n) gewertet.

Grad Klinisches Zeichen Beschreibung
0 Gesund Keine beobachteten klinischen Symptome. Das Tier zeigt einen normalen Tonus und eine Bewegung des Schwanzes. Er läuft, ohne zu stolpern.
0.5 Beeinträchtigtes Tor Das Tier stolpert beim Laufen auf einem Grill.
1 Schlaffer Schwanz Wenn das Tier an der Basis des Schwanzes aufgenommen wird, hängt der Schwanz herunter (schlaffer Schwanz).
1.5 Limpender Schwanz und beeinträchtigtes Tor Das Tier zeigt einen schlaffen Schwanz und stolpert beim Gehen auf einem Grill.
2 Ataxie Das Tier zeigt Schwierigkeiten beim Aufstehen, sobald es auf den Rücken gedreht wurde.
2.5 Ataxie und Parese der Hintergliedmaßen Das Tier kann nicht mehr aufstehen, sobald es auf den Rücken gedreht wurde, und es verliert den Tonus eines seiner Hintergliedmaßen.
3 Lähmung der Hintergliedmaßen Das Tier verliert den Tonus beider Hintergliedmaßen.
3.5 Lähmung der Hintergliedmaßen und/oder Parese der Vordergliedmaßen Das Tier verliert den Tonus beider Hintergliedmaßen und teilweise der Vordergliedmaßen. Tatsächlich zeigt es einen Kraftverlust im Griff der Vordergliedmaßen.
4 Tetra-Parese Das Tier verliert vollständig den Tonus seiner Gliedmaßen.
4.5 Tetraparese und verminderte Körpertemperatur Das Tier verliert vollständig den Tonus seiner Gliedmaßen und zeigt eine Abnahme der Körpertemperatur (es ist kalt).
5 Sterbend oder tot Das Tier liegt im Sterben (es reagiert auf keinen Reiz) oder ist tot.

Tabelle 2: Klinisches Scoring-System zur Beurteilung der EAE-Progression.

4. Evaluation von EAE-induzierten histopathologischen Symptomen auf Rückenmarksebene

HINWEIS: Hier berichten wir kurz über das Verfahren zur Opferung der Tiere und zur Entnahme des Rückenmarks, um eine histopathologische Analyse durchzuführen. Eine detaillierte Beschreibung finden Sie in den Referenzen 10,26,28,29.

  1. Fixierung und Gewebeentnahme
    HINWEIS: Eine detaillierte Beschreibung finden Sie in diesen Referenzen10,26.
    1. Opfern Sie die Tiere während der chronischen Phase der Krankheit mit 28 dpi.
      1. Anästhesie der Mäuse durch tiefe irreversible Anästhesie (intraperitoneale Injektion von Zolazepam und Tiletamin 80 mg/kg / Xylazin 10 mg/kg).
      2. Transkardiale Perfusion der Mäuse mit einer Kochsalzlösung, gefolgt von einer 4%igen Paraformaldehyd (PFA)-Lösung.
        HINWEIS: Seien Sie vorsichtig bei der Verwendung von PFA: Da es giftig ist, vermeiden Sie das Einatmen, Verschlucken und den Kontakt mit Haut und Augen mit geeigneter persönlicher Schutzausrüstung. Wiegen Sie das Pulver, bereiten Sie die Lösung vor und führen Sie die Perfusion unter der Haube durch.
    2. Entfernen Sie das Rückenmark aus der Wirbelsäule30.
    3. Lagern Sie das Rückenmark 24 Stunden lang in einer 4%igen PFA-Lösung.
    4. Führen Sie mehrere Wäschen in 0,01 M Salzphosphatpuffer (PBS) durch.
    5. Das Rückenmark in Paraffinblöcke einbetten30.
  2. Histologische Verfahren
    HINWEIS: Eine detaillierte Beschreibung finden Sie unter Montarolo et al.10.
    1. Mit einem Mikrotom 10 μm dicke Querschnitte des Rückenmarks schneiden und auf mit Gelatine beschichteten Objektträgern sammeln. Richten Sie die Schnittebene so aus, dass sie mit den Zeichnungen übereinstimmt, die den Querschnitten des Rückenmarksatlas31 der Maus entsprechen.
    2. Führen Sie die Entparaffinierung der Abschnitte32 durch.
    3. Färben Sie den Abschnitt mit Hämatoxylin und Eosin32.
    4. Dehydrieren Sie die Abschnitte32.
    5. Decken Sie die Abschnitte mit einem Eindeckmedium ab und lassen Sie sie bei Raumtemperatur unter einer chemischen Haube trocknen.
      ANMERKUNG: Die Hämatoxylin-Eosin-Färbung ermöglicht den Nachweis des Vorhandenseins von perivaskulären entzündlichen Infiltraten (PvIIs)26, die als Zeichen der Krankheit bewertet werden28.
  3. Quantitative Analyse von Rückenmarksschnitten
    1. Erfassen Sie Bilder der gefärbten Schnitte mit einem optischen Mikroskop, das an eine Digitalkamera mit einem 20-fach-Objektivangeschlossen ist 29.
    2. Analysieren Sie das aufgenommene Bild, um die Anzahl der PvIIs zu erhalten, ausgedrückt als Anzahl der Infiltrate promm2.
      HINWEIS: Für die Analyse der aufgenommenen Bilder ist es sinnvoll, die Vorteile einer Bildanalysesoftware zu nutzen. Die in dieser Arbeit vorgestellten neuropathologischen Befunde werden in 10 vollständigen Querschnitten des Rückenmarks pro Maus (n = 8/Gruppe) quantifiziert, die repräsentativ für das gesamte Rückenmark sind.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

EAE-Nachsorge nach der Immunisierung
Dies wurde wie nachfolgend beschrieben bewertet.

Körpergewicht und Nahrungsaufnahme
Die bidirektionale Varianzanalyse (ANOVA) (Geschlecht und Zeit als unabhängige Variablen) zeigt eine Abnahme des BW von EAE-Tieren beiderlei Geschlechts, insbesondere innerhalb der zweiten Woche nach der Induktion (F(1,57) = 4,952, p < 0,001; Abbildung 2A). Der Sexualdimorphismus bei BW bleibt jedoch immer erhalten (Abbildung 2A). Bezogen auf den prozentualen Anteil des BW (F(1,57) = 23,935, p < 0,001; Abbildung 2B) zeigen sowohl Männer als auch Frauen einen enormen Verlust zwischen 12 dpi und 17 dpi (p < 0,001) im Vergleich zum anfänglichen BW, überschreiten aber nie einen Gesamtverlust von 20 % (Abbildung 2B). Obwohl der BW-Verlust vor dem Ausbruch der Krankheit beginnt, erreicht er sein Maximum während der akuten Phase der EAE (Abbildung 2A,B). Es gibt keine Unterschiede zwischen den Geschlechtern in Bezug auf den BW-Verlust. Frauen neigen jedoch dazu, früher mehr Gewicht zu verlieren und sich während der chronischen Phase (dritte-vierte Woche nach der Induktion) weniger zu erholen (Abbildung 2B).

Darüber hinaus zeigt auch die Zwei-Wege-ANOVA (Geschlecht und Zeit als unabhängige Variablen) eine signifikante Abnahme der FI (F(9, 39) = 6,682, p < 0,001; Abbildung 2C) bei beiden Geschlechtern, insbesondere in der zweiten Woche nach der Immunisierung, als Folge eines erhöhten Schweregrads der EAE, der es für das Tier schwieriger machte, an das Futter zu gelangen, das sich im oberen Behälter des Käfigs befand. Wie von uns vorgeschlagen, wurde das Futter anschließend auf den Käfigboden gelegt, um den weiteren Stress für die Tiere zu reduzieren. Dies ermöglichte es dem FI, zu den Ausgangswerten zurückzukehren (Abbildung 2C) und das BW sich teilweise zu erholen (Abbildung 2A,B).

Bewertung des Östruszyklus bei den Frauen
Der Vergleich zwischen der Zeit, die in den verschiedenen Phasen des Östruus verbracht wurde, wurde mit dem Student's t-Test durchgeführt. Die Analyse zeigt Unterschiede in der Zeit, die in den Estralphasen (d. h. Proöstrus und Östrus) verbracht wurde, im Vergleich zu der Zeit, die in der nicht-estralen Phase (d. h. Metestrus und diestrus) zwischen der asymptomatischen Phase (vor dem Einsetzen der EAE) und der symptomatischen Phase (nach dem Einsetzen der EAE) verbracht wurde (p = 0,042; Abbildung 2D), hauptsächlich aufgrund einer Zunahme der Zeit, die in der Diestrus während der symptomatischen Phasen verbracht wird (p = 0,017) und einer Tendenz zur Verkürzung der Zeit, die in der Proöstrus verbracht wird (p = 0,08).

Es wurde bereits beschrieben, dass das Induktionsverfahren bei Frauen zu einer Veränderung des Brunstzyklus führt, die insbesondere den Proöstrusbetrifft 25. Es ist bekannt, dass während dieser Phase ein steigender Östrogenspiegel entzündungshemmende und neuroprotektive Wirkungen ausübt16 und somit möglicherweise für die schützende Rolle dieser Hormone während der präsymptomatischen Phase verantwortlich ist. Wenn jedoch der Östrogenspiegel sinkt, wie wir es in der Phase nach dem Einsetzen sehen, endet auch ihre schützende Wirkung.

Klinischer Score und Rotarod-Leistung
Die Zwei-Wege-ANOVA (Geschlecht und Zeit als unabhängige Variablen) zeigt eine signifikante Zunahme der Zeit im klinischen Score (CS) sowohl bei Männern als auch bei Frauen (F(56-813) = 27,951, p < 0,001; Abbildung 3A). Insbesondere zeigen beide Geschlechter ab 10 dpi einen signifikanten Anstieg des CS (p < 0,001), der bis zum Endpunkt (28 dpi) erhalten bleibt (Abbildung 3A). Weibchen zeigen, wenn auch nicht signifikant (p = 0,156), höhere CS als Männer (Abbildung 3A). In Bezug auf den Ausbruch der Krankheit tritt sie im Allgemeinen um 10 dpi auf, wobei die Tendenz zu einem früheren Ausbruch bei Frauen als bei Männern besteht (Abbildung 3B). Darüber hinaus zeigen Frauen im Vergleich zu Männern einen signifikant höheren kumulativen CS (p = 0,017; Abbildung 3C).

Der Rotarod-Leistungsverlauf ähnelt den klinischen Auswertungen (Abbildung 2D). Beginnend mit dem Ausbruch der Krankheit nimmt sie ab und erreicht die Mindestleistung in der zweiten Woche nach der Immunisierung, in der akuten Phase der EAE. Die Zwei-Wege-ANOVA (Geschlecht und Zeit als unabhängige Variablen) zeigt eine signifikante Abnahme der Zeit in der Rotarod-Leistung sowohl bei Männchen als auch bei Weibchen (F(46-673) = 5,365, p < 0,001; Abbildung 3D). Insbesondere Männer weisen die Mindestleistung bei 16 dpi (p = 0,022) auf, während die Weibchen bei 17 dpi (p < 0,001) liegen. Männer neigen dazu, bessere Leistungen zu erbringen als Frauen, insbesondere während der chronischen Phase der Krankheit (21-28 dpi), möglicherweise als Folge eines niedrigeren CS (Abbildung 3A,D).

Histopathologische Beurteilung des Rückenmarks
Die einseitige ANOVA (Geschlecht als unabhängige Variable) der PvIIs in den Rückenmarksabschnitten zeigt einen deutlichen Unterschied zwischen Männern und Frauen (Abbildung 4A). Weibchen weisen eine signifikant höhere Anzahl an PvIIs auf als Männchen (F(1,14)= 63,107, p < 0,001; Abbildung 4B). Diese Daten spiegeln möglicherweise den höheren kumulativen CS, die schlechtere Rotarod-Leistung und die aggressivere Erkrankung wider, die bei den Weibchen beobachtet wurde, insbesondere während der chronischen Phase der EAE.

Diese Daten spiegeln auch die Tatsache wider, dass weibliche Mäuse im Vergleich zu Männchen eine höhere Anfälligkeit für die Entwicklung aggressiverer EAE aufweisen14, was einer der Hauptunterschiede zwischen diesem Krankheitsmodell und der beim Menschen auftretenden MS ist. Frauen zeigen einen früheren Krankheitsbeginn, haben eine moderat niedrigere Prävalenz primär progredienter Formen und zeigen insgesamt ein geringeres Fortschreiten der Behinderung als Männer 2,33,34.

Figure 1
Abbildung 1: Schematische zeitliche Darstellung von experimentellen Abläufen. Erstellt mit BioRender.com. Abkürzungen: i.v. = intravenös; s.c. = subkutan; MOG35-55 = Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein-Peptid 35-55; = dpi = Tag nach der Impfung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2: Bewertung der EAE-Effekte auf das Körpergewicht, die Nahrungsaufnahme bei männlichen und weiblichen Mäusen und den Brunstzyklus bei weiblichen Mäusen. Vom Tag der Immunisierung (0 dpi) bis zum Tag der Tötung (28 dpi) zeigen die Grafiken (A) das tägliche Körpergewicht, (B) den Prozentsatz des Körpergewichts und (C) die wöchentliche Futteraufnahme bei den Tieren beiderlei Geschlechts (n = 15/Gruppe). (D) Zeitaufwand (ausgedrückt als mittlerer Prozentsatz der Zeit) in den verschiedenen Phasen des Östruszyklus, bewertet durch vaginale zytologische Abstriche, während der asymptomatischen Phase (vor dem Einsetzen, linke Spalte des Diagramms) oder der symptomatischen Phase (nach dem Einsetzen, rechte Spalte des Diagramms) bei weiblichen Mäusen. Die Daten werden als Mittelwert ± SEM dargestellt. Die statistische Analyse ergab einen signifikanten Effekt für p≤ 0,05 (# = Männer vs. Frauen; * = Vergleich zwischen verschiedenen Zeitpunkten). Abkürzungen: EAE = experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis; BW = Körpergewicht; FI = Nahrungsaufnahme; DPI = Tag nach der Impfung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 3
Abbildung 3: Bewertung des klinischen Scores und der Rotarod-Leistung bei EAE-betroffenen männlichen und weiblichen Mäusen. (A) Bewertung des täglichen klinischen Scores (von 0 bis 28 dpi) bei den Tieren beiderlei Geschlechts (n = 15/Gruppe). (B) Tag des Krankheitsbeginns (mittlerer dpi) bei EAE-betroffenen männlichen (linke Spalte) und weiblichen (rechte Spalte) Mäusen. (C) Mittlerer kumulativer klinischer Score, der von EAE-betroffenen männlichen (linke Spalte) und weiblichen (rechte Spalte) Mäusen erreicht wurde. (D) Bewertung der täglichen Rotarod-Leistung (gemessen als Falllatenz) von 6 bis 28 dpi (die 0 steht für die Ausgangswerte, die innerhalb der ersten 5 Tage des Tests ermittelt wurden) bei den Tieren beiderlei Geschlechts. Die Daten werden als Mittelwert ± SEM dargestellt. Die statistische Analyse ergab einen signifikanten Effekt für p≤ 0,05 (# = Männer vs. Frauen; * = Vergleich zwischen verschiedenen Zeitpunkten). Abkürzungen: EAE = experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis; CS = klinischer Score; Cum CS = kumulativer klinischer Score; DPI = Tag nach der Impfung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 4
Abbildung 4: Analyse der Entzündung im Rückenmark von EAE-betroffenen Mäusen beiderlei Geschlechts. (A) Repräsentative Bilder von transversalen Rückenmarksschnitten, die mit Hämatoxylin-Eosin gefärbt wurden, zeigen das Vorhandensein von PvIIs (Pfeile) bei männlichen (oberes Bild) und weiblichen (unteres Bild) Mäusen. (B) Messung des Vorhandenseins von PvIIs im Rückenmark von EAE-betroffenen Mäusen beiderlei Geschlechts (n = 8/Gruppe). Die Daten werden als Mittelwert ± SEM dargestellt. Die statistische Analyse ergab einen signifikanten Effekt für p ≤ 0,05 (# = Männer vs. Frauen). Maßstabsleiste = 200 μm (10-fache Vergrößerung). Abkürzungen: EAE = experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis; * = zentraler Kanal; PvIIs = perivaskuläre entzündliche Infiltrate. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Das von uns beschriebene MOG35-55-induzierte EAE-Protokoll führte zur Entwicklung einer chronischen Form der MS in C57BL/6J-Mäusen 7,8,13. In diesen repräsentativen Ergebnissen berichteten wir, dass die Tiere beiderlei Geschlechts, die sich der Immunisierung unterzogen hatten, eine chronische Form der Krankheit entwickelten (d.h. sie erholen sich nach Ausbruch der Krankheit nicht vollständig, sie akkumulieren Defizite und halten in der chronischen Phase einen CS von mindestens 1,5 aufrecht).

Auch wenn viele Studien keine Unterschiede zwischen Männern und Frauen in diesem Modell berichten14, betrachten nur wenige Studien beide Geschlechter. Angesichts der erheblichen Sexualdimorphismen, die bei MS2 gezeigt werden, sollte es jedoch von primärer Bedeutung sein, den Krankheitsverlauf bei beiden Geschlechtern zu untersuchen. Dank neuerer Studien, die beide Geschlechter einbeziehen, wurde das Vorhandensein eines Sexualdimorphismus auch in der MOG35-55-induzierten EAE35 beschrieben. Wir stellten vor allem fest, dass bei Weibchen die MOG35-55-induzierte EAE im Allgemeinen aggressiver ist (angesichts der höheren Anfälligkeit weiblicher Mäuse mit diesem Modell)36, da sie tendenziell einen früheren Beginn und höhere kumulative klinische Werte aufweisen, was eine erhöhte Entzündung auf Rückenmarksebene widerspiegelt als bei Männern. Eine wichtige Schlussfolgerung ist, dass dieses Protokoll EAE sowohl bei männlichen als auch bei weiblichen Mäusen auslösen kann, aber die Forscher müssen bedenken, dass sich einige Aspekte der Krankheit zwischen den beiden Geschlechtern unterscheiden können. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die wichtigste experimentelle Frage, die es zu beantworten gilt, richtig zu prüfen, das günstigste Tiermodell auszuwählen und die Notwendigkeit zu bewerten, entweder ein oder beide Geschlechter einzubeziehen.

Kritische Schritte und mögliche Fehlerbehebung
Da verschiedene MS-Modelle einige spezifische Aspekte der Krankheit hervorrufen, aber nicht alle6, besteht der erste grundlegende Schritt darin, das richtige Modell unter Berücksichtigung der spezifischen experimentellen Bedürfnisse und der zu behandelnden wissenschaftlichen Fragen auszuwählen. Zweitens sollte das Impfverfahren von einem Experten durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass es korrekt durchgeführt wird und Fehler oder Schwankungen aufgrund ungenauer Verfahren vermieden werden. Darüber hinaus muss der Prüfer die von der aufnehmenden Einrichtung erlassenen Tierschutzbestimmungen kennen.

Drittens sollte die Emulsion im Experiment standardisiert werden. Es ist zu beachten, dass jede Maus eine typische Anfälligkeit für die Induktion aufweist und daher einige Tiere eine weniger aggressive Krankheit entwickeln oder gar nicht entwickeln können. In diesem Fall kann die Häufigkeit und der Schweregrad der Erkrankung optimiert werden, indem die Menge an MOG35-55, die den Mäusen verabreicht wird, angepasst wird. Viertens, obwohl die PT-Injektion weit verbreitet ist, um die Induktion von EAE bei Mäusen zu erleichtern35,36, ist sie nicht für jedes Protokoll notwendig37,38. In Abwesenheit von PT entwickeln Mäuse in der Regel eine weniger schwere und variablere Form von EAE39. Darüber hinaus kann eine weitere Variabilität durch unterschiedliche Arten der PT-Verabreichung (z. B. intravenös vs. intraperitoneal) und dadurch, dass die Wirksamkeit von PT zwischen den Chargen variiert, verursacht werden. Um dieses Problem zu lösen, ist es wichtig, das Volumen entsprechend der Potenz jeder verwendeten Charge anzupassen und die PT-Lösung richtig herzustellen40,41. Unter Berücksichtigung der Versuchsziele, der technischen Fähigkeiten der Forscher und der Optimierung der Tierversuche ist es von grundlegender Bedeutung, das am besten geeignete Induktionsprotokoll zu wählen.

Fünftens, um Daten auf objektivere Weise zu erheben, wird das verblindete Scoring von Krankheitssymptomen dringend empfohlen. Darüber hinaus schlagen wir ein klinisches Scoring mit einer quantitativeren und objektiveren Bewertung des Krankheitsverlaufs vor, wie z.B. der Bewertung der Rotarod-Leistung. Schließlich ist die richtige Auswahl ausreichend zahlreicher Versuchsgruppen von grundlegender Bedeutung, um zuverlässige und vergleichbare Daten zu erhalten (siehe Protokollabschnitt 2). Stichprobengrößenberechnungen sollten durchgeführt werden, um die erforderlichen Gruppengrößen in Abhängigkeit von der erwarteten Effektgröße zu erhalten.

Haupteinschränkungen
Erstens könnte dieses Induktionsprotokoll zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen bei den immunisierten Tieren führen, insbesondere wenn die Gruppengrößen nicht groß genug sind oder wenn das Verfahren nicht ordnungsgemäß durchgeführt wird. Als nächstes hat die MOG35-55-induzierte EAE, wie jedes andere verfügbare MS-Modell, einige Einschränkungen (d. h. sie liefert nur sehr wenige Informationen über das Fortschreiten der MS, die Rolle der B-Zellen bei der Erkrankung, die Inside-Out-Mechanismen oder Schwierigkeiten bei der Untersuchung der Remyelinisierung)4,6. Daher ist es auch hier von grundlegender Bedeutung, das MS-Modell richtig auszuwählen, das für die Beantwortung der spezifischen wissenschaftlichen Frage erforderlich ist. Schließlich wird der primäre Ort der Schädigung durch das Rückenmark dargestellt, und die Pathologie führt zum Auftreten histopathologischer Symptome in kaudal-kranialer Weise (d. h. ausgehend vom Rückenmark bis zum Gehirn). Dies ist das Gegenteil von dem, was beim Menschen vorkommt, und kann eine erhebliche Einschränkung des Modells darstellen. Es ist jedoch möglich, auch einige Veränderungen im Gehirn unter Berücksichtigung bestimmter Ziele zu erkennen.

Vorteile
Zum einen kann dieses Modell wesentlich zum Verständnis peripherer immunvermittelter Mechanismen beitragen und die neuroinflammatorischen und teilweise demyelinisierenden Prozesse im ZNS bewerten. Als nächstes könnte dieses Modell in einigen spezifischen transgenen Mausstämmen angewendet werden, um MS-Ergebnisse im Zusammenhang mit bestimmten genetischen Veränderungen zu untersuchen.

Ein weiterer Vorteil ist eine klinische Bewertung, die auf zwei Methoden basiert: der klinischen Bewertung und dem Rotarod-Test. Dies führt zu einer quantitativeren, weniger subjektiven und präziseren klinischen Bewertung des Krankheitsverlaufs. Darüber hinaus korreliert die rotarodbasierte Bewertung, wie van den Berg et al. betonten, stark mit der Oberfläche entzündlicher Läsionen in den motorischen Systemen des Rückenmarks27.

Wie wir bereits erwähnt haben, halten wir dies für einen Vorteil, auch wenn dieses Modell den Sexualdimorphismus der MS nicht vollständig reproduziert. Die Kombination der Induktion mit anderen möglichen Risikofaktoren, insbesondere den umweltbedingten, kann dazu beitragen, die spezifischen Auswirkungen solcher Faktoren zu verstehen und ihre spezifische Rolle beim Auftreten einiger sexuell dimorpher Aspekte der MS zu identifizieren. Schließlich wurde dieses Modell häufig zur Entwicklung und Erprobung einer breiten Palette von therapeutischen Arzneimitteln verwendet und hat daher das Potenzial, zur Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze für diese Krankheit beizutragen 4,6.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Keiner der Autoren hat Interessenkonflikte in Bezug auf die Forschung, die Autorenschaft und/oder die Veröffentlichung dieses Artikels zu erklären.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde unterstützt vom Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca - MIUR-Projekt Dipartimenti di Eccellenza 2018-2022 und 2023-2027 an die Abteilung für Neurowissenschaften Rita Levi Montalcini; Cavalieri-Ottolenghi-Stiftung, Orbassano, Italien. BB war Fellow von INFRA-P, Region Piemont (n.378-35) (2022-2023) und PRIN 2020 - 20203AMKTW. Wir danken der Fondazione per la Ricerca Biomedica Onlus (FORB) für die Unterstützung. Die Publikationsgebühren wurden durch die freundliche Spende von Distretto Rotaract 2031 und insbesondere des Rotaract Club Torino Nord-Est unterstützt. Wir danken Elaine Miller für das Korrekturlesen unseres Manuskripts.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
18 G x 1 ½“ 1.2 x 40 mm needle for the glass syringe  Terumo TER-HYP-18G-112-PIN
Digital camera connected to the optical microscope NIKON DS-U1 digital camera
Electronic precision balance Merck Mod. Kern-440-47N, resolution 0.1 g
Eosin Y Sigma-Aldrich HT110216
Glass syringe pipet “ultra asept” 10 ml Sacco System  L003465
Glassware (i.e., becker to prepare the emulsion) VWR 213-1170, 213-1172
Hematoxylin (Mayer’s) Sigma-Aldrich MHS32 Filter before using it. 
Image analysis Software Fiji
Incomplete Freund’s adjuvant (IFA) Sigma-Aldrich F5506 Store at +4 °C. 
Isoflurane Wellona Pharma This drug is used as inhalational anaesthetic.
Male and female C57BL/6J mice Jackson Laboratory, Envigo Age 8-10 weeks, optimal body weight of ~20 g. 
Microtome Leica HistoCore BIOCUT R
Mounting Medium  Merck 107961
Mouse Rotarod Ugo Basile  #47600
Mycobacterium tuberculosis (MT), strain H37Ra  Difco Laboratories Inc.  231141 Store at +4 °C.
Myelin oligodendrocyte glycoprotein peptide 35-55 (MOG35-55) Espikem EPK1 Store at -80 °C diluted (2 mg/mL) in physiological solution; prepare it on the day of the immunization to avoid, as much as possible, alterations or contaminations. 
Optical microscope NIKON eclipse 90i
Paraformaldehyde (PFA) Sigma-Aldrich 158127 Store at +4 °C once diluted (4%) in phosphate buffer. 
Pertussis toxin (PT) Duotech  PT.181 Store at -80°C diluted (concentration 5 µg/mL) in physiological solution 
Physiological solution (sodium chloride 0.9% solution) B. Eurospital A 032182038 Store at +4 °C once opened.
Saline phosphate buffer (PBS) Thermo Scientific J61196.AP
Software for image acquisition  NIS-Element AR 2.10
Syringes U-100 0.5 mL with 30 G x 5/16” (0.30 x 8 mm) in fixed needle  Nipro SYMS-0.5U100-3008B-EC
Syringes U-100 1 mL with 26G x ½” (0.45 x 12.7 mm) in needle PIC 20,71,26,03,00,354
Vet ointment for eyes Lacrilube, Lacrigel Europhta
Xylazine Rompun This mixture of drug is used as injectable anaesthetic and sedative. 
Zolazepam and Tiletamine Zoletil  100 This drug is used as injectable anaesthetic, sedative, muscle relaxer, and analgesic

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Thompson, A. J., Baranzini, S. E., Geurts, J., Hemmer, B., Ciccarelli, O. Multiple sclerosis. Lancet. 391 (10130), 1622-1636 (2018).
  2. Gold, S. M., Willing, A., Leypoldt, F., Paul, F., Friese, M. A. Sex differences in autoimmune disorders of the central nervous system. Semin immunopathol. 41 (2), 177-188 (2019).
  3. Smith, P. Animal models of multiple sclerosis. Curr Protoc. 1 (6), 185 (2021).
  4. Procaccini, C., De Rosa, V., Pucino, V., Formisano, L., Matarese, G. Animal models of Multiple Sclerosis. Eur J Pharmacol. 759, 182-191 (2015).
  5. Torre-Fuentes, L., et al. Experimental models of demyelination and remyelination. Neurologia. 35 (1), 32-39 (2020).
  6. Kipp, M., Nyamoya, S., Hochstrasser, T., Amor, S. Multiple sclerosis animal models: a clinical and histopathological perspective. Brain Pathol. 27 (2), Zurich, Switzerland. 123-137 (2017).
  7. Racke, M. K. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). Curr Protoc Neurosci. , Chapter 9, Unit 9.7 (2001).
  8. Constantinescu, C. S., Farooqi, N., O'Brien, K., Gran, B. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) as a model for multiple sclerosis (MS). Br J Pharmacol. 164 (4), 1079-1106 (2011).
  9. Montarolo, F., Perga, S., Martire, S., Bertolotto, A. Nurr1 reduction influences the onset of chronic EAE in mice. Inflamm Res. 64 (11), 841-844 (2015).
  10. Montarolo, F., et al. Effects of isoxazolo-pyridinone 7e, a potent activator of the Nurr1 signaling pathway, on experimental autoimmune encephalomyelitis in mice. PLoS One. 9 (9), 108791 (2014).
  11. Furlan, C., et al. Analysis of the gadolinium retention in the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) murine model of multiple sclerosis. J Trace Elem Med Biol. 68, 126831 (2021).
  12. Desole, C., et al. Engineering, characterization, and biological evaluation of an antibody targeting the HGF receptor. Front Immunol. 12, 775151 (2021).
  13. Voskuhl, R. R., MacKenzie-Graham, A. Chronic experimental autoimmune encephalomyelitis is an excellent model to study neuroaxonal degeneration in multiple sclerosis. Front Mol Neurosci. 15, 1024058 (2022).
  14. McCombe, P. A., Greer, J. M. Effects of biological sex and pregnancy in experimental autoimmune encephalomyelitis: It's complicated. Front Immunol. 13, 1059833 (2022).
  15. Ascherio, A., Munger, K. L. Epidemiology of multiple sclerosis: from risk factors to prevention-an update. Semin Neurol. 36 (2), 103-114 (2016).
  16. Spence, R. D., Voskuhl, R. R. Neuroprotective effects of estrogens and androgens in CNS inflammation and neurodegeneration. Front Neuroendocrinol. 33 (1), 105-115 (2012).
  17. Laffont, S., Garnier, L., Lélu, K., Guéry, J. -C. Estrogen-mediated protection of experimental autoimmune encephalomyelitis: Lessons from the dissection of estrogen receptor-signaling in vivo. Biomed J. 38 (3), 194-205 (2015).
  18. Avila, M., Bansal, A., Culberson, J., Peiris, A. N. The role of sex hormones in multiple sclerosis. Eur Neurol. 80 (1-2), 93-99 (2018).
  19. Collongues, N., Patte-Mensah, C., De Seze, J., Mensah-Nyagan, A. -G., Derfuss, T. Testosterone and estrogen in multiple sclerosis: from pathophysiology to therapeutics. Expert Rev Neurother. 18 (6), 515-522 (2018).
  20. Kilkenny, C., Browne, W. J., Cuthill, I. C., Emerson, M., Altman, D. G. Improving bioscience research reporting: the ARRIVE guidelines for reporting animal research. PLoS Biol. 8 (6), 1000412 (2010).
  21. Shaw, M. K., Zhao, X., Tse, H. Y. Overcoming unresponsiveness in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) resistant mouse strains by adoptive transfer and antigenic challenge. J Vis Exp. (62), e3778 (2012).
  22. Bittner, S., Afzali, A. M., Wiendl, H., Meuth, S. G. Myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG35-55) induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in C57BL/6 mice. J Vis Exp. (86), (2014).
  23. Downton, P., Early, J. O., Gibbs, J. E. Circadian rhythms in adaptive immunity. Immunology. 161 (4), 268-277 (2020).
  24. McLean, A. C., Valenzuela, N., Fai, S., Bennett, S. A. L. Performing vaginal lavage, crystal violet staining, and vaginal cytological evaluation for mouse estrous cycle staging identification. J Vis Exp. (67), e4389 (2012).
  25. Rahn, E. J., Iannitti, T., Donahue, R. R., Taylor, B. K. Sex differences in a mouse model of multiple sclerosis: neuropathic pain behavior in females but not males and protection from neurological deficits during proestrus. Biol Sex Differ. 5 (1), 4 (2014).
  26. Bonaldo, B., et al. Effects of perinatal exposure to bisphenol A or S in EAE model of multiple sclerosis. Cell Tissue Res. 392 (2), 467-480 (2023).
  27. vanden Berg, R., Laman, J. D., van Meurs, M., Hintzen, R. Q., Hoogenraad, C. C. Rotarod motor performance and advanced spinal cord lesion image analysis refine assessment of neurodegeneration in experimental autoimmune encephalomyelitis. J Neurosci Methods. 262, 66-76 (2016).
  28. Bolton, C., Smith, P. Defining and regulating acute inflammatory lesion formation during the pathogenesis of multiple sclerosis and experimental autoimmune encephalomyelitis. CNS Neurol Disord Drug Targets. 14 (7), 915-935 (2015).
  29. Glaser, J. R., Glaser, E. M. Neuron imaging with Neurolucida--a PC-based system for image combining microscopy. Comput Med Imaging Graph. 14 (5), 307-317 (1990).
  30. Kennedy, H. S., Puth, F., Van Hoy, M., Le Pichon, C. A method for removing the brain and spinal cord as one unit from adult mice and rats. Lab Anim (NY). 40 (2), 53-57 (2011).
  31. Watson, C., Paxinos, G., Kayalioglu, G., Heise, C. Chapter 16 - Atlas of the mouse spinal cord. The Spinal. Watson, C., Paxinos, G., Kayalioglu, G. , Academic Press. 308-379 (2009).
  32. Khan, A., et al. Suppression of TRPV1/TRPM8/P2Y nociceptors by withametelin via downregulating MAPK signaling in mouse model of vincristine-induced neuropathic pain. Int J Mol Sci. 22 (11), 6084 (2021).
  33. Bergamaschi, R. Prognostic factors in multiple sclerosis. Int Rev Neurobiol. 79, 423-447 (2007).
  34. Harbo, H. F., et al. Genes in the HLA class I region may contribute to the HLA class II-associated genetic susceptibility to multiple sclerosis. Tissue Antigens. 63 (3), 237-247 (2004).
  35. Ryan, L., Mills, K. H. G. Sex differences regulate immune responses in experimental autoimmune encephalomyelitis and multiple sclerosis. Eur J Immunol. 52 (1), 24-33 (2022).
  36. Lasrado, N., et al. Mechanisms of sex hormones in autoimmunity: focus on EAE. Biol Sex Differ. 11 (1), 50 (2020).
  37. Hofstetter, H. H., Shive, C. L., Forsthuber, T. G. Pertussis toxin modulates the immune response to neuroantigens injected in incomplete Freund's adjuvant: induction of Th1 cells and experimental autoimmune encephalomyelitis in the presence of high frequencies of Th2 cells. J Immunol. 169 (1), 117-125 (2002).
  38. Maria, Z., Turner, E., Agasing, A., Kumar, G., Axtell, R. C. Pertussis toxin inhibits encephalitogenic T-cell infiltration and promotes a B-cell-driven disease during Th17-EAE. Int J Mol Sci. 22 (6), 2924 (2021).
  39. Krementsov, D. N., et al. Studies in experimental autoimmune encephalomyelitis do not support developmental bisphenol a exposure as an environmental factor in increasing multiple sclerosis risk. Toxicol Sci. 135 (1), 91-102 (2013).
  40. Kummari, E., Nichols, J. M., Yang, E. -J., Kaplan, B. L. F. Neuroinflammation and B-cell phenotypes in cervical and lumbosacral regions of the spinal cord in experimental autoimmune encephalomyelitis in the absence of pertussis toxin. Neuroimmunomodulation. 26 (4), 198-207 (2019).
  41. Huntemann, N., et al. An optimized and validated protocol for inducing chronic experimental autoimmune encephalomyelitis in C57BL/6J mice. J Neurosci Methods. 367, 109443 (2022).

Tags

Neuroscience Ausgabe 200 MOG35-55-induzierte experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis chronische autoimmune entzündliche Erkrankung Zentralnervensystem (ZNS) Prävalenz bei Geschlechtern aggressive Formen klinische Aspekte radiologische Merkmale pathologische Merkmale experimentelle Tiermodelle experimentelle Autoimmunenzephalomyelitis (EAE) männliche und weibliche C57BL/6J-Mäuse Myelin-Oligodendrozyten-Glykoproteinpeptid 35-55 (MOG35-55) Immunisierung chronische Form der Krankheit täglicher klinischer Score Motor Leistung Histologische Analyse Rückenmark

Erratum

Formal Correction: Erratum: Modeling Multiple Sclerosis in the Two Sexes: MOG35-55-Induced Experimental Autoimmune Encephalomyelitis
Posted by JoVE Editors on 02/16/2024. Citeable Link.

An erratum was issued for: Modeling Multiple Sclerosis in the Two Sexes: MOG35-55-Induced Experimental Autoimmune Encephalomyelitis. The Authors section was updated. An additional affiliation (School of Pharmacy, Pharmacology Unit, University of Camerino) was added for author Antonino Casile.

Modellierung der Multiplen Sklerose bei beiden Geschlechtern: MOG<sub>35-55-induzierte</sub> experimentelle Autoimmunenzephalomyelitis
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bonaldo, B., Casile, A., Montarolo,… More

Bonaldo, B., Casile, A., Montarolo, F., Bertolotto, A. Modeling Multiple Sclerosis in the Two Sexes: MOG35-55-Induced Experimental Autoimmune Encephalomyelitis. J. Vis. Exp. (200), e65778, doi:10.3791/65778 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter