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Neuroscience

小鼠大脑中人类神经祖细胞的脑内移植和 体内 生物发光跟踪

Published: January 27, 2022 doi: 10.3791/63102
* These authors contributed equally

Summary

我们描述了用小鼠大脑中表达荧光素酶 - 绿色荧光蛋白(GFP)的双报告载体转导的人神经祖细胞的实质内移植。移植后,使用荧光显微镜在脑切片 中鉴定的体内 生物发光和表达GFP的移植细胞反复测量荧光素酶信号。

Abstract

细胞疗法长期以来一直是实验神经生物学中新兴的治疗范式。然而,细胞移植研究通常依赖于终点测量,因此只能在有限的程度上评估细胞迁移和存活的纵向变化。本文提供了一种可靠的微创方案,用于移植和纵向跟踪成年小鼠大脑中的神经祖细胞(NPC)。在移植之前,用包含生物发光(萤火虫 - 荧光素酶)和荧光(绿色荧光蛋白[GFP])报告基因的慢病毒载体转导细胞。NPC在感觉运动皮层中使用立体定向注射移植到右皮质半球。移植后,通过完整的颅骨检测移植细胞长达五周(在第0,3,14,21,35天),使用 体内 生物发光成像的分辨率限制为6,000个细胞。随后,在组织学脑切片中鉴定移植的细胞,并用免疫荧光进一步表征。因此,该协议为移植,跟踪,量化和表征小鼠大脑中的细胞提供了有价值的工具。

Introduction

哺乳动物大脑在受伤或疾病后的再生能力有限,需要创新的策略来促进组织和功能修复。临床前策略侧重于脑再生的不同方面,包括神经保护,神经发生,血管生成12,血脑屏障修复34或细胞治疗56。细胞疗法的优点是能够同时促进许多这些促修复过程。在细胞移植实验中,组织修复是通过(1)直接细胞替代和(2)导致血管生成和神经发生的细胞因子的产生7发生的。干细胞技术的最新进展进一步促进了可扩展的,特征明确的神经细胞源的开发,这些神经细胞源现在正在进行临床试验(在 789中进行了审查)。虽然细胞疗法已经达到一些神经系统疾病(例如,帕金森病10,中风11和脊髓损伤12)的临床阶段,但它们的疗效一直各不相同,需要更多的临床前研究来了解移植物 - 宿主相互作用的机制。

许多临床前研究的一个主要限制是连续跟踪宿主内的移植细胞。通常只执行终点测量,省略了宿主613中的动态迁移和生存过程。这些局限性导致嫁接细胞的表征不佳,并且需要高动物数量来理解纵向变化。为了克服这些局限性,在这项研究中,我们用由红萤火虫荧光素酶和增强型绿色荧光蛋白(rFluc-eGFP)组成的市售双报告慢病毒载体转导诱导诱导多能干细胞(iPSC)来源的神经祖细胞。这些细胞通过立体定位实质内注射移植到小鼠大脑中,并在5周内使用 体内 生物发光成像进行纵向跟踪。在收集脑组织后,鉴定表达GFP的移植细胞,并在组织学脑切片中进一步表征。该方法可以顺利地适应替代的可转导细胞源和移植途径,用于啮齿动物大脑的 体内 应用。总体而言,该程序对于获得小鼠大脑中移植物存活和迁移的纵向信息很有价值,并促进随后的组织学表征。

Protocol

注意:所有涉及小鼠的实验均按照政府,机构和ARRIER指南进行,并得到苏黎世州兽医办公室的批准。使用成年男性和女性非肥胖糖尿病SCID γ(NSG)小鼠(10-14周,25-35g)。将小鼠饲养在常规的II / III型笼子中,每个笼子至少两只动物,在湿度和温度受控的房间里具有恒定的12/12小时光/暗循环。.).

1. 细胞培养和病毒转导

  1. 如前所述,使用小分子抑制剂区分神经祖细胞(NPC)和iPSCs14
  2. 从传代2 开始,在神经干细胞维持培养基(NSMM; 表 1)在涂有聚鸟氨酸/层粘连蛋白521(pLO / L521)的6孔板(每孔2mL培养基)中补充小分子(表1)。每天更换培养基。
    注意:要传代NPC,每孔加入1mL细胞解离试剂(参见 材料表),并在37°C下孵育1分钟,直到大多数细胞分离。
    1. 对于包衣,将150μLpLO在1mL 0.1M磷酸盐缓冲盐水(PBS)中/孔中在室温(RT)下孵育2小时。用PBS洗涤三次后,在每孔1mL PBS中孵育10μgL 521,在室温下孵育2小时。
  3. 对于病毒转导,在涂有pLO / L521的24孔板中每孔板50,000个细胞,并向每个孔中加入预包装的病毒载体(pLL-EF1a-rFLuc-T2A-GFP-mPGK-Puro,LL410PA-1)。
    注意:提供的总感染单位(IFU)>2×106 IFU,足以感染100,000个细胞,感染多重性(MOI)为20。细胞计数已使用自动细胞计数器执行。转导效率很大程度上取决于所使用的细胞系。使用慢病毒需要遵守当地生物安全2级(BSL-2)产品指南。
  4. 将细胞在37°C孵育72小时,同时继续每日更换培养基。
  5. 通过在荧光显微镜中检查细胞的GFP表达来确认转导成功。将显微镜放大倍率设置为10倍或20倍,并使用适当的激发(460-480nm)和发射范围(490-520nm)来检测转导的表达GFP的细胞。
  6. 量化GFP转导与总细胞的比率,以估计一般转导疗效。
    注意:该协议实现了65-95%的转导率。移植前,转导疗效为 >50%, 作为入/不行的标准。如果不能达到50%的转导疗效,进行嘌呤霉素选择或使用流式细胞术对细胞进行分类,以提高转导细胞的产量。
  7. 可选:细胞冷冻
    1. 将细胞向下旋转(300× g,5分钟)并丢弃上清液。将沉淀重悬于1mL冷冻培养基中(见 材料表),并将悬浮液转移到小瓶中以获得106 个细胞/小瓶。将细胞转移到-80°C的冷冻箱中24小时,然后转移到-150°C进行长期储存。

2. 移植的细胞制备

  1. 从-150°C储存中收集一小瓶细胞并将其转移到实验室。使用自动细胞计数器对细胞进行计数。
    注意:该小瓶包含1.5-2×10个6 个细胞。
  2. 将小瓶快速转移到37°C水浴中,直到没有冰晶残留(2-3分钟)。
    注意:重要的是要快速解冻,以尽量减少对细胞膜的任何损害。不要将小瓶完全浸入水浴中,因为它会增加污染的风险。
  3. 将小瓶转移到生物安全柜中,并将全部内容物(约1mL)移液到无菌的15mL锥形管中。
    注意:处理慢病毒转导细胞需要BSL-2。然而,洗涤和传代细胞从培养基中去除病毒颗粒。有关何时允许从BSL-2转移到BSL-1的信息应从地方当局获得。
  4. 加入9 mL无菌1x PBS,并在300× g下离心5分钟,室温。
  5. 使用移液器(1-10 mL)通过抽吸除去上清液;轻轻地将悬浮液向移液器尖端倾斜并开始吸气。注意不要干扰颗粒。
  6. 通过重悬于10mL无菌1x PBS中洗涤细胞。
    注意:轻轻地按压管子以将细胞重悬于残余体积中。使用1mL移液管缓慢研磨细胞悬浮液,直到它不含团块或聚集体。
  7. 使用自动细胞计数器在最终旋转之前对细胞进行计数。
  8. 在300× g下离心5分钟,室温。
  9. 除去上清液(步骤2.5),并将细胞沉淀重悬于所需体积的无菌PBS至8×104 个细胞/ μL的浓度。
    注意:该方案使用1.6×105 个细胞/ 2μL的PBS体积。

3. 移植程序

  1. 手术准备
    1. 清洁和消毒手术设备。
    2. 准备立体定位装置和显微注射泵系统。
      注意:在开始之前,测试汉密尔顿注射器和30 G,2英寸针头至关重要。将针头插入含有无菌0.9%NaCl的管中,并缓慢地将溶液吸入和拉出。
    3. 设置麻醉机。在涉及任何动物之前测试机器。用70%乙醇清洁诱导室。
  2. 动物的制备
    1. 在实验前将小鼠在标准条件下保持至少7天以适应它们。
      注意:以下动物用于该方案:雌性NOD / SCID / IL2rγnull(30-35g,也称为NSG)和雌性C57BL / 6J(20-25g,也称为B6)。该过程也可以与雄性小鼠一起进行。
    2. 测量小鼠体重并调整要注射的止痛药的剂量。腹膜内注射卡洛芬(5mg / kg体重)以减轻疼痛和/或预防炎症反应。
    3. 使用异氟醚(诱导期为3%,手术维持期为1.5-2%)麻醉动物,在氧气中蒸发。
      注意:由于外科手术后快速醒来,并且可以轻松调节麻醉气体的水平,因此首选气态麻醉。
    4. 使用伤害感受反射来确保动物得到深度麻醉(例如,脚趾捏)。当达到深度麻醉时,将动物从诱导室运送到立体定位框架。使用面罩保持麻醉。
      注意:在整个过程中需要目视监测呼吸频率(每分钟40-60次呼吸)。使用保暖垫,以避免在手术过程中体温过低。
    5. 涂抹眼科润滑剂,以防止眼睛干燥。
    6. 用电动剃须刀剃掉小鼠头皮,并用棉签用5%betadine溶液消毒皮肤。
    7. 固定鼠标头并将耳杆插入外耳道。
      注:注意不要损坏鼓膜。在插入耳杆之前,将利多卡因软膏涂抹在两个耳道上。要检查动物的头部是否处于稳定位置,请小心地向下推头部,看看是否有运动。如果注意到移动,则耳杆、物镜转换器位置或两者都不正确,需要重新调整。
  3. 颅骨切开术
    1. 使用手术刀片沿着中线进行足够大的切割,以揭示λ和bregma地标。
      注意:可以应用皮肤牵开器来保持颅骨暴露。
    2. 用手术刀缩回骨膜和筋膜,并用无菌棉签干燥颅骨表面。
    3. 调整耳朵和嘴巴杆以标准化头部位置。
      注意:前后定位的 bregma 和 lambda 的垂直坐标需要相同。
    4. 将针头放在前茅,并计算所需注射点的坐标(为此方案选择的目标坐标:前后(AP):+ 0.5 mm,内侧(ML):+ 1.5 mm)。将指针移动到该点并用墨水标记。
      注意:坐标是根据富兰克林和帕克西诺斯小鼠大脑图谱 16选择的。距离布雷格玛是毫米。
    5. 将无菌的0.9%NaCl涂在颅骨上,并用外科牙钻在颅骨上钻一个直径为2-3毫米的孔。
    6. 将指针移动到硬脑膜表面并计算深度坐标。
  4. 移植程序
    1. 将细胞重悬于试管中(步骤2.9),并将2μL细胞悬浮液吸入注射器(5μL或10μL)中。
      注意:确保细胞悬浮液中没有气泡。注射器需要保持在水平位置,直到安装到立体定向装置中,以避免细胞沉降。
    2. 将注射器放在目标部位上方(计算坐标:AP:+ 0.5 mm,ML:+ 1.5 mm),然后将针头缓慢移动到硬脑膜表面。
      注意:如果不确定正确的坐标,请在移植细胞之前用染料进行注射和注射部位的组织学评估(有关更多详细信息,请参阅 17)。
    3. 以0.02 mm / s的速率引导针头进入大脑直至适当的深度(为该协议选择的坐标是背腹侧(DV) - 0.8 mm)。将深度过冲0.1毫米,并将针头抽出相同的距离,为注射的细胞形成一个口袋。
    4. 使用镊子在针周围涂上组织粘合剂,以防止细胞泄漏。
    5. 以3-5nL / s的恒定速率注入2μL制备的细胞悬浮液。
      注意:注射过程将持续7至12分钟。
    6. 注射后,将针头留在原位至少5分钟,然后慢慢取出。涂上组织粘合剂以密封颅骨上的孔,然后等待2分钟。
  5. 缝合线和后期护理
    1. 将无菌的0.9%NaCl溶液涂抹在暴露的颅骨上,以避免脱水。
    2. 用5/0丝缝线缝合伤口。
    3. 用0.5mL滴皮注射在下背部的林格乳酸盐溶液给动物补水。
    4. 中断麻醉输送,小心地将鼠标从立体定位装置中取出,并将其放回保持在加热垫上的笼子中。
    5. 在损伤后的急性期监测动物。每天至少检查两次缝合线,动物体重和整体健康状况。

4. 体内 成像

  1. 荧光素的制备
    1. 在室温下解冻D-荧光素钾盐,并在PBS中以30mg / mL制备D-荧光素的新鲜储备溶液。
    2. 通过0.22μm注射器过滤器对储备溶液进行灭菌。
      注:建议立即使用工作解决方案。如有必要,溶解的荧光素可以储存在-20°C。 但是,长时间存储可能会导致信号衰减。荧光素是一种光敏试剂;尽可能避免直射光线。也可以考虑替代底物,例如环状物,以提高分辨率极限18
  2. 成像
    1. 初始设置
      注:生物发光成像是使用由暗室和冷却电荷耦合器件(CCD)相机组成的 体内 成像系统(参见 材料表)进行的。
      1. 双击 动态映像软件 图标,然后从下拉列表中选择 用户 ID
      2. 在出现的控制面板中单击初始化。初始化过程完成后,控制面板中的温度盒将变为绿色。
      3. 控制面板 中,选中 “发光 ”和“ 照片 ”框,然后选择 “自动曝光 (约 60 秒)”。选择一个 视场 (为此协议选择了D/12.5cm)。输入拍摄对象高度(1.5 厘米),然后选择 使用拍摄对象高度 焦点选项。手动设置以下参数: 大分档、f/2、阻塞励磁滤光片 开射滤光片
    2. 确定D-荧光素的注射量在300mg / kg体重。注意:标准推荐剂量为150mg / kg D-荧光素。根据报告使用300mg / kg18的更高灵敏度的方案调整了该程序。
    3. 腹膜注射荧光素(ip)。
      注意:如果动物在注射前需要镇静剂,请注意它可能会延长荧光素酶峰值表达时间。
    4. 等待5分钟,然后用连续供应异氟醚麻醉动物(诱导期4.5%,成像过程中维持期1.5-2%)。
    5. 将眼科润滑剂涂抹在眼睛上,然后使用传统的剃须刀在头部区域剃须镇静的动物。将动物置于成像室中,并在荧光素注射后15分钟通过单击控制面板中的“ 获取 ”开始 成像

5. 灌注

  1. 通过静脉注射戊巴比妥钠(150mg / kg体重)麻醉动物。等到鼠标不再对疼痛的刺激做出反应,例如脚趾捏。
  2. 将鼠标放在背部,用镊子和剪刀打开胸腔。
  3. 使用标准剪刀打开隔膜。
  4. 暴露心脏并将针头(从带有振铃器/ 4%多聚甲醛溶液(PFA)的管子)插入左心室的顶点。
    注意:小心将针尖保持在心室腔内。
  5. 用剪刀切开右心室。
  6. 用振铃器溶液(可保持在室温下)浸泡3-4分钟(流速:17毫升/分钟)。继续,直到心脏洁净。
  7. 切换旋塞阀以允许PFA的流动(储存在4°C;在手术过程中保持在冰上),并再灌注5分钟(〜100毫升)。
  8. 停止泵,从左心室取出针头。
    注意:PFA灌注均匀地保持组织完整性。它还有助于在移植中保存GFP信号,否则这些信号可能会因扩散而丢失。

6. 处理

  1. 组织收集
    1. 使用标准剪刀取下头部,并在皮肤上做一个中线切口。
    2. 将皮肤翻转到眼睛上以暴露头骨。
    3. 从顶骨尖端的尾部开始,用弹簧剪刀做一个小切口。将剪刀沿着中鼓动缝线向前推进到眼睛之间的一点。从尾部再次开始,在矢状平面上平行地进行两个平行的切口,相距约4毫米。
      注意:注意不要将剪刀按在颅骨的内表面上来损坏大脑。
    4. 使用镊子小心地倾斜顶骨的一侧并将其折断。对另一方做同样的事情。
      注意:使用微瓣将骨从脑膜中释放出来;否则,它们可能会在掰开颅骨的同时损害大脑。如果额骨的某些部分仍然存在,请做一个小切口以倾斜并折断骨板。
    5. 为了释放大脑,小心地将微瓣滑动到大脑下方(嗅球),并将其轻轻向上倾斜。
    6. 收集后,将大脑在4°C下保持在4%PFA溶液中4-6小时。 然后将其转移到无菌的1x PBS中。
  2. 免疫组织化学
    1. 将大脑转移到30%蔗糖溶液中,在4°C下至少48小时,以防止在冷冻过程中形成晶体。
    2. 使用滑动切片机切割厚度为40μm的冠状切片。收集切片并将其作为自由浮动切片(在24孔板中)储存在-20°C的冷冻保护剂溶液(表1)中,直到进一步处理。
    3. 用每个孔的450μL1x PBS冲洗切片(3次,每个5分钟,室温)。
    4. 用450μL封闭溶液为每个孔(表1)在室温下阻断非特异性位点1小时。
    5. 用450μL一抗在4°C下孵育每个孔过夜。将抗体稀释在3%驴血清中1:200;PBS中0.1%的Triton-X-100。为了鉴定宿主环境中的供体物质,请使用人特异性细胞核抗体(抗人核抗体,克隆235-1)。
    6. 用450μL1x PBS对每个孔洗涤切片(3次,每个5分钟,室温)。
    7. 用450μL相应的荧光二抗孵育每个孔2-3小时(RT)。将抗体稀释在3%驴血清中;0.1% Triton-X-100,1x PBS。
    8. 用450μL1x PBS对每个孔洗涤切片(3次,每个5分钟,室温)。
    9. 用450μL0.1μg/ mL 4',6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染色细胞核。

Representative Results

我们的目标是使用体内生物发光成像纵向跟踪小鼠大脑 移植的神经祖细胞,并在随后的组织学分析中鉴定移植的细胞(图1A)。因此,神经祖细胞用由EF1α-rFluc-eGFP组成的慢病毒载体转导。在移植之前,通过 体外 表达eGFP测试细胞成功转导(图1B)。将成功转导的细胞立体地移植到小鼠大脑中所需的坐标(例如,在感觉运动皮层中)。移植后,全身注射D-荧光素,rFluc的底物,并测量移植细胞的信号强度以确认移植成功(图1C)。

为了评估 体内 生物发光成像的检测限,将6,000-180,000个细胞的范围移植到小鼠的右感觉运动皮层中(图2A)。我们在移植后直接检测到<6,000个细胞和与移植细胞计数成比例的生物发光信号(图2B)。由于人细胞源对免疫功能小鼠具有免疫原性,因此使用NOD scid γ(NSG)免疫缺陷小鼠来观察细胞移植物的长期存活。细胞移植后确认了长达5周的生物发光信号的长期存活和检测(图2C,D)。移植的 细胞在随后 的组织学分析中通过eGFP报告基因和抗人细胞核和抗人线粒体抗体的免疫染色成功检测到(图2E)。

Figure 1
图1:神经祖细胞的移植。A)rFluc-eGFP NPC的产生和移植的示意图概述;(B)用DAPI复染的NPC的代表性免疫荧光图像(GFP报告基因,绿色);(B)用DAPI复染的NPC的代表性免疫荧光图像(GFP报告基因,绿色);(C)移植细胞中生物发光信号的 体内 检测;颜色条 = 蓝色 (0, 最小值, 无信号), 红色 (4 通量, p/s × 105, 最大信号) 缩写: NPCs = 神经祖细胞;GFP = 绿色荧光蛋白;rFluc-eGFP =红萤火虫荧光素酶和增强的绿色荧光蛋白;DAPI = 4',6-二脒基-2-苯基吲哚;p/s = 光子/s. 请点击这里查看此图的大图。

Figure 2
图2:移植细胞的时间过程。 A)移植用细胞数示意图。(B)移植后1 h移植细胞的检测限。(C、 D)移植的时间过程(180,000个细胞)在NSG小鼠中长达35天;色条 = 蓝色(0,最小值,无信号),红色(4 通量,p/s × 105,最大信号) 数据均± SEM (n = 3)。(E)移植后5周组织学切片和移植细胞的代表性荧光图像。比例尺 = 10 μm. 缩写: D = 移植后的第二天;NSG = 免疫缺陷 NOD scid γ;DAPI = 4',6-二脒基-2-苯基吲哚;GFP = 绿色荧光蛋白;HuNu = 抗人核抗体,克隆235-1;p/s = 光子/s. 请点击这里查看此图的大图。

Discussion

再生受伤的大脑以允许功能恢复仍然是一个未解决的挑战。许多创新的临床前方法已经进化出靶向,例如,免疫调节1920,血管生成1,212223,血脑屏障完整性232425和细胞替代526.特别是近年来,由于干细胞技术和高效分化方案的重大进步,基于细胞的疗法已成为一种有前途的大脑治疗策略1528。本文为移植和跟踪小鼠大脑中的神经细胞提供了一种有价值的方案。该方法适用于小鼠大脑体内应用的所有可转导细胞系。

所呈现的设置使用小鼠中人类起源的移植。由于免疫原性,这些移植在免疫功能正常的野生型小鼠中长期无效。因此,使用免疫缺陷NSG小鼠来克服这一限制。或者,使用小鼠移植可以优选地克服免疫原性方面。如果需要移植人类细胞,人源化小鼠模型代表了一种新兴的替代方案,以降低移植物排斥的可能性29

使用EF1α启动子下由萤火虫荧光素酶和eGFP组成的商业双报告病毒载体来可视化移植。选择该启动子15以达到高信号强度。然而,除了NPC之外,其他细胞类型已被证明可以在受伤后促进脑功能,包括周细胞30和星形胶质细胞31;因此,根据所使用的细胞系,其他启动子可能更适合达到高表达水平。此外,使用转基因启动子,如CMV,可能导致下调,特别是在长期实验中32。慢病毒载体的转导效率很大程度上取决于所使用的细胞系,并且在单个实验之间可能有所不同。因此, 在开始体内 实验之前,必须评估转导效率,并纠正实验之间转导功效的变化。移植的大脑区域也会影响信号强度。虽然皮质移植的检测限达到<6,000个细胞,但可能需要更多的细胞来检测更深层大脑区域的信号,例如纹状体或海马体。

小鼠大脑中的移植体积限制为1-2μL。因此,确定适合实验的细胞号非常重要。先前已经观察到,增加细胞数量导致存活率降低,很可能是由于移植区域中营养物质和氧气的可用性有限33。与其他 体内 成像方法(如MRI或CT)相比, 体内 生物发光成像提供相对较低的空间分辨率。因此,嫁接细胞的短迁移路径只能在随后的 事后 分析中可靠地评估。

生物发光的绝对信号强度通常与移植的细胞数量成正比。然而,如果移植物移植到更深的大脑结构中,或者如果信号强度在 体内 成像系统的线性检测光谱之外,信号强度可能会降低。目前,开发新型底物以确保比D-荧光素更有效地穿透血脑屏障,包括cycluc1。这些底物可以在未来18进一步提高移植细胞的检测限。总体而言,该协议允许直接的微创手术来移植和观察小鼠大脑中的移植物。

Disclosures

作者没有潜在的利益冲突需要声明。

Acknowledgments

作者 RR 和 CT 感谢 Mäxi 基金会和 3R 能力中心的支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Viral Transduction
pLL-EF1a-rFLuc-T2A-GFP-mPGK-Puro (Lenti-Labeler virus) Systembio LL410VA-1
Consumables
Eppendorf microtubes; 1.5 mL Sigma Aldrich Z606340
Falcon Tubes; 15 mL TPP 91015
Microscope cover slips Product of choice
Microscope slides Product of choice
Sterlie cotton swabs Product of choice
Sutures; 5/0 silk with curved needle B. Braun G0762482
Syringe filter; 0.22 µm TPP 99722
Syringe; 1 mL and 0.5 mL B. Braun 9166017V
Tissue culture plate (24-well) TPP 92024
Equipment
Automated cell counter (Vi-CELL XR) Beckmann Coulter Life Science 383721
Forceps Fine Science Tools 11064-07
Forceps, fine Fine Science Tools 11412-11
Heating pad Product of choice
High Speed Brushless Micromotor Kit Foredom K.1060-22.
Ideal Micro Drill Burr Set Of 5 Cell Point Specific 60-1000
In-Vivo imaging system (IVIS Lumina III with Living Imaging 4.2 software package) Perkin Elmer CLS136334
Isoflurane vaporizer Provet AG 330724
Microinjection Syringe Pump system World Precision Instruments UMP3T-1
Microliter syringe; 700-Series; Volume: 5-10 µL Hamilton 7635-01
Microtome Leica HM430
NanoFill-33 G-Needle (removable and reusable) World Precision Instruments NF33BV-2
Needle Holder Fine Science Tools 12001-13
Perfusion pump and tubing Masterflex HV-77120-42
Scalpel Fine Science Tools 10003-12
Small bonn scissors, straight Fine Science Tools 14184-09
Small spring scissors, straight Fine Science Tools 15000-03
Spatula Merck Z243213-2EA
Stereotaxic frame for rodents; motorized World Precision Instruments 99401
Pharmaceuticals and Reagents
Accutase Invitrogen A11105-01 Proteolytic and collagenolytic; cell dissociation reagent
Anti-Human Nuclei Antibody, clone 235-1, Biotin Conjugate Merck MAB1281B
B27 – Supplement (50x) Gibco 17504-001
Betadine (11 mg Iod als Povidon-Iod pro 1 ml Lösung) Mundipharma Medical Company All pharmaceuticals were provided by the cantonal pharmacy, Zurich, Switzerland
Blocking solution (3% donkey serum; 0.1% Triton-X-100 in PBS) Product of choice; can be homemade
CHIR99021 (10 mM – 2,500x) StemMACS 130-103-926
Cryoprotectant solution Product of choice; can be homemade
DAPI solution (1 mg/mL) Thermo Fisher Scientific 62248
D-Luciferin Potassium Salt Perkin Elmer 122799
DMEM/F12 Gibco 11320-074
Donkey anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 555 Invitrogen A-31570
Donkey serum Product of choice
Esconarcon (Pentobarbitalum natricum 300 mg) Streuli Pharma AG All pharmaceuticals were provided by the cantonal pharmacy, Zurich, Switzerland
Ethanol; 70% Product of choice
FGF Basic recombinant human protein, Animal-origin free Thermo Fisher Scientific  PHG6015
Glutamax (100x) Gibco A12860-01
hLif (10 µg/mL – 1,000x) PeproTech AF-300-05-25UG
Isoflurane (Isofluran (1-Chlor-2,2,2-trifluorethyl-difluoromethyl­ether) 99.9%) Provet AG All pharmaceuticals were provided by the cantonal pharmacy, Zurich, Switzerland
Laminin-L521 (L-521) Biolaminin LN LN521
Lidocaine ointment (Lidocain: 25 mg , Prilocain: 25 mg) Aspen Pharma Schweiz GmbH All pharmaceuticals were provided by the cantonal pharmacy, Zurich, Switzerland
Mounting Medium Product of choice; can be homemade
N2- Supplement (100x) Gibco  75202-001
Neurobasal Gibco  21103-049
Ophtalmic lubricant (Retinol palmitat: 15,000 UI) Bausch & Lomb Swiss AG All pharmaceuticals were provided by the cantonal pharmacy, Zurich, Switzerland
Paraformaldehyde solution Product of choice
PBS Thermo Fisher Scientific 10010023 Can also be homemade
Poly-L-ornithine Solution (pLO) Sigma-Aldrich P4957
Rimadyl (Carprofen 50 mg) Zoetis Schweiz GmbH All pharmaceuticals were provided by the cantonal pharmacy, Zurich, Switzerland
Ringer lactate B. Braun 3570500
Ringer solution B. Braun 3570030
Saline (0.9% NaCl) B. Braun 3570160
SB431542 (10 mM – 3,333.3x) StemMACS 130-106-543
Tissue Adhesive (Histoacryl) B. Braun 1050060

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References

  1. Rust, R., et al. Nogo-A targeted therapy promotes vascular repair and functional recovery following stroke. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (28), 14270-14279 (2019).
  2. Rust, R., et al. Anti-Nogo-A antibodies prevent vascular leakage and act as pro-angiogenic factors following stroke. Scientific Reports. 9 (1), 20040 (2019).
  3. Weber, R. Z., et al. Characterization of the blood brain barrier disruption in the photothrombotic stroke model. Frontiers in Physiology. 11, 58226 (2020).
  4. Sweeney, M. D., Sagare, A. P., Zlokovic, B. V. Blood-brain barrier breakdown in Alzheimer's disease and other neurodegenerative disorders. Nature Reviews. Neurology. 14 (3), 133-150 (2018).
  5. Wang, Y., et al. 3K3A-APC stimulates post-ischemic neuronal repair by human neural stem cells in mice. Nature Medicine. 22 (9), 1050-1055 (2016).
  6. Llorente, I. L., et al. Patient-derived glial enriched progenitors repair functional deficits due to white matter stroke and vascular dementia in rodents. Science Translational Medicine. 13 (590), (2021).
  7. Kokaia, Z., Llorente, I. L., Carmichael, S. T. Customized brain cells for stroke patients using pluripotent stem cells. Stroke. 49 (5), 1091-1098 (2018).
  8. Parmar, M., Grealish, S., Henchcliffe, C. The future of stem cell therapies for Parkinson disease. Nature Reviews Neuroscience. 21 (2), 103-115 (2020).
  9. Galgano, M., et al. Traumatic brain injury: current treatment strategies and future endeavors. Cell Transplantation. 26 (7), 1118-1130 (2017).
  10. Schweitzer, J. S., et al. Personalized iPSC-derived dopamine progenitor cells for Parkinson's disease. The New England Journal of Medicine. 382 (20), 1926-1932 (2020).
  11. Muir, K. W., et al. Intracerebral implantation of human neural stem cells and motor recovery after stroke: multicentre prospective single-arm study (PISCES-2). Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry. 91 (4), 396-401 (2020).
  12. Kawabori, M., et al. Cell therapy for chronic TBI: interim analysis of the randomized controlled STEMTRA trial. Neurology. 96 (8), 1202-1214 (2021).
  13. George, P. M., et al. Engineered stem cell mimics to enhance stroke recovery. Biomaterials. 178, 63-72 (2018).
  14. Sancho-Martinez, I., et al. Establishment of human iPSC-based models for the study and targeting of glioma initiating cells. Nature Communications. 7 (1), 1-14 (2016).
  15. Rust, R., et al. Xeno-free induced pluripotent stem cell-derived neural progenitor cells for in vivo applications. bioRxiv. , (2022).
  16. Franklin, K., Paxinos, G. Paxinos and Franklin's the Mouse brain in stereotaxic coordinates, compact: The coronal plates and diagrams. , Academic Press. (2019).
  17. Baker, S., Götz, J. A local insult of okadaic acid in wild-type mice induces tau phosphorylation and protein aggregation in anatomically distinct brain regions. Acta Neuropathologica Communications. 4, 32 (2016).
  18. Cao, J., et al. In vivo optical imaging of myelination events in a myelin basic protein promoter-driven luciferase transgenic mouse model. ASN Neuro. 10, (2018).
  19. Aswendt, M., Adamczak, J., Couillard-Despres, S., Hoehn, M. Boosting bioluminescence neuroimaging: an optimized protocol for brain studies. PLoS One. 8 (2), 55662 (2013).
  20. Roth, S., et al. Brain-released alarmins and stress response synergize in accelerating atherosclerosis progression after stroke. Science Translational Medicine. 10 (432), (2018).
  21. Rust, R., Hofer, A. -S., Schwab, M. E. Stroke promotes systemic endothelial inflammation and atherosclerosis. Trends in Molecular Medicine. 24 (7), 593-595 (2018).
  22. Rust, R., Gantner, C., Schwab, M. E. Pro- and antiangiogenic therapies: current status and clinical implications. FASEB Journal. 33 (1), 34-48 (2018).
  23. Rust, R., Grönnert, L., Weber, R. Z., Mulders, G., Schwab, M. E. Refueling the ischemic CNS: guidance molecules for vascular repair. Trends in Neurosciences. 42 (9), 644-656 (2019).
  24. Nih, L. R., Gojgini, S., Carmichael, S. T., Segura, T. Dual-function injectable angiogenic biomaterial for the repair of brain tissue following stroke. Nature Materials. 17 (7), 642 (2018).
  25. Montagne, A., et al. Pericyte degeneration causes white matter dysfunction in the mouse central nervous system. Nature Medicine. 24 (3), 326-337 (2018).
  26. Montagne, A., et al. APOE4 leads to blood-brain barrier dysfunction predicting cognitive decline. Nature. 581 (7806), 71-76 (2020).
  27. George, P. M., Steinberg, G. K. Novel stroke therapeutics: unraveling stroke pathophysiology and its impact on clinical treatments. Neuron. 87 (2), 297-309 (2015).
  28. Weber, R. Z., et al. Deep learning based behavioral profiling of rodent stroke recovery. bioRxiv. , (2021).
  29. Nair, R. R., et al. Uses for humanised mouse models in precision medicine for neurodegenerative disease. Mammalian Genome. 30 (7), 173-191 (2019).
  30. Kirabali, T., Rust, R. iPS-derived pericytes for neurovascular regeneration. European Journal of Clinical Investigation. 51 (9), 13601 (2021).
  31. Weber, R. Z., Perron, P., Rust, R. Astrocytes for brain repair: More than just a neuron's sidekick. Brain Pathology. 31 (5), Zurich, Switzerland. 12999 (2021).
  32. Johansen, J., et al. Evaluation of Tet-on system to avoid transgene down-regulation in ex vivo gene transfer to the CNS. Gene Therapy. 9 (19), 1291-1301 (2002).
  33. Vogel, S., et al. Initial graft size and not the innate immune response limit survival of engrafted neural stem cells. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 12 (3), 784-793 (2018).

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神经科学,第179期,细胞移植,荧光素酶, 体内 成像,GFP,脑切片,实质内移植
小鼠大脑中人类神经祖细胞的脑内移植和 <em>体内</em> 生物发光跟踪
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Weber, R. Z., Bodenmann, C., Uhr,More

Weber, R. Z., Bodenmann, C., Uhr, D., Zürcher, K. J., Wanner, D., Generali, M., Nitsch, R. M., Rust, R., Tackenberg, C. Intracerebral Transplantation and In Vivo Bioluminescence Tracking of Human Neural Progenitor Cells in the Mouse Brain. J. Vis. Exp. (179), e63102, doi:10.3791/63102 (2022).

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