Wir danken dem Rat Ressourcen-und Research Center, University of Missouri, Columbia, Missouri, für die Bereitstellung von GFP Ratten; Neuralstem Inc. für die Bereitstellung von humanen neuralen Stammzellen. Diese Arbeit wurde von der Veterans Administration, NIH (NS09881), Canadian Spinal Research Organization, The Craig H. Neilsen-Stiftung und der Bernard und Anne Spitzer Charitable Trust unterstützt.

Alle Tier Protokolle werden von VA-San Diego Institutional Animal Care und Verwenden Committee (IACUC) zugelassen. NIH-Richtlinien für Labortierhaltung und Sicherheit strikt befolgen. Tiere haben freien Zugang zu Futter und Wasser während der gesamten Studie und angemessen zur Minimierung Schmerzen und Beschwerden behandelt. 1. Herstellung von Fibrin Komponenten mit Wachstumsfaktor-Cocktails <ol><li> Lösen Sie 25 mg Fibrinogen Ratte in 0,5 ml PBS auf 50 mg / ml 2x Stammlösung zu erhalten (siehe Materialien Tabelle). Fibrinogen ist schwierig zu lösen, und sollte in einem 37 ° C Brutschrank oder Wasserbad gestellt und geschüttelt alle 5-10 min für 1-2 Stunden werden. </li><li> Lösen 100 UN Ratte Thrombin in 2 ml 10 mM CaCl sterile 2 bis 50 U / ml 2x Stammlösung zu erhalten. </li><li> Lösen Wachstumsfaktoren in PBS in den folgenden Konzentrationen zu 100 ul Stammlösung: 1 mg / ml: BDNF; NT-3 (hohe Konzentration Lager intrathekale Infusion in vivo <sup&gt; 19); 200 ug / ml: GDNF; IGF; bFGF; EGF; PDGF; aFGF; HGF (etwa 1000 mal höher als für die Zellkultur verwendet werden). </li><li> Lösen Sie 25 mg MDL28170 (Calpain-Inhibitor) in 1,3 ml DMSO auf 50 mM DMSO-Stammlösung zu erhalten, und dann verdünnen 50x in PBS auf 1 mM Stammlösung zu erhalten. </li><li> Mischen Sie 100 ul jeder Wachstumsfaktor-Komponente und 100 ul MDL28170 (1 mM Stammlösung) zu 1.000 ul Wachstumsfaktor-Cocktail-Lösung (Abbildung 1) zu produzieren. </li><li> Mischen Sie 500 ul Fibrinogen 2x Stammlösung mit 500 ul Wachstumsfaktor-Cocktail bis 25 mg / ml Fibrinogen Arbeitslösung bei -70 ° C zu erhalten, Wachstumsfaktoren enthält und Teilmenge in 10 oder 20 ul für die Lagerung Die Lösung wird bei -70 ° C für bis zu 12 Monate stabil </li><li> Ebenso mischen 500 ul Thrombin 2x Stammlösung mit 500 ul Wachstumsfaktor-Cocktail bis 25 U / ml Thrombin Arbeitslösung zu erhalten, Wachstumsfaktoren enthält, und in aliquoten ähnliche 10 oder 20 ul Volumen für die Lagerung eint -70 ° C für bis zu 12 Monate. </li><li> Am Tag der Transplantation stellen Fibrinogen-und Thrombin-haltigen Wachstumsfaktor Cocktails auf Eis, bis mit Zellen gemischt. </li></ol> 2. T3 Spinal Cord Trennung <ol><li> Anesthetize erwachsenen weiblichen Fischer 344 Ratten oder athymischer Ratten mit akzeptablen Methoden. Themen sind tief anästhesiert, als Reaktion auf Schwanz und Pfote Prise fehlen völlig. Anmerkung: Wir verwenden typischerweise 150-200 g Fischer Ratten oder athymischen Ratten 180-220 g und einen Anästhesie-Cocktail (2 ml / kg) von Ketamin (25 mg / ml), Xylazin (1,3 mg / ml) und Acepromazin (0,25 mg / ml). </li><li> Bewerben Augensalbe zur Trockene Augen oder Verletzungen zu verhindern, während die Tiere in der Anästhesie. </li><li> Rasieren Sie den oberen Brustbereich und reinigen Sie die Haut mit Betadine. </li><li> Schneiden Sie die Haut und Muskeln mit # 15 Klinge, aussetzen T3 Wirbel mit einer Wund-Spreizer, und führen Sie eine Laminektomie bei T3 Wirbel zu entlarven T3 / 4 Rückenmark mit einer Zange. </li><li> Machen Sie eine longitudinal Mittellinienschnitt in der Dura von etwa 2 mm Länge unter Verwendung einer # 11 Klinge. </li><li> Zeigen Iridektomie Schere unter der Dura, um den rechten Seiten gesamte Rückenmark geschnitten. Machen Sie eine weitere Schnitt auf der gleichen Seite 1,5 mm mehr cadually. </li><li> Saugen Sie Rückenmarksgewebe zwischen den beiden Segmenten geschnitten mit einer stumpfen Nadel 23 G bis mäßiger Intensität Vakuum verbunden. Verwenden Sie visuelle Überprüfung, um eine vollständige Durchtrennung ventral und seitlich zu gewährleisten. Dies wird eine seitliche Hemisektion abzuschließen. </li><li> Um die Läsion zu einer vollbreiten Durchtrennung des Rückenmarks erstrecken, legen Spiegel Einschnitte in die linke hemicord. Versuchen Sie, die Dura intakt lassen, außer dem ersten Schnitt, um die Firma Graft / Fibrin-Matrix in der Läsion, wenn gepfropft zwei Wochen später erhalten. </li><li> Naht der Muskel, gelten Antibiotika-Pulver und heften Sie die Haut. </li><li> Inject Ringer-Laktat-(3 ml), Bannamine (2,5-5 mg / kg) und Ampicillin (80-100 mg / kg) (siehe Materialien Tabelle) unmittelbar nach der Operation und maintain Ratten in einem warmen Inkubator, bis der Thermoregulation wieder hergestellt. </li><li> Entleeren Sie die Blase und spritzen die Ringer-Lösung und Ampicillin zweimal am Tag für etwa zwei Wochen, bis die Einrichtung von Blasenentleerungsreflex (Abbildung 1B). </li></ol> 3. Vorbereitung der frisch gewonnenen embryonalen Tag 14 Spinal Cord Neural Stem Cells <ol><li> Erhalten Inzucht transgenen GFP-F344-Ratten (F344-Tg (UBC-EGFP) F455Rrrc) aus Ratten-Ressourcen-und Research Center, University of Missouri. </li><li> Inject 40 ug des-Gly 10, [D-Ala 6]-Leuteinizing Hormone Releasing Hormone ethylamid (LHRH) in PBS in einer Konzentration von 200 ug / ml intraperitoneal (IP) pro reifen weiblichen Ratten (8 Wochen oder älter) nach 2 verdünnt -3 Stunden Licht Induktion zur Synchronisation von Embryo-Entnahme. </li><li> Kamerad mit einer reifen GFP homozygot oder heterozygot männlichen Ratten über Nacht 4 Tage nach der Injektion. </li><li> Sammeln Embryonen an den Tagen 13,5-14,5 postcoitus(Pc) in kaltem HBSS-Puffer, untersuchen GFP-Expression unter einer &quot;Nightsea&quot; Taschenlampe und Filtergläser (BLS1 - Bluestar-Taschenlampe und Modell VG1 und Sperrfilter) oder einem Fluoreszenzmikroskop. </li><li> Dissect Rückenmark aseptisch aus jedem GFP-positiven Fötus und zu entfernen, die über Hirnhaut und Rücken angebracht Ganglien mit Iridektomie Schere und Pinzette Juweliere. </li><li> Sammeln Sie die seziert Rückenmark in 2 ml kaltem HBSS-Puffer in einem 15 ml Cornical Rohr und auf Eis zu halten. </li><li> Folgen Referenz # 20 bis seziert Rückenmark distanzieren: <ol><li> Kurz gesagt, 2 ml 0,25% Trypsin-EDTA auf die Röhrchen mit seziert Rückenmark (mehrere Kabel können zusammen verdaut werden, ein Kabel kann genügend Zellen für Transplantat von einem Thema erzeugen) und zu verdauen bei 37 ° C für 10-12 min. </li><li> Stoppen der Reaktion durch Zugabe von Trypsin 10 ml DMEM mit 10% FBS auf das Rohr und das Gewebe Zentrifuge bei 2500 rpm für 2 min. </li><li> Resuspendieren Gewebe in 2 ml Neurobasalmedium Containing 2% B27 und verreiben Sie die Rückenmarksgewebe mit immer kleiner feuerpolierten Pasteur Pipetten. </li><li> Zentrifugation der Zellen bei 2500 rpm für 2 min, resuspendieren in 2 ml Neurobasalmedium B27 enthalten, und Filterzellen mit einer 40 &amp;mgr; m Zellfilter Sieb. </li></ol></li><li> Zähle die Zellen mit einem Hämozytometer und teilen die Zellen gleichmäßig in zwei Eppendorf-Röhrchen. </li><li> Zentrifugieren Sie die Zellen und Überstand vollständig entfernen (1-2 min sind erforderlich, um alle Überstand mit einer niedrigen Vakuum Spitze zurückziehen), so dass die Wachstumsfaktor-Cocktails nicht durch verbleibende Überstand nach Zell Resuspension verdünnt werden. </li><li> Resuspendieren jeder Hälfte der Zellen in der Fibrinogen bzw. Thrombin-Arbeitslösung, enthaltend Wachstumsfaktoren, jeweils in einer Konzentration von 250.000 Zellen / ul (Zellpellet zählt etwa ⅓ Endvolumen) und sie auf Eis vor der Transplantation (Fig. 1A). Beachten Sie, dass Fibrinogen kann spontan gelieren, wenn mit Zell gemischts vor der Kombination mit Thrombin an der Läsion / Transplantationsstelle; um vorzeitige Gelierung zu vermeiden, mischen Zellen in Fibrinogen unmittelbar vor der Zelltransplantation in vivo. </li></ol> 4. Transplantation <ol><li> Reexpose den verletzten T3 / 4 Rückenmark zwei Wochen nach Durchtrennung des Rückenmarks. </li><li> 5 ul Fibrinogen-Zellen und 5 ul Thrombin-Zellen konnten direkt ohne erneutes Öffnen der Läsion in neun Punkten der Läsion durch Narbengewebe verschlossen und intakte Dura injiziert werden. </li><li> Verwenden Sie eine 27 G-Nadel zu 9 Löcher auf der Oberfläche des Narbengewebes und intakte Dura 1-2 Wochen nach Läsion zu erstellen: 3 in der Mitte (in einem mittleren Punkt und zwei seitlichen und Abstand voneinander 0,5 mm) und 3 in beiden rostralen und 3 im kaudalen-Schnittstelle (etwa 0,5 mm rostral und kaudal vom Zentrum der Läsion). </li><li> Dann spritzen die Hälfte des Volumens von Fibrinogen Zell-Lösung in drei zentralen Punkten der Läsion und einem Viertel Volumen in 3 Punkten des rostralen Schnittstelle und aquarter Volumen in 3 Punkten von der Schwanz Schnittstelle. </li><li> Dann sofort injizieren throbmbin Zellen in den gleichen Stellen. Die Mischung von Fibrinogen und Thrombin-Zellen Zellen in der Läsion wird Fibrin-Gel, um Zellen in Läsion halten zu bilden und die Wachstumsfaktor-Cocktails wird das Überleben der Zellen zu unterstützen. Die Zellen werden mit Hilfe gezogen Glaspipetten auf einen Picospritzer (General Ventil, Inc.) verbunden injiziert. </li><li> Transplantation kultivierter menschlicher NSC 21 in dem oben beschriebenen gleichen Verfahren und mit Fibrin-und Wachstumsfaktor-Cocktail aus humanen Reagenzien hergestellt. </li></ol>

<ol>
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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fetal+spinal+cord+tissue+in+mini-guidance+channels+promotes+longitudinal+axonal+growth+after+grafting+into+hemisected+adult+rat+spinal+cords.">Fetal spinal cord tissue in mini-guidance channels promotes longitudinal axonal growth after grafting into hemisected adult rat spinal cords.</a> Neural Plast. 6, 103-121 (1999).</li><li>Theele, D. P., Schrimsher, G. W., Reier, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+growth+and+fate+of+fetal+spinal+iso-+and+allografts+in+the+adult+rat+injured+spinal+cord.">Comparison of the growth and fate of fetal spinal iso- and allografts in the adult rat injured spinal cord.</a> Exp Neurol. 142, 128-143 (1996).</li><li>Giovanini, M. A., Reier, P. J., Eskin, T. A., Wirth, E., Anderson, D. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristics+of+human+fetal+spinal+cord+grafts+in+the+adult+rat+spinal+cord:+influences+of+lesion+and+grafting+conditions.">Characteristics of human fetal spinal cord grafts in the adult rat spinal cord: influences of lesion and grafting conditions.</a> Exp Neurol. 148, 523-543 (1997).</li><li>Wictorin, K., Bj&#246;rklund, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axon+outgrowth+from+grafts+of+human+embryonic+spinal+cord+in+the+lesioned+adult+rat+spinal+cord.">Axon outgrowth from grafts of human embryonic spinal cord in the lesioned adult rat spinal cord.</a> Neuroreport. 3, 1045-1048 (1992).</li><li>Vroemen, M., Aigner, L., Winkler, J., Weidner, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adult+neural+progenitor+cell+grafts+survive+after+acute+spinal+cord+injury+and+integrate+along+axonal+pathways.">Adult neural progenitor cell grafts survive after acute spinal cord injury and integrate along axonal pathways.</a> Eur J Neurosci. 18, 743-751 (2003).</li><li>Blits, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lentiviral+vector-mediated+transduction+of+neural+progenitor+cells+before+implantation+into+injured+spinal+cord+and+brain+to+detect+their+migration,+deliver+neurotrophic+factors+and+repair+tissue.">Lentiviral vector-mediated transduction of neural progenitor cells before implantation into injured spinal cord and brain to detect their migration, deliver neurotrophic factors and repair tissue.</a> Restor Neurol Neurosci. 23, 313-324 (2005).</li><li>Lepore, A. C., Fischer, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lineage-restricted+neural+precursors+survive,+migrate,+and+differentiate+following+transplantation+into+the+injured+adult+spinal+cord.">Lineage-restricted neural precursors survive, migrate, and differentiate following transplantation into the injured adult spinal cord.</a> Exp Neurol. 194, 230-242 (2005).</li><li>Gaillard, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reestablishment+of+damaged+adult+motor+pathways+by+grafted+embryonic+cortical+neurons.">Reestablishment of damaged adult motor pathways by grafted embryonic cortical neurons.</a> Nat Neurosci. 10, 1294-1299 (2007).</li><li>Remy, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+lines+of+GFP+transgenic+rats+relevant+for+regenerative+medicine+and+gene+therapy.">New lines of GFP transgenic rats relevant for regenerative medicine and gene therapy.</a> Transgenic Res. 19, 745-763 (2010).</li><li>Cao, Q. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pluripotent+stem+cells+engrafted+into+the+normal+or+lesioned+adult+rat+spinal+cord+are+restricted+to+a+glial+lineage.">Pluripotent stem cells engrafted into the normal or lesioned adult rat spinal cord are restricted to a glial lineage.</a> Exp Neurol. 167, 48-58 (2001).</li><li>Mothe, A. J., Kulbatski, I., Parr, A., Mohareb, M., Tator, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adult+spinal+cord+stem/progenitor+cells+transplanted+as+neurospheres+preferentially+differentiate+into+oligodendrocytes+in+the+adult+rat+spinal+cord.">Adult spinal cord stem/progenitor cells transplanted as neurospheres preferentially differentiate into oligodendrocytes in the adult rat spinal cord.</a> Cell Transplant. 17, 735-751 (2008).</li><li>Bryda, E. C., Pearson, M., Agca, Y., Bauer, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+detection+and+identification+of+multiple+chromosomal+integration+sites+in+transgenic+animals+created+with+lentivirus.">Method for detection and identification of multiple chromosomal integration sites in transgenic animals created with lentivirus.</a> Biotechniques. 41, 715-719 (2006).</li><li>Willerth, S. M., Faxel, T. E., Gottlieb, D. I., Sakiyama-Elbert, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+soluble+growth+factors+on+embryonic+stem+cell+differentiation+inside+of+fibrin+scaffolds.">The effects of soluble growth factors on embryonic stem cell differentiation inside of fibrin scaffolds.</a> Stem Cells. 25, 2235-2244 (2007).</li><li>Grumbles, R. M., Sesodia, S., Wood, P. M., Thomas, C. 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V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+regeneration+and+functional+recovery+after+complete+spinal+cord+transection+in+rats+by+delayed+treatment+with+transplants+and+neurotrophins.">Axonal regeneration and functional recovery after complete spinal cord transection in rats by delayed treatment with transplants and neurotrophins.</a> J Neurosci. 21 (23), 9334-9344 (2001).</li><li>Harris, J., Lee, H., Tu, C. T., Cribbs, D., Cotman, C., Jeon, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparing+e18+cortical+rat+neurons+for+compartmentalization+in+a+microfluidic+device.">Preparing e18 cortical rat neurons for compartmentalization in a microfluidic device.</a> J Vis Exp. (305), (2007).</li><li>Yan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extensive+neuronal+differentiation+of+human+neural+stem+cell+grafts+in+adult+rat+spinal+cord.">Extensive neuronal differentiation of human neural stem cell grafts in adult rat spinal cord.</a> PLoS Med. 4 (2), e39 (2007).</li><li>Popovich, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Building+bridges+for+spinal+cord+repair.">Building bridges for spinal cord repair.</a> Cell. 150 (6), 1105-1106 (2012).</li><li>Catelas, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fibrin.">Fibrin.</a> Comprehensive Biomaterials. 2, 303-328 (2011).</li><li>Petter-Puchner, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+long-term+neurocompatibility+of+human+fibrin+sealant+and+equine+collagen+as+biomatrices+in+experimental+spinal+cord+injury.">The long-term neurocompatibility of human fibrin sealant and equine collagen as biomatrices in experimental spinal cord injury.</a> Exp Toxicol Pathol. 58, 237-245 (2007).</li><li>Gage, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mammalian+neural+stem+cells.">Mammalian neural stem cells.</a> Science. 287, 1433-1438 (2000).</li><li>Deister, C., Schmidt, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimizing+neurotrophic+factor+combinations+for+neurite+outgrowth.">Optimizing neurotrophic factor combinations for neurite outgrowth.</a> Journal of Neural Engineering. 3, 172-179 (2006).</li></ol>

Wir haben nichts zu offenbaren.

Eine der wichtigsten Hürden für die NSC-Transplantation in das verletzte Rückenmark ist schlecht Überleben in der Läsion entfernt. Alle Lücken oder Hohlräume in der Läsion möglicherweise reduzieren oder zu schwächen, die Bildung von neuronalen Funktionsrelais zwischen supraspinalen Axonen und getrennten Rückenmarksegmente unterhalb der Verletzung. Darüber hinaus kann der schlechten Überlebens gepfropft NSCs ihre Integration mit dem Wirtsgewebe beeinflussen und somit zu reduzieren Konnektivität gepfropft Ne...

Rückenmarksverletzung (SCI) oft Schäden, die nicht nur der weißen Substanz, die Signale vom und zum Gehirn führen, sondern auch die zentrale graue Substanz, was Segmentverlust von Inter und Motor-Neuronen. Die Folge ist der Verlust der SCI sowohl motorische und sensorische Funktion unterhalb der Läsion. Leider hat der erwachsenen Zentralnervensystem (ZNS) nicht spontan regenerieren, was zu einer dauerhaften Funktionsdefizite ein. Daher ist der Wiederaufbau des verletzten Rückenmarks und Erwachsenen Verbesserung der motorischen, sensorischen und vegetativen Funktion ein wichtiges Ziel der SCI Forschung. Neuronale Stammzellen (NSCs), auch direkt aus embryonalen oder adulten ZNS isoliert, sind überzeugende Kandidatenzellen, um verlorene Neuronen und Glia zu ersetzen. Darüber hinaus sind diese Zellen haben das Potenzial, neue Funktionsrelais bilden axonalen Leitung über eine Läsion 2,3 wiederherzustellen. Bisher hat es nicht eine detaillierte Erläuterung der anatomischen, electrophysiologische und Verhaltenseffekte von neuronalen Relais Bildung durch transplantierte NSCs nach schweren SCI. Es gibt mehrere Gründe dafür: Erstens, NSCs oder transplantierten fetalen ZNS-Gewebe überleben schlecht, wenn sie in großen Läsion Hohlräume gepfropft. Frühere Studien zeigen erhebliche frühen Zellverlust, so dass große, leere zystische Läsion Hohlräume 4,5. In einigen Studien die transplantierten Zellen anschließend aufteilen würde und füllen die Läsion Hohlraum 4,5, aber dies könnte nach einer Verzögerung von Tagen bis Wochen auftreten, und anschließende Befüllung Läsion möglicherweise nicht vollständig oder konsistent sein. Zweitens, ein effizientes Tracking-System, das Sound-Daten auf das Überleben der Zellen, Differenzierung / Reifung und Auswuchs von transplantierten NSCs bietet fehlte. Die meisten frühen Studien genutzt antegrade und retrograde Markierung zu axonalen Projektionen aus Transplantationen 2,3 verfolgen. Nur teilweise und oft undeutlich markierten axonale Projektionen aus transplantierten Zellen und Tracerverfahren Diese Techniken sind jedoch subjektivt, um Artefakte durch Farbstoff Leckage über den implantierten Zellen. Andere Gruppen verwendet menschlichen spezifischen neuronalen Marker zur axonalen Projektionen nach Transplantation von humanen fötalen NSCs in Rückenmark verletzt Nagetier 5,6 kennzeichnen. Doch in jenen Studien, die Heterotransplantate nicht durchweg gut überleben. Kürzlich, virale Lieferung der GFP-Reporter-Gen wurde verwendet, um kultiviert NSCs 7,8 kennzeichnen. Allerdings war die GFP-Expression oft widersprüchlich und kann nach unten reguliert werden 7. Kürzlich wurde die Verwendung von transgenen Mäusen oder Ratten Spender des Reportergens GFP oder die menschliche plazentale alkalische Phosphatase stabil exprimieren, dramatisch verbessert die Verfolgung von transplantierten neuralen Stammzellen / Vorläuferzellen in vivo 9,11. Drittens, einige Studien zeigen, dass in vitro kultivierten Ratten NSCs entweder aus embryonalen oder adulten ZNS, ausschließlich in Gliazellen Linien differenzieren, wenn in das Milieu des intakten oder verletzten Erwachsenen Rückenmark transplantiertd 7,12,13, trotz der Tatsache, dass diese neuronalen Stammzellen zur Differenzierung zu Neuronen und Gliazellen sowohl in vitro, was anzeigt, dass die lokalen Umgebungen kann das Schicksal von Stammzellen zu diktieren. Alternativ können kultiviert NSCs, vor allem aus adulten ZNS abgeleitet, intrinsische Eigenschaft defaulty müssen in Gliazellen Linien in vivo 13 unterscheiden. Aufgrund der oben diskutierten Einschränkungen unserer Gruppe vor kurzem ein neues Protokoll entwickelt, um embryonale NSC-Tracking, das Überleben und die Differenzierung / Reifung in der schwer verletzten Erwachsenen Rückenmark zu verbessern. Kurz gesagt, begannen wir mit einer stabilen transgenen Fischer 344 Ratten-Inzuchtlinie einen GFP-Reporter-Gen, das die GFP-Expression in vivo nach Transplantation erhält 14 abzugeben. Weiter haben wir frisch getrennt NSCs aus embryonalen Tag 14 Fischer 344 Rückenmark, eine Stufe der Entwicklung, die das Potenzial, beide Neuronen und Gliazellen zu generieren behält. Schließlich haben wir eingebettetfrisch gewonnenen NSCs in eine Fibrin-Matrix Wachstumsfaktoren enthält, 15-17, um die Zellen zu halten und verteilen sie in einem großen Hohlraum Läsion, mit dem Ziel, Transplantat Überleben der Zelle, Differenzierung und Integration. Die Transplantate wurden in Websites von T3 komplette Durchtrennung, zwei Wochen nach Verletzungen des Rückenmarks platziert. Diese transplantierten Zellen konsequent gefüllt vollständige Durchtrennung Standorten und in reichlich Neuronen, die eine große Anzahl von Axonen in Wirtsrückenmark über lange Distanzen 18 verlängert differenziert. Ähnliche Ergebnisse wurden mit kultivierten humanen neuralen Stammzelltransplantate zur Immun-Mangelratten 18 erhalten.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Reagents</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalogue</td>
 <td>Comment</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Fibrinogen(rat)</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>F6755-25MG</td>
 <td>2 hr at 37 &deg;C to dissovle 
 Stock Concentration: 50 mg/ml 
 Final Concentration: 25 mg/ml</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Thrombin (rat)</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>T5772-100UN</td>
 <td>Dissovle in 10 mM CaCl2 
 Stock Concentration: 50 U/ml 
 Final Concentration: 25 mg/ml</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>bFGF (human)</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>F0291 (25 &mu;g)</td>
 <td>Stock Concentration: 200 ng/&mu;l 
 Final Concentration: 10 ng/&mu;l</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>EGF (murine)</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>E1257 (0.1 mg)</td>
 <td>Stock Concentration: 200 ng/&mu;l 
 Final Concentration: 10 ng/&mu;l</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>BDNF(human)</td>
 <td>Peprotech</td>
 <td>452-02 (1 mg)</td>
 <td>Stock Concentration: 1000 ng/&mu;l 
 Final Concentration: 50 ng/&mu;l</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>NT-3 (human)</td>
 <td>Peprotech</td>
 <td>452-03 (1 mg)</td>
 <td>Stock Concentration: 1000 ng/&mu;l 
 Final Concentration: 50 ng/&mu;l</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>GDNF (rat)</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>G1401 (10 &mu;g)</td>
 <td>Stock Concentration: 200 ng/&mu;l 
 Final Concentration: 10 ng/&mu;l</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>IGF-1(mouse)</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>I8779 (50 &mu;g)</td>
 <td>Stock Concentration: 200 ng/&mu;l 
 Final Concentration: 10 ng/&mu;l</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>aFGF (human)</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>F5542 (25 &mu;g)</td>
 <td>Stock Concentration: 200 ng/&mu;l 
 Final Concentration: 10 ng/&mu;l </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PDGF-AA (human)</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>P3076 (10 &mu;g)</td>
 <td>Stock Concentration: 200 ng/&mu;l 
 Final Concentration: 10 ng/&mu;l</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>HGF (human)</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>H9661 (5 &mu;g)</td>
 <td>Stock Concentration: 200 ng/&mu;l 
 Final Concentration: 10 ng/&mu;l</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MDL28170</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>M6690 (25 mg)</td>
 <td>Stock in DMSO 
 Stock Concentration: 1 mM 
 Final Concentration: 50 &mu;M</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PBS</td>
 <td>Millipore</td>
 <td>BSS-1005-B</td>
 <td>Stock Concentration: 1X 
 Final Concentration: 1X</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>DMSO</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>D2650</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ketamine</td>
 <td>Putney</td>
 <td>26637-411-01</td>
 <td>40-80 mg/kg 
 Stock Concentration: 100 mg/ml 
 Final Concentration: 25 mg/ml</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Xylazine</td>
 <td>Lloyd</td>
 <td>0410,</td>
 <td>2.5-8 mg/ml 
 Stock Concentration: 100 mg/ml 
 Final Concentration: 1.3 mg/ml</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Acepromazine</td>
 <td>Butler</td>
 <td>003845</td>
 <td>0.5-4 mg/ml 
 Stock Concentration: 10 mg/ml 
 Final Concentration: 0.25 mg/ml</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Betadine</td>
 <td>Healthpets</td>
 <td>BET16OZ</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ringers</td>
 <td>Abbott</td>
 <td>04860-04-10</td>
 <td>2-3 ml/inj</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Banamine</td>
 <td>Schering-Plough</td>
 <td>0061-0851-03</td>
 <td>2.5 -5 mg/kg 
 Stock Concentration: 50 mg/ml 
 Final Concentration: 0.5 mg/ml</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ampicillin</td>
 <td>Sandoz</td>
 <td>0781-3404-85</td>
 <td>80-100 mg/kg 
 Final Concentration: 50 mg/ml</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>LH-RH</td>
 <td>Sigma</td>
 <td>L4513</td>
 <td>200 &mu;g/kg 
 Final Concentration: 200 &mu;g/ml</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>HBSS</td>
 <td>Gibco</td>
 <td>14175-096</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Trypsin</td>
 <td>Gibco</td>
 <td>25200056 </td>
 <td>Stock Concentration: 0.25 % 
 Final Concentration: 0.125 %</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>DMEM</td>
 <td>Gibco</td>
 <td>11995073 </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>FBS</td>
 <td>Gibco</td>
 <td>16000044 </td>
 <td>Stock Concentration: 100 % 
 Final Concentration: 10 %</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Neurobasal Medium</td>
 <td>Gibco</td>
 <td>21103049 </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>B27</td>
 <td>Gibco</td>
 <td>17504044</td>
 <td>Stock Concentration: 100x 
 Final Concentration: 1x</td>
 </tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Note, use human reagents for grafts of human NSCs</td>
 </tbody>
</table>

promotion of survival and differentiation of neural stem cells with fibrin and growth factor cocktails after severe spinal cord injury

Neuronale Stammzellen (NSCs) können Selbsterneuerung und Differenzierung in Neurone und Gliazellen. Transplantierte NSCs können verlorene Neuronen und Gliazellen nach einer Rückenmarksverletzung (SCI) zu ersetzen, und kann Funktionsrelais zu bilden, um wieder zu verbinden Rückenmarksegmente über und unter einer Läsion. Frühere Studien Transplantation neuraler Stammzellen durch unvollständige Überleben des Transplantats innerhalb des Rückenmarksverletzung Hohlraum begrenzt. Ferner Verfolgung Transplantat Überleben der Zellen, Differenzierung und Verfahren Verlängerung noch nicht optimiert. Schließlich ist in früheren Studien kultivierten Ratten NSC wurden typischerweise berichtet in Glia differenzieren, wenn der verletzten Rückenmarks, anstatt Neuronen gepfropft, außer Schicksal wurde auf einen spezifischen Zelltyp angetrieben. Um diese Probleme anzugehen, haben wir neue Methoden, um das Überleben, Integration und Differenzierung von NSCs zu den Orten der sogar schwere SCI verbessern. NSCs wurden frisch aus embryonalen Tag 14 Rückenmark (E14) von einer stabilen transgenen Rattenlinie Fischer 344 grün fl ausdrücken isoliertuorescent Protein (GFP) und wurden in eine Fibrinmatrix Wachstumsfaktoren enthält, eingebettet ist; diese Formulierung zielte darauf ab, transplantierten Zellen behalten in der Läsion Höhle und unterstützt das Überleben der Zelle. NSCs in der Fibrin / Wachstumsfaktor-Cocktail wurden zwei Wochen nach Brust-Ebene-3 (T3) komplette Rückenmarksquerschnitten erhalten implantiert, wodurch vermieden Spitzenzeiten der Entzündung. Resultierende Transplantate die Läsion Hohlraum vollständig gefüllt und in den beiden Nervenzellen, die Axone in die Wirtsrückenmark über erstaunlich große Entfernungen erweitert und Glia differenziert. Transplantate von kultivierten menschlichen NSCs, die GFP zu ähnlichen Ergebnissen. Somit sind Verfahren zur Verbesserung der neuronalen Stammzelltransplantation, das Überleben und die Analyse der in vivo Befunde definiert.

GFP immunhistologische Markierung zeigt, dass die aufgepfropften Ratte NSCs in phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) (fehlt ein Fibrin-Matrix und Wachstumsfaktoren) resuspendiert schlecht überlebt in der T3 Trennung Ort, nur Befestigung an der Läsion / Host-Marge und verlassen die meisten der Läsion leer ohne transplantierten Zellen (Fig. 2A). Das Überleben der NSC verbessert, wenn mit Fibrin-Matrices allein cogepfropften, aber das Transplantat nicht vollständig füllen einen großen Läsion Hohlra...

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Promotion of Survival and Differentiation of Neural Stem Cells with Fibrin and Growth Factor Cocktails after Severe Spinal Cord Injury

Fibrin-Matrices, die Wachstumsfaktoren wurden verwendet, um aufgepfropften neuronalen Stammzellen in Websites von kompletten Durchtrennung des Rückenmarks zu behalten. Transplantierten Zellen die Läsion Hohlraum vollständig gefüllt ist und in mehrere neuronale Zelltypen, einschließlich Neuronen, die Axone in Wirtsrückenmark über lange Distanzen erweitert differenziert.

Förderung von Überleben und die Differenzierung neuraler Stammzellen mit Fibrin und Growth Factor Cocktails nach schweren Rückenmarksverletzungen

Neural stem cells (NSCs) can self-renew and differentiate into neurons and glia. Transplanted NSCs can replace lost neurons and glia after spinal cord ...

promotion-survival-differentiation-neural-stem-cells-with-fibrin

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.3K Aufrufe.  Veterans Administration Medical Center, San Diego.  Fibrin-Matrices, die Wachstumsfaktoren wurden verwendet, um aufgepfropften neuronalen Stammzellen in Websites von kompletten Durchtrennung des Rückenmarks zu behalten. Transplantierten Zellen die Läsion Hohlraum vollständig gefüllt ist und in mehrere neuronale Zelltypen, einschließlich Neuronen, die Axone in Wirtsrückenmark über lange Distanzen erweitert differenziert. 

Serie: Promotion of Survival and Differentiation of Neural Stem Cells with Fibrin and Growth Factor Cocktails after Severe Spinal Cord Injury

Dissection and Culture of Commissural Neurons from Embryonic Spinal Cord

Commissural neurons have been widely used to investigate the mechanisms underlying axon guidance during embryonic spinal cord development. The cell bodies of these neurons are located in the dorsal spinal cord and their axons follow stereotyped trajectories during embryonic development. Commissural axons initially project ventrally towards the floorplate. After crossing the midline, these axons turn anteriorly and project towards the brain. Each of these steps is regulated by the action of several guidance cues. Cultures highly enriched in commissural neurons are ideally suited for many experiments addressing the mechanisms of axon pathfinding, including turning assays, immunochemistry and biochemistry. Here, we describe a method to dissect and culture commissural neurons from E13 rat dorsal spinal cord. First, the spinal cord is isolated and dorsal strips are dissected out. The dorsal tissue is then dissociated into a cell suspension by trypsinization and mechanical disruption. Neurons are plated onto poly-L-lysine-coated glass coverslips or tissue-culture dishes. After 30 hours in vitro, most neurons have extended an axon. The purity of the culture (Yam et al. 2009), typically over 90%, can be assessed by immunolabeling with the commissural neuron markers DCC, LH2 and TAG1 (Helms and Johnson, 1998). This neuronal preparation is a useful tool for in vitro studies of the cellular and molecular mechanisms of commissural axon growth and guidance during spinal cord development.

This video demonstrates a method to dissect and culture commissural neurons from E13 rat dorsal spinal cord. Dissociated commissural neurons are useful to study the cellular and molecular mechanisms of axon growth and guidance.

Dissection und Kultur kommissuralen Nervenzellen aus embryonalen Rückenmark

Commissural neurons have been widely used to investigate the mechanisms underlying axon guidance during embryonic spinal cord development. The cell bodies ...

Forschung

Neurowissenschaften

Growth and Differentiation of Adult Hippocampal Arctic Ground Squirrel Neural Stem Cells

Arctic ground squirrels (Urocitellus parryii, AGS) are unique in their ability to hibernate with a core body temperature near or below freezing 1. These animals also resist ischemic injury to the brain in vivo 2,3 and oxygen-glucose deprivation in vitro 4,5. These unique qualities provided the impetus to isolate AGS neurons to examine inherent neuronal characteristics that could account for the capacity of AGS neurons to resist injury and cell death caused by ischemia and extremely cold temperatures. Identifying proteins or gene targets that allow for the distinctive properties of these cells could aid in the discovery of effective therapies for a number of ischemic indications and for the study of cold tolerance. Adult AGS hippocampus contains neural stem cells that continue to proliferate, allowing for easy expansion of these stem cells in culture. We describe here methods by which researchers can utilize these stem cells and differentiated neurons for any number of purposes. By closely following these steps the AGS neural stem cells can be expanded through two passages or more and then differentiated to a culture high in TUJ1-positive neurons (~50%) without utilizing toxic chemicals to minimize the number of dividing cells. Ischemia induces neurogenesis 6 and neurogenesis which proceeds via MEK/ERK and PI3K/Akt survival signaling pathways contributes to ischemia resistance in vivo7 and in vitro 8 (Kelleher-Anderson, Drew et al., in preparation). Further characterization of these unique neural cells can advance on many fronts, using some or all of these methods.

Neural stem cells were prepared from the hippocampus of adult non-hibernating yearling Arctic ground squirrels (AGS). These neural stem cells can be expanded through numerous passages, differentiated and maintained as a nearly 50:50 neuron to glial culture.

Wachstum und Differenzierung von adulten Hippocampus Arctic Ground Squirrel Neural Stem Cells

Arctic ground squirrels (Urocitellus parryii, AGS) are unique in their ability to hibernate with a core body temperature near or below freezing 1. These ...

Surgical Transplantation of Mouse Neural Stem Cells into the Spinal Cords of Mice Infected with Neurotropic Mouse Hepatitis Virus

Mice infected with the neurotropic JHM strain of mouse hepatitis virus (MHV) develop pathological and clinical outcomes similar to patients with the demyelinating disease Multiple Sclerosis (MS). We have shown that transplantation of NSCs into the spinal cords of sick mice results in a significant improvement in both remyelination and in clinical outcome. Cell replacement therapies for the treatment of chronic neurologic diseases are now a reality and in vivo models are vital in understanding the interactions between the engrafted cells and host tissue microenvironment. This presentation provides an adapted method for transplanting cells into the spinal cord of JHMV-infected mice. In brief, we provide a procedure for i) preparation of NSCs prior to transplant, ii) pre-operative care of mice, iii) exposure of the spinal cord via laminectomy, iv) stereotactic injection of NSCs, and iv) post-operative care.

The transplantation of mouse neural stem cells (NSCs) into the spinal cords of mice with established demyelination is detailed. The preparation of NSCs, the laminectomy of thoracic vertebra 9 (T9), and transplantation of NSCs is outlined along with the pre- and post-operative care of the mice.

Chirurgische Transplantation von Maus Neural Stem Cells in den Rückenmark von Mäusen mit neurotropen Maus Hepatitis Virus infiziert

Mice infected with the neurotropic JHM strain of mouse hepatitis virus (MHV) develop pathological and clinical outcomes similar to patients with the ...

Lateral Fluid Percussion: Model of Traumatic Brain Injury in Mice

Traumatic brain injury (TBI) research has attained renewed momentum due to the increasing awareness of head injuries, which result in morbidity and mortality. Based on the nature of primary injury following TBI, complex and heterogeneous secondary consequences result, which are followed by regenerative processes 1,2. Primary injury can be induced by a direct contusion to the brain from skull fracture or from shearing and stretching of tissue causing displacement of brain due to movement 3,4. The resulting hematomas and lacerations cause a vascular response 3,5, and the morphological and functional damage of the white matter leads to diffuse axonal injury 6-8. Additional secondary changes commonly seen in the brain are edema and increased intracranial pressure 9. Following TBI there are microscopic alterations in biochemical and physiological pathways involving the release of excitotoxic neurotransmitters, immune mediators and oxygen radicals 10-12, which ultimately result in long-term neurological disabilities 13,14. Thus choosing appropriate animal models of TBI that present similar cellular and molecular events in human and rodent TBI is critical for studying the mechanisms underlying injury and repair.
Various experimental models of TBI have been developed to reproduce aspects of TBI observed in humans, among them three specific models are widely adapted for rodents: fluid percussion, cortical impact and weight drop/impact acceleration 1. The fluid percussion device produces an injury through a craniectomy by applying a brief fluid pressure pulse on to the intact dura. The pulse is created by a pendulum striking the piston of a reservoir of fluid. The percussion produces brief displacement and deformation of neural tissue 1,15. Conversely, cortical impact injury delivers mechanical energy to the intact dura via a rigid impactor under pneumatic pressure 16,17. The weight drop/impact model is characterized by the fall of a rod with a specific mass on the closed skull 18. Among the TBI models, LFP is the most established and commonly used model to evaluate mixed focal and diffuse brain injury 19. It is reproducible and is standardized to allow for the manipulation of injury parameters. LFP recapitulates injuries observed in humans, thus rendering it clinically relevant, and allows for exploration of novel therapeutics for clinical translation 20.
We describe the detailed protocol to perform LFP procedure in mice. The injury inflicted is mild to moderate, with brain regions such as cortex, hippocampus and corpus callosum being most vulnerable. Hippocampal and motor learning tasks are explored following LFP.

Lateral fluid percussion (LFP), an established model of traumatic brain injury in mice, is demonstrated. LFP fulfills three major criteria for animal models: validity, reliability and clinical relevance. The procedure, consisting of surgical craniotomy, fixation of hub followed by induction of injury, resulting in focal and diffuse injuries, is described.

Lateral Fluid-Percussion: Modell Schädel-Hirn-Verletzungen in Mäuse

Traumatic brain injury (TBI) research has attained renewed momentum due to the increasing awareness of head injuries, which result in morbidity and ...

Complete Spinal Cord Injury and Brain Dissection Protocol for Subsequent Wholemount In Situ Hybridization in Larval Sea Lamprey

After a complete spinal cord injury, sea lampreys at first are paralyzed below the level of transection. However, they recover locomotion after several weeks, and this is accompanied by short distance regeneration (a few mm) of propriospinal axons and spinal-projecting axons from the brainstem. Among the 36 large identifiable spinal-projecting neurons, some are good regenerators and others are bad regenerators. These neurons can most easily be identified in wholemount CNS preparations. In order to understand the neuron-intrinsic mechanisms that favor or inhibit axon regeneration after injury in the vertebrates CNS, we determine differences in gene expression between the good and bad regenerators, and how expression is influenced by spinal cord transection. This paper illustrates the techniques for housing larval and recently transformed adult sea lampreys in fresh water tanks, producing complete spinal cord transections under microscopic vision, and preparing brain and spinal cord wholemounts for in situ hybridization. Briefly, animals are kept at 16&#160;&#176;C and anesthetized in 1% Benzocaine in lamprey Ringer. The spinal cord is transected with iridectomy scissors via a dorsal approach and the animal is allowed to recover in fresh water tanks at 23 &#176;C. For in situ hybridization, animals are reanesthetized and the brain and cord removed via a dorsal approach.

Complete Spinal Cord Injury and Brain Dissection Protocol for Subsequent Wholemount In Situ Hybridization in Larval Sea Lamprey

Lampreys recover locomotion after a complete spinal cord injury. However, some spinal-projecting neurons are good regenerators and others are not. This paper illustrates the techniques for housing sea lamprey larvae (and recently transformed adults), producing complete spinal cord transections and preparing wholemount brains and spinal cords for in situ hybridization.

Komplette Spinal Cord Injury and Brain Dissection Protokoll für spätere Wholemount<em&gt; In-situ</em&gt; Hybridisierung in Larven Seeneunauge

After a complete spinal cord injury, sea lampreys at first are paralyzed below the level of transection. However, they recover locomotion after several ...

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal degeneration. Lack of growth cone formation, regeneration, and loss of additional myelinated axonal projections within the spinal cord greatly limits neurological recovery following injury. To assess how central myelinated axons of the spinal cord respond to injury, we developed an ex vivo living spinal cord model utilizing transgenic mice that express yellow fluorescent protein in axons and a focal and highly reproducible laser-induced spinal cord injury to document the fate of axons and myelin (lipophilic fluorescent dye Nile Red) over time using two-photon excitation time-lapse microscopy. Dynamic processes such as acute axonal injury, axonal retraction, and myelin degeneration are best studied in real-time. However, the non-focal nature of contusion-based injuries and movement artifacts encountered during in vivo spinal cord imaging make differentiating primary and secondary axonal injury responses using high resolution microscopy challenging. The ex vivo spinal cord model described here mimics several aspects of clinically relevant contusion/compression-induced axonal pathologies including axonal swelling, spheroid formation, axonal transection, and peri-axonal swelling providing a useful model to study these dynamic processes in real-time. Major advantages of this model are excellent spatiotemporal resolution that allows differentiation between the primary insult that directly injures axons and secondary injury mechanisms; controlled infusion of reagents directly to the perfusate bathing the cord; precise alterations of the environmental milieu (e.g., calcium, sodium ions, known contributors to axonal injury, but near impossible to manipulate in vivo); and murine models also offer an advantage as they provide an opportunity to visualize and manipulate genetically identified cell populations and subcellular structures. Here, we describe how to isolate and image the living spinal cord from mice to capture dynamics of acute axonal injury.

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

We present a protocol utilizing two-photon excitation time-lapse microscopy to simultaneously visualize the dynamics of axon and myelin injuries in real time. This proposed protocol permits studies of both intrinsic and extrinsic factors which can influence central myelinated axon fate after injury and contribute to permanent clinical disability.

Ein<em&gt; Ex vivo</em&gt; Laser-induzierte Rückenmarksverletzungen Modell zu Mechanismen der axonalen Degeneration Beurteilen Sie in Echtzeit

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal ...

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in adult mammalian animals remains elusive. In this study, we describe an experimental procedure for measuring calcium dynamics through dual optical windows above bilateral primary somatosensory corticies (S1) in Thy1-GCaMP6s transgenic mice using 2-photon (2P) microscopy. This method enables recordings and quantifications of neural activity in bilateral mouse brain regions one at a time in the same experiment for a prolonged period in vivo. Key aspects of this method, which can be completed within an hour, include minimally invasive surgery procedures for creating dual optical windows, and the use of 2P imaging. Although we only demonstrate the technique in the S1 area, the method can be applied to other regions of the living brain facilitating the elucidation of structural and functional complexities of brain neural networks.

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

We describe an experimental procedure for measuring neuronal activity through dual optical windows above bilateral primary somatosensory corticies (S1) in Thy1-GCaMP6s transgenic mice using 2-photon (2P) microscopy in vivo.

Neuronalen Aktivität im primären somatosensorischen Cortex mit Thy1Imaging-GCaMP6s transgene Mäuse

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in ...

A Neurosphere Assay to Evaluate Endogenous Neural Stem Cell Activation in a Mouse Model of Minimal Spinal Cord Injury

Neural stem cells (NSCs) in the adult mammalian spinal cord are a relatively mitotically quiescent population of periventricular cells that can be studied in vitro using the neurosphere assay. This colony-forming assay is a powerful tool to study the response of NSCs to exogenous factors in a dish; however, this can also be used to study the effect of in vivo manipulations with the proper understanding of the strengths and limitations of the assay. One manipulation of the clinical interest is the effect of injury on endogenous NSC activation. Current models of spinal cord injury provide a challenge to study this as the severity of common contusion, compression, and transection models cause the destruction of the NSC niche at the site of the injury where the stem cells reside. Here, we describe a minimal injury model that causes localized damage at the superficial dorsolateral surface of the lower thoracic level (T7/8) of the adult mouse spinal cord. This injury model spares the central canal at the level of injury and permits analysis of the NSCs that reside at the level of the lesion at various time points following injury. Here, we show how the neurosphere assay can be utilized to study the activation of the two distinct, lineally-related, populations of NSCs that reside in the spinal cord periventricular region - primitive and definitive NSCs (pNSCs and dNSCs, respectively). We demonstrate how to isolate and culture these NSCs from the periventricular region at the level of injury and the white matter injury site. Our post-surgical spinal cord dissections show increased numbers of pNSC and dNSC-derived neurospheres from the periventricular region of injured cords compared to controls, speaking to their activation via injury. Furthermore, following injury, dNSC-derived neurospheres can be isolated from the injury site &#8212; demonstrating the ability of NSCs to migrate from their periventricular niche to sites of injury.

Here, we demonstrate the performance of a minimal spinal cord injury model in an adult mouse that spares the central canal niche housing endogenous neural stem cells (NSCs). We show how the neurosphere assay can be used to quantify activation and migration of definitive and primitive NSCs following injury.

Ein Neurosphäre Assay auszuwertende endogenen neurale Stammzellen Aktivierung in einem Mausmodell der minimalen Spinal Cord Injury

Neural stem cells (NSCs) in the adult mammalian spinal cord are a relatively mitotically quiescent population of periventricular cells that can be studied ...

Identifying Cell Surface Markers of Primary Neural Stem and Progenitor Cells by Metabolic Labeling of Sialoglycan

Neural stem and progenitor cells (NSPCs) are the cellular basis for the complex structures and functions of the brain. They are located in specialized niches in vivo and can be isolated and expanded in vitro, serving as an important resource for cell transplantation to repair brain damage. However, NSPCs are heterogeneous and not clearly defined at the molecular level or purified due to a lack of specific cell surface markers. The protocol presented, which has been previously reported, combines a neural-endothelial co-culture system with a metabolic glycan labeling method to identify the surface sialoglycoproteome of primary NSPCs. The NSPC-endothelial co-culture system allows self-renewal and expansion of primary NSPCs in vitro, generating a sufficient number of NSPCs. Sialoglycans in cultured NSPCs are labeled using an unnatural sialic acid metabolic reporter with bioorthogonal functional groups. By comparing the sialoglycoproteome from self-renewing NSPCs expanded in an endothelial co-culture with differentiating neural culture, we identify a list of membrane proteins that are enriched in NSPCs. In detail, the protocol involves: 1) set-up of an NSPC-endothelial co-culture and NSPC differentiating culture; 2) labeling with azidosugar per-O-acetylated N-azidoacetylmannosamine (Ac4ManNAz); and 3) biotin conjugation to modified sialoglycan for imaging after fixation of neural culture or protein extraction from neural culture for mass spectrometry analysis. Then, the NSPC-enriched surface marker candidates are selected by comparative analysis of mass spectrometry data from both the expanded NSPC and differentiated neural cultures. This protocol is highly sensitive for identifying membrane proteins of low abundance in the starting materials, and it can be applied to marker discovery in other systems with appropriate modifications

Presented here is a protocol that combines an in vitro neural-endothelial co-culture system and metabolic incorporation of sialoglycan with bioorthogonal functional groups to expand primary neural stem and progenitor cells and label their surface sialoglycoproteins for imaging or mass-spectrometry analysis of cell surface markers.

Identifizieren von Zelloberflächenmarkern von primären neuralen Stamm- und Vorläuferzellen durch metabolische Kennzeichnung von Sialoglycan

Neural stem and progenitor cells (NSPCs) are the cellular basis for the complex structures and functions of the brain. They are located in specialized ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) on a treadmill is widely used as a rehabilitation tool in the SCI population with many benefits and improvements to daily life. We utilize this method of activity-based task-specific training (ABT) in rodents after SCI to both elucidate the mechanisms behind such improvements and to enhance and improve upon existing clinical rehabilitation protocols. Our current goal is to determine the mechanisms underlying ABT-induced improvements in urinary, bowel, and sexual function in SCI rats after a moderate to severe level of contusion. After securing each individual animal in a custom-made adjustable vest, they are secured to a versatile body weight support mechanism, lowered to a modified three-lane treadmill and assisted in step-training for 58 minutes, once a day for 10 weeks. This setup allows for the training of both quadrupedal and forelimb-only animals, alongside two different non-trained groups. Quadrupedal-trained animals with body weight support are aided by a technician present to assist in stepping with proper hind limb placement as necessary, while forelimb-only trained animals are raised at the caudal end to ensure no hind limb contact with the treadmill and no weight-bearing. One non-trained SCI group of animals is placed in a harness and rests next to the treadmill, while the other control SCI group remains in its home cage in the training room nearby. This paradigm allows for the training of multiple SCI animals at once, thus making it more time-efficient in addition to ensuring that our pre-clinical animal model mimics the clinical representation as close as possible, particularly with respect to the body weight support with manual assistance.

This protocol demonstrates our model of activity-based locomotor treadmill training for rats with spinal cord injury (SCI). Included is both quadrupedal and forelimb-only groups, in addition to two distinct types of non-trained control groups. Investigators are able to assess training effects on SCI rats using this protocol.

Activity-based Training auf einem Laufband mit Rückenmark verletzt Wistar-Ratten

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...