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* Estos autores han contribuido por igual
La esclerosis múltiple es una enfermedad desmielinante inflamatoria sin cura. El análisis del tejido cerebral proporciona pistas importantes para entender la patogénesis de la enfermedad. Aquí discutimos la metodología y el análisis posterior del tejido cerebral de la ESCLEROSIs recogido a través de un programa único de autopsia rápida en funcionamiento en la Clínica Cleveland.
Describimos un programa de donación rápida de tejidos para personas con esclerosis múltiple (ESCLEROSIs múltiple) que requiere que los científicos y técnicos estén de guardia las 24 horas del día, los 7 días de la semana, los 365 días del año. Los participantes consienten en donar su cerebro y la médula espinal. La mayoría de los pacientes fueron seguidos por neurólogos en el Cleveland Clinic Mellen Center for MS Treatment and Research. Sus cursos clínicos y discapacidades neurológicas están bien caracterizados. Poco después de la muerte, el cuerpo es transportado al Centro de Imágenes de MS, donde el cerebro es escaneado in situ por imágenes de resonancia magnética de 3 T (RM). El cuerpo se transfiere a la sala de autopsias, donde se extraen el cerebro y la médula espinal. El cerebro se divide en dos hemisferios. Un hemisferio se coloca inmediatamente en una caja de corte y las rodajas alternas de 1 cm de espesor se fijan en 4% de paraformaldehído durante dos días o se congelan rápidamente en hielo seco y 2-metilbutano. Las rodajas de cerebro de corte corto fijo se almacenan en una solución criopreservación y se utilizan para análisis histológicos y detección inmunocitoquímica de antígenos sensibles. Las rodajas congeladas se almacenan a -80 oC y se utilizan para estudios moleculares, inmunocitoquímicos e in situ de hibridación/ámbito de ARN. El otro hemisferio se coloca en 4% de paraformaldehído durante varios meses, se coloca en la caja de corte, se vuelve a escanear en el escáner de resonancia magnética de 3 T (MR) y se corta en rodajas de centímetro de espesor. Las imágenes de RM in situ (RM) postmortem se registran en conjunto con rodajas cerebrales de 1 cm de espesor para facilitar las correlaciones RMN-patología. Todas las rebanadas cerebrales son fotografiadas y se identifican lesiones cerebrales de materia blanca. La médula espinal se corta en segmentos de 2 cm. Los segmentos alternativos se fijan en un 4% de paraformaldehyde o se congelan rápidamente. La rápida adquisición de los tejidos de EM postmortem permite análisis patológicos y moleculares de los cerebros y las médulas espinales de la EM y correlaciones patológicas de las anomalías de la RMN cerebral. La calidad de estos tejidos postmortem procesados rápidamente (generalmente dentro de 6 h de la muerte) es de gran valor para la investigación de la EM y ha dado lugar a muchos descubrimientos de alto impacto.
Una de las mejores maneras de estudiar una enfermedad es examinar el propio tejido enfermo. Esto presenta desafíos para aquellos que estudian enfermedades del sistema nervioso central (SNC). Las biopsias del cerebro y la médula espinal enfermos son extremadamente raras y generalmente implican casos atípicos. Las tasas de autopsia para individuos con enfermedades del SNC han disminuido drásticamente en los últimos años, y cuando se realizan, a menudo no proporcionan una rápida adquisición de tejidos. Estos desafíos han dado lugar al establecimiento de bancos cerebrales centrados en la enfermedad, incluyendo varios centrados en la recolección de tejidos de individuos con esclerosis múltiple (EP). La EM es una enfermedad mediada por inflamación del SNC que destruye la mielina, los oligodendrocitos (células formadoras de mielina), las neuronas y los axones. La mayoría de los pacientes con EM tienen un curso de enfermedad bifásica que comienza con brotes de discapacidad neurológica con recuperación variable que eventualmente evoluciona hacia una enfermedad gradualmente progresiva que es probablemente neurodegenerativa en la naturaleza1. Para la mayoría de los cerebros donados de EM, los intervalos de postmortem (PMI) entre la muerte y el procesamiento de tejidos superan las 24 h. Si bien estos tejidos han proporcionado información valiosa sobre los cambios patológicos en los cerebros de la EM, no son adecuados para estudios moleculares más avanzados que pueden proporcionar información poderosa sobre la fisiopatología de la enfermedad. Este es particularmente el caso de los estudios de perfilado de genes, que requieren ARN intacto.
Para superar las limitaciones discutidas anteriormente, hemos desarrollado un programa de donación rápida de tejidos que permite la RMN/correlaciones patológicas. Este protocolo proporciona tejidos bien conservados adecuados para estudios moleculares modernos y permite la comparación directa de la patología cerebral y las anomalías de la RMN en los cerebros de la EM. El Programa de Donación de Tejido de Esclerosis Múltiple de Cleveland Clinic ha existido por más de 20 años. Este programa de donación rápida de tejidos adquiere cerebros y médula espinal de individuos con EM y otras afecciones neurológicas autoinmunes asociadas. El programa tiene como objetivo obtener resonancias magnéticas in situ dentro de las 6 horas de la muerte, seguido de la eliminación del cerebro y la médula espinal para el procesamiento de tejido.
Reclutamiento
Las donaciones se obtienen a través del consentimiento ante mortem obtenido directamente de pacientes (pre-consentidos) o de parientes cercanos después de la muerte. Los pacientes pre-consentidos son típicamente identificados de la población clínica en el Centro Mellen para el Tratamiento e Investigación de la Esclerosis Múltiple en Cleveland, Ohio. Aunque la preferencia en el reclutamiento en el programa de donación rápida de tejidos se da a los pacientes que han sido seguidos en estudios de investigación longitudinal, está abierto a todos los pacientes vistos en el centro. Los participantes que se inscriban antes de la muerte reciben instrucciones para que los miembros de la familia o los proveedores de atención médica se comuniquen con el equipo de investigación, ya sea en el momento de la muerte o cuando se cree que la muerte es inminente. El segundo método para que las personas ingresen al programa de donación de tejidoes es en el momento de la muerte a través del consentimiento de sus parientes. El estado de Ohio requiere que las muertes sean referidas a una organización de adquisición de órganos de mandato federal llamada LifeBanc, que opera en 20 condados del noreste de Ohio. LifeBanc analiza todas las muertes para un diagnóstico de EM, que es una exclusión para la donación de órganos. Se hicieron arreglos para que LifeBanc notificara a los investigadores del programa de donación de tejido de la MS para todas las muertes con un diagnóstico asociado de LA EM que ocurren dentro de un radio de 75 millas de la Clínica Cleveland. El siguiente personal de los parientes y del hospital es contactado por el personal del Programa de Donación de Tejidos y se obtiene el consentimiento para la donación de cerebro y tejidos de la médula espinal. Estos dos métodos de reclutamiento ante-mortem y post-mortem a través de LifeBanc resultan en aproximadamente 10-12 donaciones de cerebro sin año. Los ajustes se realizan al límite de edad superior de la muerte para gestionar el número de referencias derivadas de LifeBanc.
Adquisición de donaciones
El programa requiere cobertura de 24 horas, 365 días al año por los miembros del programa de donación de tejidos para la adquisición de tejidos. El equipo clínico que cubre las donaciones de tejidos utiliza un sistema centralizado de notificación de donación de tejidos por correo electrónico/localizador/dispositivo móvil. LifeBanc recibe números para contactar al personal de guardia para el programa de donación de tejidos. Los miembros son notificados de la muerte por parte de los proveedores de hospitales/próximos de parientes (pre-consentidos) o por LifeBanc y otras fuentes de referencia. En primer lugar, se hace una determinación del tiempo de muerte y la viabilidad de la donación de tejidos. Las muertes se examinan en busca de condiciones que potencialmente resulten en tejido de mala calidad, incluyendo hipoxia premortem prolongada, tejido cerebral destructivo masivo (por ejemplo, hemorragia intracraneal grande, accidentes cerebrovasculares bihemisféricos extensos, tumor extenso apoyo prolongado del respirador (>3 días) y uso prolongado de agentes vasoactivos (>3 días) antes de la muerte. Cuando un médico forense está involucrado en una muerte, el neurólogo del estudio puede hablar con el médico forense para explorar una manera de recibir tejidos oportunos sin comprometer la responsabilidad del médico forense. Si se considera que el tejido viable está presente, se obtiene el consentimiento por escrito (si no se obtiene antes de la autopsia) y se hacen preparaciones para el transporte corporal. A continuación, se contacta con un servicio de transporte de difuntos previamente contratado para su transporte a las instalaciones de resonancia magnética de Cleveland Clinic. Se tiene cuidado de asegurarse de que el cuerpo permanece a temperatura ambiente y no se coloca en la refrigeración, ya que las temperaturas corporales más bajas se asocian con alteraciones en las características de la señal de RMN.
Historia clínica
La historia clínica incluye detalles sobre el diagnóstico de EM, la aparición de síntomas, tratamientos utilizados, resultados de pruebas clínicas y paraclínicas (potenciales evocados, resultados del líquido cefalorraquídeo, tomografía de coherencia óptica), esclerosis múltiple compuesto funcional , y la escala ampliada del estado de discapacidad (EDSS; real o estimada), que se recogen del expediente médico (cuando esté disponible), y la entrevista directa de parientes cercanos. También se recogen resonancias magnéticas premortem.
Este protocolo ha sido aprobado por la Junta de Revisión Institucional de Cleveland Clinic y sigue las directrices del comité de ética de investigación humana de Cleveland Clinic.
1. Rmn in situ
2. Autopsia
NOTA: Después de la resonancia magnética in situ, el cuerpo es transportado a la morgue para la extracción de cerebro y médula espinal por un troquel y procesamiento de tejido por los miembros del laboratorio.
3. Patología
NOTA: Las rodajas fijas cortas del hemisferio derecho, así como el hemisferio izquierdo fijo durante mucho tiempo (colocados en 4% de PFA durante varios meses) se cortan en secciones de 30 m (denominadas de flotación libre) o se incrustan en la parafina y se cortan como secciones de 12-14 m (denominadas secciones de 12-14 m (denominadas secciones de 12-14 m (denominadas secciones de 12-14 m (denominadas secciones de 12-14 m (denominadas secciones de 12-14 m (denominadas secciones de 12-14 m (denominadas secciones de 12-14 m parafina incrustada). Estas secciones se procesan generalmente con proteína proteolípido (PLP) para detectar lesiones desmielinizantes y complejo de histocompatibilidad principal II (MHC-II) para la actividad inmune utilizando el método de diaminobenzidina (DAB). Estos protocolos han sido estandarizadosy utilizados en varias publicaciones 2,3,4,5,6,7,8,9 , 10 , 11 , 12.
4. Secciones Hemisféricas incrustadas en Parafina: Tinción DAB
5. Correlaciones de RMN/Patología
NOTA: Para correlacionar la RMN con la patología, primero realizamos una resonancia magnética ex vivo del hemisferio cerebral intacto fijado durante mucho tiempo (paso 2.9 anterior) en una caja ajustable con marcadores visibles para RMN que indican ranuras de corte. Luego cortamos el cerebro y fotografiamos las rebanadas de 1 cm para permitir el registro automático de resonancias magnéticas in situ a las rebanadas individuales del cerebro. A continuación, podemos realizar análisis guiados por RMN, donde las regiones de interés (ROI) se identifican en la RMN para dirigir el análisis de tejidos. También podemos realizar análisis guiados por histopatología, donde se identifican los IRO en el tejido (por ejemplo, lesiones de materia blanca, materia blanca sin desmielinización, etc.) y luego se caracterizan por las medidas de RMN colocalizadas (Tabla1).
Como se mencionó anteriormente, casi la mitad del hemisferio cerebral está congelado y disponible para estudios moleculares utilizando ADN, ARN, o proteína. Históricamente, se ha demostrado que los estudios con tejidos cerebrales postmortem se ven afectados por afecciones premortem, edad, sexo, pH tisular, integridad del ARNm (RIN), intervalo postmortem (PMI), certeza diagnóstica, uso de comorbidsustancias y tratamiento previo con medicamentos estado23. Según estudios que utilizan tejidos cerebrales, el ADN y la proteína parecen verse afectados en menor medida en comparación con el ARN. Sin embargo, según nuestra experiencia, se ha encontrado que el aislamiento de ARN y el análisis aguas abajo son los más afectados por las condiciones premortem y el intervalo postmortem del tejido cerebral. Por lo tanto, discutimos algunas de las condiciones a seguir para realizar análisis basados en ARN utilizando tejidos emordezcos postmortem.
Para todos nuestros estudios, después de que el cerebro se recoge en la autopsia, se corta en rodajas (1 cm de espesor) y luego se fija en 4% paraformaldehído para estudios morfológicos o se congela rápidamente para el análisis bioquímico. Todos los bloques de tejido se caracterizan por la desmielinización mediante inmunostainización utilizando PLP como se describió anteriormente. En la Figura 1se muestra un esquema de análisis representativo. Las secciones de tejido se examinan para detectar la presencia de lesiones de materia blanca (Figura1A). Las regiones seleccionadas se tiñen para la actividad inmunitaria (Figura1B)y la desmielinización (Figura 1C). El tejido congelado se monta en el criostato (Figura1D)y se cortan secciones congeladas de 30 m. Esto es seguido por la recolección de 3-4 secciones posteriores, la separación de los tejidos adyacentes, y el almacenamiento para el ADN, ARN, o aislamiento de proteínas. Utilizando este protocolo, hemos aislado con éxito ADN24,25,ARN5,6,7,8,9 así como proteínas26. Mientras que se discuten los principales hallazgos de algunos de los estudios que analizan el ARN de los cerebros de la EM, aquí están algunos de los temas relacionados con el análisis de los cerebros de la EM postmortem del ARN.
Figura 1: Colección de muestras para el análisis de ARNm. (A) El tejido de la autopsia se selecciona para el análisis. Se seleccionan áreas de tejido y se extirpada una porción de tejido. Todas las secciones están teñidas con (B) MHC-II (Major histocompatibility complex (MHC) clase II HLA-DR CR3/43) anticuerpo para detectar la actividad inflamatoria y con (C) proteína proteolídica (PLP) para determinar el estado de la mielina utilizando protocolos publicados. Según el estado de la mielina, el bloque se puntúa mediante un bisturí (D). Las secciones (60 m) se cortan (E) y las áreas que se han puntuado previamente se eliminan, se separan en tubos y se etiquetan (F). Las manchas PLP y MHC-II se repiten después de cada 5 secciones para garantizar una correcta recolección de tejido. Se observa materia blanca que aparece normal (NAWM) y las lesiones de materia blanca (WML) se describen en rojo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Transección axonal en las lesiones de la SM10. Un enfoque científico inicial de este programa fue la caracterización de los componentes celulares de las lesiones de sormielinizadas de la materia blanca. Entre los antígenos localizados había neurofilamentos no fosforilados (NF). La mayoría de los NF son fosforilados en axones mielinados. Tras la desmielinización, los axones se defosforilan. Detectamos la expresión esperada de NFs no fosforilados en axones desmielinizados. En las lesiones agudas de la EP, muchos de estos axones desmielinizados terminaron como bombillas de retracción axonal (Figura2A),que reflejan los extremos proximales de los axones transectos. Los axons transecicétos superan los 11.000 mm3 en las lesiones agudas en comparación con las regiones normales adyacentes10. Estas observaciones ayudaron a catalizar un cambio de paradigma en la investigación de la EP que movió el campo hacia la caracterización de la neurodegeneración como la principal causa de discapacidad neurológica permanente en individuos con EM.
Figura 2: Transección axonal durante la desmielinización inflamatoria. La transección axonal ocurre durante ladesmielinización inflamatoria (A , puntas de flecha) e induce la formación de ovoides axonales terminales (A , flechas). Cuando se cuantifican (B), los axónicos transectos son abundantes en las lesiones de la EP y parecen correlacionarse con la actividad inflamatoria de la lesión. Panel A reproducido de Trapp et al.10 con permiso. Rojo: proteína proteólídica, verde: Neurofilamento anti no fosforilado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Remielinización en cerebroscrónicos de LAMS 3 . La remielinización puede ser robusta durante las primeras etapas de la MUS. Sin embargo, muchas lesiones crónicas de la EM no se remielinan. Investigamos si la presencia de células progenitoras de oligodendrocitos (OPO) o la generación de nuevos oligodendrocitos limita la remielinización de lesiones de materia blanca desmielinizadas crónicas. Mientras que la densidad de la OPC a menudo disminuyó, estaban presentes en todas las lesiones desmielinizadas crónicamente3. Los oligodendrocitos recién generados también estuvieron presentes en muchas lesiones crónicas de la EM. Procesos de oligodendrocitos asociados con, pero no mielinato axones desmielinizados (Figura 3). Estos estudios indican que los OPO y su capacidad para producir nuevos oligodendrocitos no están limitando la remielinización de lesiones crónicas de materia blanca. Hemos planteado la hipótesis de que los axones crónicos desmielinizados, que a menudo parecían distróficos, no eran receptivos a la remielinización por los oligodendrocitos recién producidos.
Figura 3: Procesos de pre-mielinización de oligodendrocitos asociados con axones. Se muestran micrografías confocales de lesiones de LA MS manchadas con anticuerpos PLP (rojo en los paneles A, B)y anticuerpos de neurofilamento (verdes en los paneles A, B). Un oligodendrocitos premielinizantes (rojo en el panel A) en la zona subventricular (SVZ) extendió los procesos a la región de los axones desmielinizados (verdes en el panel A) en una lesión crónica de EM. Muchos de estos procesos (flechas en el Panel A) se enespiralron alrededor de los axons, como se muestra en un aumento más alto (Panel B). Las barras de escala representan 20 m (A) y 5 m (B). Reproducido de Chang et al.3 con permiso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Disfunción mitocondrial en MS6. Realizamos una búsqueda imparcial de los cambios genéticos neuronales en la corteza motora rápidamente congelada obtenida de pacientes con EM crónica (Figura4A). Una búsqueda imparcial de este conjunto de datos identificó reducciones significativas en 23 ARNM mitocondriales codificados nuclearmente en MS (Figura4B). Los estudios de acreditación utilizando inmunocitoquímica e hibridación in situ indicaron que estos genes estaban altamente enriquecidos en neuronas de proyección cortical (Figura4C)y que las mitocondrias aisladas de los axones de proyección muestran glucólisis reducida ( Figura 4D). Este documento catalizó un enfoque en la disfunción mitocondrial y redujo la producción de ATP como un importante contribuyente a la degeneración axonal en la EM.
Figura 4: Datos de microarray y técnicas de validación aguas abajo realizadas en la corteza motora de La Sra. (A) Agrupación jerárquica de transcripciones significativamente alteradas de muestras de corteza motora de control (C1-C6) y SPMS (MS1-MS6), apoyando por separado patrones de expresión génica relacionadas con enfermedades. Entre la disminución de las transcripciones en la corteza motora de la SM, veintiséis pertenecían a la cadena de transporte de electrones (B). El ARNm del complejo mitocondrial I (NDUFA6) se redujo en las neuronas (n a 55-130) en la corteza motora de la SM(CII)en comparación con el control (CI), mientras que las densidades del ARNm PLP fueron similares entre el control (CIII) y la corteza cerebral de la EM (CIV). La actividad de los complejos de transporte de electrones I y III se redujo en fracciones mitocondriales enriquecidas a partir de la corteza motora de los pacientes con SM (n.o 3) (D). 6 con permiso. Las barras de error representan SEM; La barra de escala en CI-IV es de 25 m. * p < 0.05 Prueba t-test de los estudiantes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Patogénesis de la disfunción cognitiva en la SM8. Cuarenta y 60% de los pacientes con EM tienen deterioro cognitivo y reducción de la función ejecutiva. Identificamos el hipocampo, que es un sitio funcional de memoria/aprendizaje, como un sitio común para la desmielinización en la MI. A continuación comparamos la expresión génica neuronal en hipocampo mielinizado y desmielinizado y encontramos reducciones significativas en las ARN neuronales que codifican proteínas implicadas en la memoria/aprendizaje. Ampliamos estos datos demostrando que los microARN selectos se incrementan en el hipocampo desmielinizado y que estos microARN pueden disminuir la expresión de receptores de glutamato. Hemos reproducido y ampliado estas observaciones en modelos de roedores. A continuación comparamos la expresión génica neuronal en el hipocampo mielinizado y desmielinizado y encontramos reducciones significativas en las proteínas de codificación de ARNm neuronal implicadas en la memoria/aprendizaje.
Figura 5: Recopilación de tejidos, análisis histológico y estudios de expresión génica en el hipocampo de EM. Las rebanadas cerebrales que contienen hipocampo se seleccionan durante la autopsia (A) y se elimina el hipocampo y la región contigua (caja roja) para su análisis posterior. La inmunopreservación para PLP mostró la preservación de la mielina en todos los controles (B) y el 40% de la MAYOR hippocampi (C). Se detectó una desmielinización extensiva enel 60 % de la Mayor Hippocampi (D ). En comparación con el control del hipocampo (E, G, I), no se detectó una pérdida neuronal significativa en las regiones CA1, CA3 o CA4 de hipocampo desmielinizado (F, H, J) como se muestra en la inmunohistoquímica HuR. La inmunofluorescencia de doble etiqueta para mielina (proteína básica de mielina (MBP), verde) y axones (SMI32, rojo) mostró pérdida de mielina (L) con conservación relativa de axones (N) en el hipocampo desmielinizado de MS en comparación con el hipocampo de control ( MBP, K; SMI32, M). La agrupación dual de los niveles de expresión de ARNm organizó muestras en grupos discretos basados en el estado de mielina (mielinado y desmielinizado) y la ubicación (hippocampus vs corteza motora) (O). Los altos niveles de ARNm se indican con los niveles de expresión bajos de los niveles de expresión de color rojo y azul. 8 con permiso. B-D: 2 mm, E-J: 100 m, K-N: 50 m. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Correlaciones patológicas de cambios de RMN12. Si bien la RMN es un indicador valioso del diagnóstico de la EM y la respuesta al tratamiento, y también es un predictor de la progresión de la enfermedad de EM, los correlatos patológicos de los cambios en la RMN no se entienden bien. Nuestros estudios de resonancia magnética postmortem se han centrado en dos RIS de RMN. LOS ROI cerebrales de materia blanca que solo eran hiperintensos t2 (solo T2) y ROIs que tenían una combinación de hipointensidad T1, hiperintensidad T2 y relación de transferencia de magnetización reducida (MTR) (T2T1MTR). Aproximadamente el 45% de los ROI de materia blanca cerebral T2 fueron mielinizados, lo que confirma su naturaleza no específica. Por el contrario, el 83% de los ROC T2T1MTR fueron desmielinizados crónicamente y aparecieron como agujeros negros. Los valores T1 y MTR son semicuantitativos y sus valores variaron ampliamente en los ROI T2T1MTR. Si la pérdida de mielina es el único contribuyente a estos cambios de RMN, los valores deben ser constantes. Axones desmielinizados hinchados correlacionados con valores T1 y MTR.
Figura 6: Las relaciones de transferencia de magnetización (MTR) y las relaciones de contraste T1 se correlacionan linealmente con el porcentaje de axónicos Na+/K+ ATPase positivos en lesiones crónicas de LAM. Las lesiones desmielinizadas crónicamente manchadas para Na+/K+ ATPase (verde) variaron de casi 100% (A) a cero (B) en neurofilamento (rojo). Muchos axons sin Na+/K+ ATPase habían aumentado los diámetros (B). Comparación del porcentaje de axones Positivos Na+/K+ ATPase en lesiones de EM crónicamente desmielinizadas correlacionadas con MTR postmortem cuantitativo (p < 0.0001, C) y relaciones de contraste T1 (p < 0.0006, D). Cada punto de datos es de una sola lesión y cada combinación única color-símbolo denota uno de los cerebros estudiados. Barras de escalas de 5 m. Reproducidas de Young et al.12 con permiso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Neurodegeneración independiente de la desmielinización11. Históricamente, se ha pensado que la neurodegeneración en la MUS es el resultado de la desmielinización. Sin embargo, los estudios por imágenes cerebrales han planteado la posibilidad de que la neurodegeneración y la desmielinización puedan ser eventos independientes. Recientemente identificamos una subpoblación de pacientes con EP que tienen desmielinización de la médula espinal y la corteza cerebral, pero no de la materia blanca cerebral. Acuñamos este subtipo de MS como MS mielocortical (MCMS). Los casos de MCMS proporcionaron una plataforma para investigar la relación entre la desmielinización de la materia blanca cerebral y la pérdida neuronal cortical. En comparación con el control de cortices, la pérdida neuronal cortical fue significativamente mayor en los cortices MCMS que en los cortices típicos de la SM. El tejido cerebral de control se obtuvo del Departamento de Patología de la Clínica Cleveland. Este estudio proporciona la primera evidencia patológica de neurodegeneración en ausencia de desmielinización.
Figura 7: Pérdida neuronal en ausencia de desmielinización cerebral de la materia blanca. Una sección hemisférica coronal teñida de cresilo violeta de un individuo clasificado como que tiene una EM típica (A). Las densidades neuronales se compararon en las capas corticales III, V y VI en cada una de las cinco áreas etiquetadas. Las neuronas con un área superior a 60 m2 (amarillo) se muestran en una imagen representativa de la corteza temporal superior (B ). Etiquetado para PLP y distribución de lesiones desmielinizadas (la desmielinización de materia blanca se resalta en azul; la desmielinización subpial se resalta en rosa) en secciones hemisféricas de individuos con SM típica (C) y MS mielocortical (D ) se muestran. Se encontró una correlación significativa entre la reducción de la densidad neuronal cortical y el aumento del volumen de lesiones de materia blanca cerebral en la SM típica, pero no en la SM mielocortical (E); líneas discontinuas indican un intervalo de confianza (CI) del 95%. IFG - gyrus frontal inferior. STG - giso temporal superior. INi inferior insula. Insula superior. CG - gyrus cingulado. Reproducido de Trapp et al.11 con permiso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Duración de la secuencia | Descripción de la secuencia | Uso de secuencia |
0:09 | Localizador | Localización de secuencias posteriores |
9:14 | Magnetización 3D preparado eco de gradiente rápido (MPRAGE) | Estimación volumétrica por imágenes estructurales de las estructuras cerebrales |
5:14 | Recuperación de inversión atenuada por fluido 3D (FLAIR) | Identificación de lesiones Segmentación de lesiones Evaluación de lesiones volumétricas |
2:35 | 2D T2 ponderado | Identificación de lesiones Segmentación de lesiones Evaluación de lesiones volumétricas |
5:12 | Eco 3D recuperado por gradiente con pre-pulso de transferencia de magnetización , (MT-ON) | Medida supuesta del contenido de mielina en el tejido normal que aparece y la lesión |
5:12 | Eco 3D recuperado por gradiente sin prepulso de transferencia de magnetización , (MT-OFF) | |
0:27 | Asignación de campos de Diffusion Tensor Imaging (DTI) | Medición de la difusión del agua en el tejido cerebral que se cree que refleja la integridad del tejido cerebral. |
10:27 | Diffusion Tensor Imaging (DTI) multi-shell | |
1:18 | Diffusion Tensor Imaging (DTI) multi-shell | |
39:48:00 | SUBTOTAL: CORE |
Tabla 1: Protocolo de imágenes postmortem.
Describimos un protocolo que se ha utilizado para adquirir y procesar rápidamente tejido de más de 150 individuos con EM. Una característica importante de este protocolo es que los científicos que utilizan el tejido también están a cargo de establecer el protocolo y realizar la recolección de tejido. Esto proporciona flexibilidad para satisfacer las necesidades científicas de los proyectos de investigación individuales. Varios aspectos de este protocolo mejoran su utilidad. Los pacientes suelen estar bien caracterizados antes de la muerte, ya que muchos de ellos han sido seguidos por neurólogos en nuestro centro. Un paso crítico es el procesamiento de donaciones de tejido poco después de la muerte, lo que aumenta la calidad del tejido congelado en comparación con algunos otros bancos cerebrales. Esto permite estudios moleculares que son de gran valor en la descripción de los cambios en los productos genéticos transcripcionales y traslacionales, que son esenciales para la fundamentación de observaciones histológicas e inmunocitoquímicas. El aprovechamiento de los datos morfológicos/inmunocitoquímicos y moleculares en múltiples casos mejora la fiabilidad de las conclusiones. Esto se ilustra mejor con nuestra descripción de los cambios del gen mitocondrial en la corteza cerebral y los cambios del gen neuronal en el hipocampo desmielinizado. Se están desarrollando nuevos protocolos de generación de perfiles genéticos a un ritmo rápido y el tejido congelado de nuestro banco debería proporcionar ARN de alta calidad para el análisis de tejidos y células monocelulares.
Otro aspecto valioso de nuestro protocolo son las rebanadas de cerebro cortas fijas. Estos tejidos se cortan en secciones de 30 m de espesor y flotación libre. Estas secciones son ideales para el uso de microscopía confocal para analizar dos o más antígenos en tres dimensiones. Algunos buenos ejemplos incluyen la interacción de procesos de oligodendrocitos premielinantes con axones distróficos en lesiones crónicas de EM, así como la identificación de conexiones axonales individuales a bombillas de retracción axonal transectadas. Esto contrasta con el uso rutinario de secciones de parafina de 7 m de espesor, donde las imágenes 3D no son factibles. Los tejidos incrustados en parafina tienen un gran valor para algunas preguntas, especialmente la cuantificación de las densidades neuronales en secciones hemisféricas de 7 m de espesor. Nuestros protocolos de procesamiento de tejidos, por lo tanto, son diversos y proporcionan flexibilidad para asegurar tejidos fijos y rápidamente congelados.
Otra característica única de nuestro protocolo es la resonancia magnética cerebral in situ postmortem. Las resonancias magnéticas cerebrales son un biomarcador insustituible de la enfermedad de la MI. Por lo tanto, es esencial establecer los correlatos patológicos de las señales de RMN anormales. Nuestros estudios establecieron que los ROI T2 y T2T1MTR a menudo son mielinados. Este hallazgo apoya la necesidad de modalidades de diagnóstico por imágenes más específicas que distingan de forma fiable entre la materia blanca cerebral mielinizada y desmielinizada. La RMN parece ser sensible para la detección de mielina, pero nuestros estudios demuestran que incluso una combinación de T1/T2/MTR no es específica para identificar la mielinización. Nuestro protocolo postmortem proporciona una plataforma ideal para probar la capacidad de nuevas modalidades de imagen para distinguir entre materia blanca cerebral mielinizada y desmielinizada. La RMN también proporciona el vehículo ideal para la traducción de los resultados científicos básicos a la práctica clínica, dado el uso de la RMN en nuestra investigación traslacional y su uso clínico generalizado en pacientes vivos.
Mientras que el corte corto y largo fijo, así como las rodajas congeladas ofrece una ventaja para el procesamiento de tejido en múltiples modos para diferentes estudios, hay algunas limitaciones con este método. La evaluación de la totalidad de una estructura puede limitarse, ya que las partes de ella pueden procesarse de manera diferente en sectores adyacentes. El gran volumen del banco de tejidos, sin embargo, ofrece la capacidad de investigar una estructura de interés en múltiples sujetos para mejorar el muestreo. Otra limitación general a los estudios que utilizan tejidos postmortem es que son transversales. Las conclusiones relativas al calendario y la progresión de los cambios deben interpretarse en este contexto. Puede haber un sesgo de selección para los pacientes que donan sus tejidos, lo que puede limitar la generalización de los datos a todos los pacientes con EM. Dado que la mayoría de los donantes mueren por complicaciones de la EM avanzada, puede que no sea apropiado extrapolar los hallazgos de estos pacientes a los que se encuentran en etapas tempranas de la EM. No obstante, hemos recibido tejidos de pacientes más jóvenes que murieron de afecciones no relacionadas con la EMM (es decir, infarto agudo de miocardio, sobredosis de drogas, suicidio). El alcance de nuestro protocolo no incluye el muestreo de otros órganos (por ejemplo, gastrointestinales y médula ósea) que han estado implicados en la EM. Creemos que las fortalezas del programa superan en gran medida sus limitaciones.
Los autores no declaran conflictos de intereses.
Los autores también quieren agradecer al Dr. Christopher Nelson por su asistencia editorial. El programa de autopsia es apoyado en parte por la concesión R35 NS097303 a BDT. El trabajo en el laboratorio de RD está respaldado por subvenciones de NINDS (NS096148) y la Sociedad Nacional de Esclerosis Múltiple, EE.UU. (RG 5298).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibodies | |||
Biotinylated goat anti-mouse IgG | Vector Laboratories | BA-9200 | 1:500 dilution for hemispheric; 1:1,000 for 30µm free-floating. RRID: AB_2336171 |
Biotinylated goat anti-rabbit IgG | Vector Laboratories | BA-1000 | 1:500 dilution. |
Biotinylated goat anti-rat IgG | Vector Laboratories | BA-9400 | 1:500 dilution for hemispheric; 1:1,000 for 30µm free-floating. RRID: AB_2336208 |
Glial fibrillary acid protein (GFAP) | Dako | Z0334 | 1:700 dilution for hemispheric. RRID: AB_10013382 |
HuR, mouse IgG, 3A2 clone | Santa Cruz | SC-5261 | 1:500 for 30µm free floating. RRID: AB_627770 |
Major histocompatibility complex (MHC) class II HLA-DR CR3/43 | Dako | Mo746 | 1:250 dilution for hemispheric; 1:500 for 30 µm free floating. RRID: AB_2313661 |
Non-phosphorylated neurofilament (SMI32) | Biolegend | 801701 | 1:5,000 dilution for hemispheric; 1:2,500 for 30 µm free-floating. RRID: AB_2564642 |
Phosphorylated neurofilament (SMI31) | Biolegend | 801601 | 1:5,000 dilution for hemispheric; 1:2,500 for 30 µm free-floating. RRID: AB_2564641 |
Proteolipid protein (PLP) | Gift from Wendy Macklin | 1:250 dilution for IHC; alternative anti-PLP antibodies commercially available. | |
Reagents | |||
125 mm filter paper | Whatman | 1452-125 | For filtering PFA. |
50% Glutaraldehyde | Electron Microscopy Sciences | 16320 | Electron microscopy grade. |
Cytoseal | ThermoScientific | 8310-16 | |
Ethylene glycol | Fisher Chemical | BP230-4 | |
Glycerol | Sigma-Aldrich | G7893 | 400 mL/2 L Cryoprotection solution. |
Millex-HV Syringe Filter Unit, 0.45 µm, PVDF, 33 mm, gamma sterilized | Millipore-Sigma | SLHV033RB | |
Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 19200 | Prills form. |
Polyvinylpyrolidone (PVP-40) | Fisher Chemical | BP220-212 | |
Sodium azide | Fisher Chemical | S227I | 2 g/2 L Sorenson's buffer. |
Sodium phosphate dibasic | Sigma-Aldrich | S0876 | 98.8 g/2 L Sorenson's buffer. |
Sodium phosphate mono basic monohydrate | Sigma-Aldrich | S9638 | 14.352 g/2 L Sorenson's buffer. |
Sucrose | Sigma-Aldrich | PVP40-500G | |
VectaStain ABC Kit | Vector Laboratories | PK-6100 | 1:1,000 dilution of A and B. RRID: AB_2336819 |
Waterproof drawing black ink | Higgins | 44201 | |
Xylene | Fisher Chemical | X3S | Histological grade. |
Equipment | |||
3T MRI Magnetom Prisma | Siemens Healthineers | ||
7T MRI Agilent 830AS | Siemens Healthineers |
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