Aksonal Dejenerasyon ve Beyaz Cevher Nörobiyoloji Çalışması Çok Yönlü Fare Modeli subkortikal beyaz madde İnme

Özet

Here we present methodology for the production of a focal stroke in murine white matter by local injection of an irreversible endothelial nitric oxide synthase (eNOS) inhibitor (L-Nio). Presented are two stereotactic variations, retrograde neuronal tracing, and fresh tissue labeling and dissection that expand the potential applications of this technique.

Özet

İnme klinik inme sunumlar% 25'e kadar beyaz madde hesaplarını etkileyen, 5-10 kat daha büyük olabilir fiyatla sessizce gerçekleşir ve vasküler demans gelişmesine önemli ölçüde katkıda bulunur. fokal beyaz cevher inme birkaç model var ve uygun modellerin bu eksikliği inme bu tip sonra yaralanma tepki ve onarımında yer alan nörobiyolojik mekanizmaları anlaşılmasını engelliyordu. diğer subkortikal inme modellerinin ana sınırlama fokal beyaz cevher infarkt kısıtlamak değil ya da öncelikle olmayan fare türlerinde valide edilmiş olmasıdır. Bu beyaz cevher inme nörobiyolojisini incelemek için fare araştırma araçları çok çeşitli uygulama becerisi sınırlar. Burada geri dönüşü olmayan bir eNOS inhibitörü bir lokal enjeksiyonu kullanılarak fare beyaz cevherde fokal inme güvenilir üretimi için bir metodoloji sunuyoruz. Biz de iki benzersiz stereotaktik dahil olmak üzere genel protokol üzerinde çeşitli varyasyonlar mevcutvaryasyonlar, büyük ölçüde bu tekniğin potansiyel uygulamalarını genişletmek retrograd nöronal izleme yanı sıra taze doku etiketleme ve diseksiyonu. Birden fazla yaklaşımlar inme bu ortak ve ilgili yeterli formun nörobiyolojik etkilerini analiz etmek için bu varyasyonlar izin verir.

Giriş

Stroke affecting the subcortical white matter is a common clinical entity, accounting for up to 25% of clinical strokes annually in the US ¹. Ischemic damage to white matter also occurs silently at a significantly higher rate and contributes to the development of vascular dementia ^2,3. Presently, patients with this form of cerebral ischemia have few, if any treatment choices. Despite the clinical importance of this disease, few clinically relevant animal models exist ^4,5.

The goal of this protocol is to produce a focal ischemic lesion within the murine white matter. This murine model of human disease allows the specific study of axonal injury response to stroke and how the cellular elements of white matter, namely oligodendrocytes and astrocytes along with axons, respond to and repair after stroke.

Previous reports have described a model of subcortical white matter stroke using endothelin-1 (ET-1) ⁶ that is similar to the one described here. Several key changes to the experimental protocol have been made thereby the potential uses of this model have expanded ^7,8. This protocol provides a reliable and modifiable strategy to produce a focal stroke within mouse brain white matter.

The major advantages of this model are the use of a chemical endothelial nitric oxide synthase (eNOS) inhibitor N(5)-(1)-iminoethyl-L-ornithine HCl (L-Nio) ⁹ with no known paracrine effects on cellular elements of white matter which had been a complication of models using endothelin-1 ¹⁰. In addition, the stereotactic targeting of white matter in the mouse allows the use of any variety of transgenic or knockout strains, greatly expanding the available tools to determine the effect of stroke on brain white matter. Here, two variations on this technique are described and demonstrate some of the additional variations that can be utilized to enhance the understanding of axonal and white matter damage and repair after stroke.

Protokol

Bu protokolde hayvanların kullanımı Kaliforniya Los Angeles Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi Üniversitesi tarafından onaylanan prosedürlere uygun olarak yapılmıştır.

Not: Hedef fare nüfusu belirleyerek başlayın. Önceki çalışmalarda, sadece erkek doğal tipte C57 / BL6 fareleri, ancak çeşitli transgenik ya nakavt fareleri de kullanılabilir, kullanılmıştır. stereotaktik koordinatlar C57 / BL6 anatomi dayalı olduğunu unutmayın. Her kullanıcı başlangıçta beyaz cevher inme lokalizasyonu doğrulamak tavsiye edilir.

1. Beyaz Matter İnme İndüksiyon - medial Açılı Yaklaşım

1. Distal çapı 15-25 ^{um, 11} arasında olacak şekilde 0.5 mm kapiler tüp kullanılarak çekilen cam pipet hazırlanmasıyla başlar.
2. steril% 0.9 normal tuzlu su içinde 27.4 mg / ml (130 uM) de - L-NIO bir steril 10 ul alikosu ((1) -iminoethyl-L-ornitin HCI N- (5)) hazırlamak.
3. çekti cam pipet Ön doldurmakcam pipet sabitlenmesiyle, L-NIO (2-5 | il), küçük bir hacme sahip bir vakum hattına bağlı boruya. tezgah üstünde pipet düz Lay ve L-Nio çözeltisi içine çekti ucunu.
   1. Pipet 0.5 mm'lik bölümünün en az 2 mm dolana kadar vakum uygulanır. Vakumu kapatın ve pipet çekin. Adım 1.12 kadar bir kenara koyun.
4. Indüksiyon odasında fare yerleştirin ve standart% 32 izofluran kullanarak fare anestezi neden bir buharlaştırıcı akan (5 L / dk 5 L / dk oksijen ve 0,5 L / dk ile inhale _N2) 1 dakika boyunca ya da derin anesteziye kadar. stereotaktik mikroskop ile donatılmış bir stereotaktik aparatı fareyi aktarın. Bir buharlaştırıcı akan% 32 izofluran kullanarak bakım anestezi sağlamak ve bir burun konisi (2 L / dk 5 L / dk oksijen ve 0.5 L / dak N ₂ ile inhale). Bir ayak tutam anestezi derinliğini kontrol edin.
5. 36 ° enjeksiyon kolunu ayarlayın.
6. Affixa düşük hacimli basınçlı enjeksiyon sistemi uzak ucuna cam pipet tutucu çekti ve stereotaktik kurulum enjeksiyon koluna takın.
7. Coat iki gözün üstünde vazelin ve yer suni gözyaşı merhemi ile anestezi hayvanın bıyık. başının üzerinde bir 5-10 cm açıklığı olan hayvanın başının üzerinde steril örtüyü koyarak steril cerrahi alanında hazırlayın. kafatası örten kürk tıraş tarafından aspetic cerrahi yüzey hazırlayın. alternatif betadin ve% 70 alkol bezlerden ile kafa derisi temizleyin.
8. kafatası yüzeyi ortaya çıkarmak için steril ince makas ile 1,5 cm orta hat kafa derisi kesi olun. Steril bir pamuklu çubukla kafatası kurutun ve 1-3X büyütme stereotaktik mikroskop kullanılarak, steril bir mikro nokta aracını kullanarak herhangi bir üstte periost doku kaldırmak.
9. ince bir nokta kalem kullanarak bir referans noktası olarak Bregma işaretleyin.
10. steril ince stip cerrahi matkap ucu kullanarak 2 mm ellipitical kraniotomi Matkap0; bregma posterior başlayan ve öne sadece orta hat sol uzanan. kemik parçaları çıkarın ve serebral korteks görüntülenmiştir böylece yumuşak doku örten.
11. aralıklı steril serum fizyolojik damla uygulayarak cerrahi alan ve nemli kortikal yüzey tutun.
12. Stereotaktik aparatın enjektör koluna çekti cam pipet yapıştırın. Bregma ile pipet distal ucunu hizalayın ve stereotaktik koordinatlar sıfır.
13. İlk ön / arka (A / P) pipet ilerlemek ve / Tablo 1'de verilmiştir koordinatları (M / L) yanal medial.
14. kortikal yüzeye pipet ilerlemek ve dorsal / ventral (D / V) ölçümü sıfır.
15. Yavaş yavaş ilk D / V Tablo 1'de koordinat ulaşana kadar beyin içine pipet geçmektedir.
16. beyne L-NIO 100 nl enjekte ve reflü önlemek için 5 dakika bekleyin, 20 msn bakliyat için 20 psi ayarlanmış bir düşük hacimli basınçlı enjeksiyon sistemi kullanarakPipet parça yukarı.
    1. Stereotaktik mikroskop mercek ve 3X bir büyütme kalibre reticle kullanın.
    2. Buna uygun olarak, koordinat her biri için çekilen cam pipet (100 NL karşılık gelen 0.5 mm çapında bir pipet 0.5 mm uzunluğunda), 0.100 mm'lik toplam ³ yerinden. Bir el çantası kullanarak, ölçmek ve her kullanılan büyütme ve ölçekler bağlı olarak değişir kurmak beri standardize.
    3. hava-sıvı menisküs bir sagital görünümü vardır, böylece her enjeksiyon sırasında doğru hacim ölçümü için, yan mikroskopla açılı pipet yaklaşım. Menisküs pipet iç ve dış duvarın hem aynı odak düzlemi görünmelidir.
17. Yavaşça pipet çekilme ve adımları tekrarlayın 1.13-1.16.3 Tablo 1'de verilen koordinatlar ikinci ve üçüncü sette de.
18. Son enjeksiyondan sonra, pipet kaldırmak ve kraniyotomi sitesini dolduracak kadar kemik mumu yerleştirin. birKafa derisi yara kenarlarını pproximate dermal yapıştırıcı ile bağlanır.
19. Kafa derisi kesi ile ilişkili yerel ağrıyı önlemek için önlemek için steril bir 30 G iğne kullanılarak yara marjları içine% 0.5 marcaine 0.1 ml enjekte edilir.
20. 5 gün boyunca içme suyu konut ve arz post-operatif antibiyotik hayvan (0.48 mg / ml trimetoprim-sulfametoksazol veya 0.5 mg / ml Levofloksasin) döndürür.

2. Beyaz Matter İnme İndüksiyon - Posterior Açılı Yaklaşım

1. posterior anterior odaklı 45 dereceye stereotaktik kurulum enjeksiyon kolunu ayarlamak dışında, medial açılı yaklaşım protokolünde olduğu gibi adımları 1.1-1.12 gerçekleştirin.
2. İlk A / P pipet ilerlemek ve M / L Tablo 2'de verilmiştir koordinatları.
3. Komple kalan adımları yanal açılı yaklaşım protokolde olduğu gibi 1,14-1,20.

3. Retrograd Sinir Etiketleme

1. 10 steril hazırlanması% 0.9 normal serum fizyolojik içinde 54.8 mg / ml L-NIO ul alikosu.
2. % 0.9 normal serum fizyolojik içinde% 20 Fluororuby (veya% 20, biyotinlenmiş dekstran amin ya da% 2 Fluorogold) steril bir kısım hazırlayın.
3. 27.4 mg / ml L-Nio ve% 10 Fluororuby nihai konsantrasyonları için 1: Birlikte: 1 seyreltin.
4. adımlarda 1,3-1,23 olarak yukarıdaki vuruş protokolü gerçekleştirin.
5. Daha önce ⁸ açıklandığı gibi perfüzyon fiksasyon, cryosectioning ve mikroskopi ile doku bölümünde doğal floresan tracer gözünüzde canlandırın.

İmmünofloresan 4. Doku İşleme

1. 3 saat dan inme sonrası 14 gün arasında değişen uygun bir inme sonrası aralıklarla, izofluran doz aşımı ya da yerel IACUC üzerinden fareler prosedür onaylı euthanize.
2. açılı makas kullanarak göğüs boşluğu açın ve sol ventrikül içine bir 23 G kelebek iğne takın.
3. perfüzyon sıvısı için bir çıkış izini izin ince makas kullanarak sağ atrium küçük bir kesim yerleştirin.
4. Transkardiyal oda sıcaklığında, 10 ml / dk'lık bir oranda soğuk% 4 paraformaldehit 30-40 ml ve ardından soğutulmuş fosfat tamponlu tuz 30-40 ml serpmek.
5. fare başını kesmek ve posterior kafatası açmak için steril makas kullanarak beyin kaldırmak ve sonra yavaşça 24 saat süreyle soğuk% 4 PFA halinde beyin, bir spatula ile örten kafatası kaldırmak yerleştirin ve daha sonra 48 saat süreyle PBS içinde% 30 sakaroz transfer .
6. Bir kriyostat kullanarak devre mikron kayan kesitler hazırlamak ve daha önce ^6-8 tarif edildiği gibi, antikor işlemi gerçekleştirir. Bu çalışmada aşağıdaki antikorların kullanımı: tavşan anti-sinir lifi 200 (1: 500 seyreltme); tavşan anti-vimentin (1: 500); keçi anti-GFAP (1: 500); tavşan anti-IBA-1 (1: 1000).

Protein veya RNA Analizi 5. Doku İşleme

1. 3 saat dan inme sonrası 14 gün arasında değişen uygun bir inme sonrası aralıklarla, izofluran doz aşımı yoluyla euthanize ya da yerel IACUC prosedürü onayladı.
2. başını kesmekFare posteriora kafatası açmak için steril makas kullanarak beyin kaldırmak ve daha sonra bir spatula ile hafifçe örten kafatası kaldırmak ve.
3. Koku ampul ve optik sinirleri koparmaya beynin ön kısmında steril 4 mm spatula yerleştirin. Yavaşça calvarium üzerinden beyin kaldırın ve (1x Hank Dengeli Tuz Çözeltisi, 25 mM HEPES-KOH, pH 7.4, 35 mM glukoz, 4 mM sodyum bikarbonat, ve 0.01 mg / ml cyclohexamide) buz soğukluğunda tahlil tamponuna içine koyun.
4. Bir beyin blok ve steril yeni Jilet kullanarak, soğuk diseksiyon tampon içine inme ve yeri içeren 2-3 mm döşeme hazırlamak.
5. bir mikroskop altında enjekte yarımkürede beyaz cevher altta yatan motor korteksin tespit. uzun inme sonrası aralıklarla, bölge görsel fokal nekroz ve miyelin solukluk tarafından tespit edilebilir.
   (Daha önce inme sonrası aralıklarla,% 10 1 ul ile karıştırılmış L-NIO enjeksiyonu ise Hızlı Yeşil inme görsel kimlik izin verebilir: Not Şekil 4A).
6. Bir mikroskop rehberliğinde ve taze bir neşter kullanılarak altında, dikkatle Hızlı Yeşil etiketleme ya da doku kaybı ya tarafından belirlenen inme içeren beyaz cevher bölgeyi incelemek. istediğiniz gibi örten korteks ve altta yatan striatum çıkarın.

Sonuçlar

sunulan modeli kullanarak, beyaz cevher altta yatan ön ayakları sensorimotor korteks güvenilir hedeflenebilir. Tipik olarak insan laküner infarkt görüldüğü gibi kimyasal olarak bağlı kontur modeli, fokal aksonal ve miyelin kaybı, astrositoz ve microgliosis (Şekil 1) üretir. Üç iğne kullanarak, klinik olarak faydalı model ön ayakları, motor görevleri ⁷ erken yetmezliği ve beyin dokusu deneyimleri küçük ama önemli bir kısmı ile kurula...

Tartışmalar

Subkortikal inme örneksiz bir dizi sıçan ^12-14 ve fare ^6,15 iç kapsüle endotelin-1 fokal enjeksiyonlar subkortikal beyaz madde ve striatum içeren tarif edilmiştir. Küçük odak vuruşları daha yeni modeller kolesterol mikroemboli karotis arter ¹⁶ enjeksiyon ve tek delici arteriole ¹⁷ Fototrombotik tıkanıklığı kullanmışlardır. Bu modellerin her biri avantaj ve dezavantajları ⁵ hem de sahiptir. Şu anda açıklanan model aksonal anormallikler ve zara...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
L-N5-(1-Iminoethyl)ornithine, Dihydrochloride	Calbiochem	400600-20MG
Isoflurane	Phoenix Pharmaceutical, Inc.	NDC 57319-559-06
Capillary tubes	World Precision Instruments	50-821-807
Picospritzer	Parker Instrumentation	Picospritzer II
Stereotactic setup	Kent Scientific	KSC51725
Pipette puller	KOPF	Model 720
Stereomicroscope SZ51	Olympus	88-124
Fine scissors	Fine Scientific Tools	14084-08
Forceps	Harvard Apparatus	PY2 72-8547
Curved Forceps	Harvard Apparatus	PY2 72-8598
Blunt dissection tool	Fine Scientific Tools	10066-15
Drill	Dremel	8220-1/28
Drill bits	Fine Scientific Tools	19007-05
Vetbond	3M	1469SB
Marcaine	HOSPIRA	NDC 0409-1610-50
Trimethoprim-Sulfamethaxole	STI Pharmacy	NDC 54879-007-16
Fluororuby	Fluorochrome Inc	30mg
Paraformaldehyde	Fisher	O4042-500
Sucrose	Fisher	BP220-10
Cryostat	Leica CM3050 S	14047033518
Glass slides	Fisher	12-544-7
Fast Green	Sigma	F7252-5G
Dissection microscope	Nikon	SMZ1500
23 gauge butterfly needle	Fisher	14-840-35
10X Hank's Balanced Salt Solution	Life Technologies	14065056
1M HEPES-KOH, pH 7.4	Affymetrix	16924
D-Glucose	Sigma	G8270
Sodium bicarbonate	Sigma	S5761
Cyclohexamide	Sigma	01810