The following agencies provided critical funding support for this study: MSTP T32 GM007250 (T.A.E.), 5T32EB7509 (D.S.B.), NCI R01 CA154656 (A.Y.H.), Dana Foundation (A.Y.H.), St. Baldrick&#8217;s Foundation (A.Y.H.), Alex&#8217;s Lemonade Stand Foundation (A.Y.H.), Gabrielle&#8217;s Angel Foundation (A.Y.H.) and Hyundai Hope-on-Wheels Program (A.Y.H.). The authors are thankful for the indispensable help of Jerry Silver and Sarah Busch in learning the Dorsal Column Crush (DCC) injury. The authors are also grateful to Jingquang You, Elisabeth Hare and Hongmei Hu for technical help with genotyping and Ross Anderson for mounting the spinal stabilizing unit.

NOTA: Tutti gli animali dovrebbero essere ospitati e utilizzati in conformità con la cura degli animali e l&#39;uso comitato (IACUC) presso l&#39;istituto. Tutte le procedure descritte qui sono approvati dalla Case Western Reserve University IACUC. 1. transgenici animali <ol><li> Utilizzare disponibili in commercio topi reporter fluorescenti per etichettare assoni (Thy-1 YFP H) 50 e microglia / monociti (CX3CR1 GFP / GFP 51; vedere l&#39;elenco dei materiali). Questi topi devono essere incrociati e mantenuti come singole colonie di riproduzione in base alle politiche di cura degli animali istituzionali. </li></ol> 2. Bone Marrow Chimere <ol><li> Identificare gli animali che sono almeno 8 settimane di età per l&#39;uso come animali destinatario. </li><li> Inserire animali ospiti in una gabbia irraggiamento tiene circolare destinato a trattenere il mouse in grado di assicurare anche, insieme irradiazione. </li><li> Situato su un timer di cesio (Cs-137) irradiatore per amministrare un dos radiazioni al corpo interoAll&#39;età di 800-1000 Rads agli animali secondo le istruzioni del produttore (esempi qui riportati sono 980 Rad). </li><li> Animali tornare alle loro gabbie a riposare per un minimo di 4 ore. </li><li> Scegli animali donatori del genotipo appropriata (vedi Figura 2A) come fonte di cellule progenitrici del midollo. NOTA: I donatori adeguati sono animali che esprimono diversi giornalisti specifici lineage fluorescenti dall&#39;host per identificare diverse popolazioni cellulari, o di uno degli stesso genotipo come controlli. </li><li> Riempire un piatto di Petri con il 70% di alcol, e un secondo piatto con 10 ml di Roswell Park Memorial Institute (RPMI) media e un filtro 40 micron cella imbevuto nei media. Riempire un tubo da 15 ml con i media RPMI. Tenere i piatti e il tubo sul ghiaccio. </li><li> Sacrificare gli animali donatori da CO 2 asfissia secondo le linee guida istituzionali. Pulire la pelle e la pelliccia immergendo l&#39;intero animale con il 70% di etanolo fino a quando tutta la pelliccia è bagnato. </li><li> Rimuovere la skdalla metà inferiore di animali tagliando intorno alla parte centrale e tirando la pelle verso il basso sulle zampe posteriori per esporre pienamente i muscoli delle gambe. </li><li> Rimuovere la tibia da anterior overextension al ginocchio di dislocare l&#39;osso, poi con pinze e forbici sterili, sbucciare e tagliare muscoli distanza da entrambe le estremità della tibia. Mettere l&#39;osso nella scatola di Petri con alcool fino a 30 sec poi il trasferimento al filtro cella all&#39;interno della capsula di Petri contenente i media. </li><li> Dislocare l&#39;anca e staccarsi muscoli aderenti al femore, posto brevemente femore in alcool e poi metterlo nella stessa filtro cella all&#39;interno del piatto. </li><li> In una cappa coltura tissutale, utilizzare forbici sterili per tagliare entrambe le estremità delle ossa e inserire un ago calibro 21 su una siringa da 1 ml nell&#39;estremità dell&#39;osso. Lavare il midollo nel conica da 15 ml con i media. Ripetere le procedure per le restanti ossa. </li><li> Utilizzando il retro del pistone da una siringa 3 ml, schiacciare ossa termina nella cellafiltro sulla piastra di Petri per estrarre più celle. </li><li> Posizionare il filtro in cima ad una provetta conica da 50 ml e trasferire media con cellule aspirati dalla provetta conica da 15 ml. Utilizzare la parte posteriore dello stantuffo per schiacciare il midollo per ottenere una sospensione di cellule singole. Lavare le tubo da 15 ml, frammenti di ossa e il filtro delle cellule con 30 ml di media in una provetta da 50 ml. </li><li> Centrifugare le cellule per 5 minuti a 500 xg a pellet cellule. </li><li> Lisare globuli rossi con 2 ml di ammonio-cloruro-Potassio (ACK) Lysis buffer per 2 min. Quench tampone di lisi con 10 ml di supporto contenente siero bovino fetale al 10%. Centrifugare a 500 xg per 5-10 minuti a pellet. </li><li> Lavare le cellule una volta in 10 ml di RPMI supporti e due volte in soluzione salina, centrifugazione a 500 xg per 5-10 minuti per sedimentare per ogni lavaggio. </li><li> Risospendere le cellule a una concentrazione finale di 3 x 10 6 cellule in 200 microlitri di soluzione salina. </li><li> Trasferimento 3 x 10 6 cellule del midollo tramite iniezione coda vena in irrtopi riceventi adiated. </li><li> Mettere l&#39;acqua acidificato (pH 3,0) in gabbia destinatario e permettono topi di recuperare. NOTA: I topi che falliscono il trapianto di morirà entro 10-14 giorni dopo la procedura. </li><li> Dopo 8 settimane, verificare midollo ricostituzione esaminando sangue periferico cellule immunitarie citometria a flusso (Figura 2B-C). </li></ol> 3. Dorsale Colonna Crush Injury NOTA: Scegliere opportune animali chimera o animali transgenici doppi per la chirurgia sulla base dell&#39;esperimento desiderato. Gli animali con midollo derivate cellule residenti o ossee o etichettati sono stati creati nei passaggi precedenti. <ol><li> Preparare e autoclave strumenti chirurgici, tra cui rongeurs, Dumont # 4 pinze, forbici, pinze iris per i tessuti che tengono, driver ago e clip ferita. </li><li> Preparare i farmaci per amministrare il mouse per il controllo del dolore. Bupernex e Marcaine sono comunemente utilizzati per il controllo del dolore. Usare farmaci appropriati, come richiesto and approvato dalla cura e l&#39;uso Comitato Istituzionale Animal (IACUC). </li><li> Indurre l&#39;anestesia con il 4% isoflurano e mantenere con 1-2% isoflurano di raggiungere un tasso di respirazione di 60-100 respiri al minuto. Applicare il lubrificante occhio agli occhi dell&#39;animale per prevenire la secchezza in anestesia e confermare la mancanza di risposta a piedi pizzico. Mantenere la temperatura con una piastra elettrica e monitorare la temperatura con una sonda rettale. </li><li> Rasatura retro del mouse con un rasoio elettrico sopra il livello del midollo spinale mirata, e poi tamponare la zona tre volte con povidone-iodio seguita da due volte con 70% di alcol. Posizionare l&#39;animale su un telino sterile, e coprire l&#39;animale con un altro telo sterile con un foro tagliato in un luogo appropriato per visualizzare il sito chirurgico. Mantenere tutti gli strumenti teli sterili in tutta la chirurgia. </li><li> Tagliare la pelle lungo la linea mediana al livello desiderato con midollo iride forbici per esporre il muscolo sul dorso dell&#39;animale. </li><li> Sotto un dissettente microscopio, tagliare i muscoli della schiena, tra cui il trapezio ed i legamenti del gran dorsale lungo la linea mediana dove essi attribuiscono ai processi spinali dorsali, ed esporre la colonna vertebrale. </li><li> Rimuovere i muscoli rotatori tra i processi dorsali e trasversali della vertebra per rivelare la lamina della vertebra specifica da rimuovere (T11 in questo caso). Identificare T11 dall&#39;inserimento dell&#39;ultima costola non flottante su questo processo. </li><li> Inserire punte del rongeurs nello spazio sopra e sotto processo per essere rimosso e sollevare leggermente per assicurarsi che siano saldamente in posizione intorno alla lamina vertebrale, ma non troppo in profondità per danneggiare la colonna vertebrale. Chiudi rongeurs in un solo movimento per rimuovere la lamina. </li><li> Ingrandire la laminectomia, se necessario utilizzando i Rongeurs per rimuovere piccole parti della vertebra rimanente. </li><li> Misura 1 mm dalla punta di un # 4 pinze da tenendole contro un righello e la marcatura con un pennarello indelebile. Misura A 1 mm scommessa separazionefra le due denti tenendo la pinza contro il righello e fissare la larghezza massima delle punte e 1 mm facendo scorrere un anello di gomma pinza in posizione sopra l&#39;albero della pinza. </li><li> Creare un piccolo foro inserendo un ago da 30 gauge attraverso la dura ai due punti di inserimento per i rebbi della pinza per accedere al midollo spinale. </li><li> Inserire i denti pinze ad un angolo di 90 ° rispetto alla dura attraverso i fori alla profondità 1 mm marcati sui lati della pinza, assicurandosi che il marchio è sopra la dura. Pinch chiudere la pinza e tenere premuto per 10 sec. Stampa, e ripetere pinze spremere altre due volte per un totale di tre stive. Rimuovere pinza dal midollo spinale. </li><li> Immergere un pezzo di gelatina assorbibile compressa spugna in soluzione salina e posto sopra il luogo di ferita. </li><li> Utilizzando un punto in esecuzione, suturare il muscolo in posizione sopra la laminectomia e imbevuta spugna di gelatina con # 4 punti di sutura in nylon non assorbibili sintetici. </li><li> Agganciare la pelle al suo posto con 5 millimetri cli feritaps. </li><li> Iniettare 10 ml Marcaine (1,0 mg / kg) in 490 ml di soluzione fisiologica per via sottocutanea in tutto il sito di incisione e 5 ml Bupernex (0,1 mg / kg) per via intramuscolare nei muscoli glutei. </li><li> Lasciare animali di recuperare su un pad caldo e monitorare per eventuali difficoltà di movimento o segni di paralisi agli arti posteriori. Non lasciare animali incustoditi o in presenza di altri animali fino alla completa guarigione dall&#39;anestesia. Non utilizzare animali che presentano deficit motori osservabili. NOTA: Sebbene questa cotta lesione può essere eseguita a qualsiasi livello lungo il midollo spinale, praticamente, T10-L4 pongono meno problemi tecnici per l&#39;imaging rispetto alla respirazione e stabilizzare il movimento del corpo con fascette. Posizionamento morsetto deve essere modificato intorno alla gabbia toracica di immagine a livello toracico. </li></ol> 4. Imaging intravitale <ol><li> Preparare e autoclave strumenti chirurgici, tra cui Dumont # 4 pinze, forbici iris, pinze per la tenuta del tessuto, ago dfiumi e clip ferita. </li><li> Anestetizzare il topo come prima con isoflurano. Indurre l&#39;anestesia al 4-5% e mantenere a 1-2% secondo necessità per mantenere una frequenza respiratoria di 60-100 respiri al minuto e la mancanza di risposta al piede pizzico. Tenete il mouse riscaldato, monitorare la frequenza respiro quando non l&#39;imaging e monitorare la temperatura animale con una sonda rettale. </li><li> Pulire la pelle intorno alle clip ferita con Betadine e poi l&#39;alcool e rimuovere le clip ferita secondo le istruzioni del produttore. Una volta clip ferita vengono rimosse, rimuovere i capelli con Nair, se necessario, e pulire il sito di nuovo con alcool povidone-iodio e il 70%. </li><li> Riaprire la pelle con le forbici. Rimuovere eventuali suture rimanenti muscolare e tirare il muscolo a parte con una pinza, taglio con le forbici, se necessario. </li><li> Sotto un microscopio da dissezione, creare tasche per il midollo spinale morsetti tagliando il muscolo con le forbici a lato dei processi trasversali sulla vertebra un livello vertebrale sopra e sotto la laminectomy. </li><li> Posizionare fascette intorno a ciascuna di esse vertebra e stringere. Regolare come necessario per lasciare spazio per obiettivo microscopio per raggiungere il midollo spinale. Assicurarsi che il midollo spinale è parallela alla piattaforma di imaging, e mantenere la stabilità dei tessuti per l&#39;imaging. Se la respirazione artefatto è visto, riaggiustare morsetti di conseguenza per ridurre al minimo il movimento nel campo dell&#39;imaging. </li><li> Coprire i morsetti con parafilm. </li><li> Rimuovere la gelatina compressa spugna assorbibile dal midollo spinale con una pinza, delicatamente raccogliendo off come molti pezzi possibile, eliminando anche il più tessuto cicatriziale da oltre meningi possibile. Copertina esposto midollo spinale con soluzione salina e spugna nuova, se necessario. NOTA: In caso di sanguinamento si verifica dal muscolo circostante, sia convinto con spugna o cauterizzare, se necessario. Tuttavia, fare attenzione a non toccare il midollo spinale con la cauterizzazione. Coprire il midollo spinale o con un pezzo di tessuto inumidita o gelatina compressa spugna quando cauterizzare. </li><li> Creare un well per contenere il liquido di immersione dal primo sigillatura pelle e tessuti con Vetbond, e quindi utilizzando acrilico dentale per costruire un pozzo tra i due morsetti del titolare del midollo spinale e fianchi dell&#39;animale. Attendere che le cure acrilici. </li><li> Riempire il bene con del liquido cerebro-spinale artificiale (aCSF) e controllare di nuovo per qualsiasi sanguinamento all&#39;interno del sito chirurgico. </li><li> Opzionalmente, a questo punto, iniettare coloranti fluorescenti vaso mediante iniezione endovenosa vena della coda per evidenziare i vasi sanguigni durante l&#39;imaging. NOTA: dextran fluorescente sopra 70 kDa viene spesso utilizzato, anche se i punti quantici e lectine fluorescente servono anche coloranti nave come utili. 50 ml di 150.000 WM TRITC-destrano è tipicamente iniettato per via endovenosa. </li><li> Per ottenere fisiologicamente rilevanti motilità delle cellule immunitarie, la temperatura del mouse deve essere mantenuta a 37 ° C. Muovi il mouse per un ambiente a temperatura controllata sotto il microscopio per l&#39;imaging e controllare l&#39;animale per Anes correttilivello Thesia dal tasso respiro e piede pizzico. Monitorare l&#39;animale di frequente durante l&#39;imaging per determinare la profondità dell&#39;anestesia, con l&#39;obiettivo di raggiungere una frequenza respiratoria di 60 - 100 respiri al minuto. </li><li> Individuare il sito di immagini attraverso l&#39;oculare del microscopio. </li><li> Regolare il microscopio a scansione laser 2 fotoni per prendere un&#39;immagine z-stack ogni 30-60 secondi per ottenere i dati di imaging dinamico. </li><li> Una volta che la sessione di imaging è completata rimuovere l&#39;animale dalla scatola riscaldata. </li><li> Allentare i morsetti spinali e rimuovere il mouse dalle fascette. Estrarre l&#39;acrilico ben lontano dalla pelle durante la rimozione dei morsetti. </li><li> Se il mouse deve essere ripreso di nuovo, posizionare salina imbevuto di gelatina compressa spugna sul midollo spinale. Chiudere il muscolo e pelle sul sito chirurgico. Non lasciare l&#39;animale incustodita o in presenza di altri animali, mentre il recupero dall&#39;anestesia. Se l&#39;animale mostra segni di deficit neurologico dopo il recupero, l&#39;animale deve essere eutanasia. In caso contrario, l&#39;eutanasiail mouse in una camera di CO 2 prima che emerge dalla anestesia secondo il protocollo eutanasia IACUC approvato. </li><li> Analizzare le immagini fluorescenti utilizzando immagine software di analisi seguendo le istruzioni del produttore. </li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Interazioni Imaging di diversi tipi di cellule nei loro compartimenti nativi durante conseguente patologia in tempo reale ha generato grande interesse. All&#39;interno della rete densa del CNS, contatto cellula-cellula e di segnalazione con celle adiacenti sono essenziali per la funzione normale e per comprendere CNS patologia. Qui, abbiamo descritto l&#39;uso di 2-photon microscopia a scansione laser per l&#39;osservazione di movimento cellulari all&#39;interno di una lesione meccanica nel midollo spinale. Oltre alla qualità della chirurgia e tessuti di preparazione, la stabilità meccanica del tessuto è fondamentale per il successo microscopia time-lapse, soprattutto l&#39;isolamento del midollo spinale di respirare artefatti da movimento. Stabilità può essere valutata, cercando per il movimento del midollo spinale sotto un microscopio da dissezione che corrisponde alla frequenza cardiaca o respiratoria dell&#39;animale. Di stabilità deve essere valutata sia durante l&#39;esecuzione dell&#39;intervento e anche immediatamente prima di iniziare l&#39;imaging. Se l&#39;animal non è stabile, è opportuno adeguare al collocamento e la tenuta dei morsetti del midollo spinale. Cell-tipo modelli specifici fluorescente topo giornalista accoppiato con approcci chimera midollo osseo hanno permesso l&#39;identificazione di cellule monocitiche contro microglia e assoni. Studi precedenti hanno rivelato che sangue derivate monociti e non microglia sono responsabili di danno assonale secondaria dopo un trauma con la metodologia descritta qui 43. Dextran coniugato tintura nave permette di identificazione della nave, sia per fornire punti di riferimento e di rilevare le infrazioni in integrità nave. La scelta del modello di topo reporter fluorescente appropriata è fondamentale per consentire la corretta identificazione dei tipi di cellule desiderati da acquisire. Sviluppo di modelli fluorescenti mouse che sono appropriati per gli studi intrapresi è anche fondamentale per il successo degli esperimenti. Distinguere tra le due popolazioni fagocitici di CX3CR1 + / GFP </sup&gt; Cellule del SNC è tradizionalmente difficile. Come mostrato qui, una tecnica immunologica comune, chimere irradiazione, può essere utilizzata per distinguere radio-resistenti, microglia CNS residente dai macrofagi del midollo osseo. La procedura di irradiazione ha il potenziale di danneggiare la barriera emato-encefalica e alterare fenotipi cellulari, quindi l&#39;uso di questo modello dovrebbe essere considerato con attenzione. L&#39;entità di tali variazioni differisce con la dose di irradiazione e la durata del periodo di recupero, e il loro impatto su diversi modelli infiammatori non è stato completamente studiati. Gli effetti di irradiazione sulla CNS barriera ematoencefalica possono essere minimizzati schermatura testa durante l&#39;irraggiamento, e questo ha dimostrato di diminuire l&#39;infiltrazione di cellule nel midollo spinale dopo irradiazione, anche se il midollo spinale non è direttamente schermato 52. Qui abbiamo osservato che il numero di cellule infiltranti nel SNC allo stato stazionario a seguito della generazione di chimera è insignificante in contrasto con la insensibileer di cellule che entrano lesione. Altri modelli alternativi da prendere in considerazione sono indotte da farmaci chimere 52 o modelli parabiotic topo 53. Qui, abbiamo presentato un modello di lesione piccola specifico, semplice e riproducibile che si traduce in una lesione alla materia bianca dorsale del midollo spinale che è facile da un&#39;immagine utilizzando la microscopia a 2 fotoni. Questo metodo fornisce anche una lesione quantificabile per saggiare il grado di deperimento assonale nelle colonne dorsali che in letteratura è stato accoppiato con complementare tessuto fissato analisi 16,18,43,48,54. In questo modello, gli animali mostrano solo deficit minimi e non richiedono cure particolari dopo l&#39;infortunio. Futuri studi che utilizzano le lesioni della colonna cotta e di imaging tecniche dorsali qui descritte possono essere potenti strumenti di screening per valutare l&#39;efficacia del trattamento per le lesioni del midollo spinale. Questi trattamenti possono includere piccoli inibitori molecolari, farmaci, prodotti cellulari, innesti di tessuto e trattamento combinatorias. L&#39;interazione tra macrofagi, microglia e neuroni sono anche suscettibili di svolgere un ruolo in altri modelli di malattia del midollo spinale, tra cui la sclerosi multipla, tumori, la meningite e la sclerosi laterale amiotrofica, e questa tecnica può essere utile per lo studio di queste malattie, nonché .

La reazione infiammatoria alla malattia o lesioni del sistema nervoso centrale (CNS) è scarsamente compreso, soprattutto per quanto riguarda le interazioni tra cellule immunitarie e residenti nel tessuto. Ricerche di queste interazioni cellulari nel midollo spinale sono di particolare interesse per l&#39;animale vivente. Il tratto sostanza bianca solo facilmente accessibile SNC è nelle colonne dorsali del midollo spinale, rendendo questo un settore importante su cui concentrare gli sforzi sul miglioramento approccio sperimentale fattibile. Queste indagini sono state limitate a causa della difficoltà tecnica di accesso e stabilizzare il CNS per l&#39;imaging. L&#39;imaging dal vivo nel midollo spinale è stato descritto il movimento cellulare precedentemente 1-13, però, pochi studi hanno affrontato in una lesione del midollo spinale al di là di un paio d&#39;ore dopo l&#39;insulto iniziale. La lesione del midollo spinale traumatica è un ambiente complesso, con i neuroni, astrociti, fibroblasti, cellule progenitrici NG2, e cellule immunitarie Including microglia, neutrofili, macrofagi, cellule T, le cellule B e le cellule dendritiche 14,15. I macrofagi sono il sottoinsieme di cellule immunitarie responsabili fagocitosi nella lesione, infiltrazione dalla circolazione. Il ruolo di queste cellule fagocitiche è stato dibattuto, con rapporti che indicano che queste cellule possono assumere entrambi i ruoli dannosi e di protezione del tessuto danneggiato. Questi ruoli vanno dalla crescente moria assonale secondaria dopo un infortunio e di agire in modo fagocitaria 16-22, ad assumere una ferita guarigione fenotipo e diminuendo deficit funzionali in animali feriti 21,23,24. In precedenza, i tentativi di distinguere macrofagi dalla microglia hanno fatto affidamento soprattutto sulla morfologia in tessuto sano. Tuttavia, microglia e macrofagi attivati ​​esprimono molti degli stessi marcatori e visualizzano morfologia indistinguibili dopo la lesione 25-29, rendendo la separazione delle diverse attività di queste cellule difficili da studiare based a soli 30 questi fattori. Queste cellule possono essere separati mediante espressione differenziale di CD45 usando citometria a flusso 33,34, anche se questo approccio è meno utile nel discriminare questi tipi di cellule in vivo. Espressione differenziale Utilizzando di CCR2 e CX3CR1 in microglia e macrofagi è stato esplorato, anche se i cambiamenti dinamici nella espressione di questi marcatori come monociti differenziano in macrofagi possono complicare l&#39;analisi accurata 35,36. Microglia sono le cellule immunitarie residenti nel sistema nervoso centrale e derivano da progenitori sacco vitellino durante lo sviluppo fetale, mentre i macrofagi sono derivati ​​da progenitori del midollo osseo ed entrano nel sistema nervoso centrale feriti dopo un insulto 31,32. Un approccio alternativo all&#39;utilizzo morfologia distinguere questi due tipi di cellule è quello di sostituire il midollo osseo con progenitori da un donatore che esprime un marcatore rintracciabile nei macrofagi derivati ​​da progenitori donatori, preservando il residente CNS, recipiente-derivati ​​microglia. Questi modelli chimerici midollo osseo sono comunemente utilizzati in molte altre applicazioni 37-40. Questo metodo ha avvertimenti unici associati con danni alla integrità della barriera ematoencefalica causata da irradiazione o farmaci citotossici utilizzati per l&#39;eradicazione progenitori midollari nell&#39;ospite, limitando così il suo impiego in alcune applicazioni. Recentemente, le distinzioni funzionali tra microglia e macrofagi nel sistema nervoso centrale stanno cominciando a discernere mediante citometria a flusso, analisi serie gene chip e metodi chimerismo 24,26,41-44, che si dimostrerà molto utile in futuro. Anche se la separazione di questi due tipi di cellule rimane difficile, comprendere le loro funzioni uniche è importante nel condurre a trattamenti più mirati di disturbi che coinvolgono sia microglia e macrofagi all&#39;interno del sistema nervoso centrale. Descrizione di interazioni cellulari all&#39;interno della lesione del midollo spinale è venuto soprattutto da studi che coinvolgono modelli di coltura cellulare. Questo è due alle sfide coinvolti con immagini sia la lesione del midollo spinale e le cellule immunitarie insieme in un animale vivo. Modelli di roditori attuali di lesioni del midollo spinale di varia tipologia e la gravità includono modelli contusione 45,46, lesioni pin-prick 2, lacerazione 47, e la dorsale lesioni della colonna schiacciamento qui 16,18,48 descritto. L&#39;infiammazione delle meningi aumenta con la gravità del danno e pone sfide uniche per l&#39;impianto di finestre o interventi chirurgici per l&#39;imaging di serie. Alcune di queste sfide includono l&#39;infiltrazione di cellule fagocitiche nonché la generazione di tessuto fibroso sul sito chirurgico. Alcuni di questi problemi possono essere superati con la creazione di lesioni più piccole e che copre il midollo spinale esposta con medicazione chirurgica non-immunogenico tra la dura e muscoli paraspinali per consentire la successiva chirurgia riapertura, come avviene qui a studiare la dorsale della colonna lesione da schiacciamento . La capacità di immagine solo la parte dorsale del centrifugaal cavo limita anche la scelta di lesioni, in quanto modelli contusione provocano soprattutto danni al cavo centrale, spesso risparmiando la parte più dorsale delle colonne dorsali, soprattutto in momenti iniziali dopo l&#39;infortunio 45,49. Pertanto, si descrive un modello di lesione semplice che produce un, ripetibile, lesione di forma rettangolare pulito che è utile sia per l&#39;osservazione di movimento cella all&#39;interno della lesione e per una facile quantificazione della posizione assonale rispetto alla lesione.

<table><tbody><tr><td>CX3CR1 GFP mice</td><td>Jackson laboratories</td><td>5582</td><td></td></tr><tr><td>Thy-1 YFP H mice</td><td>Jackson laboratories</td><td>3782</td><td></td></tr><tr><td>Mouse pie cage</td><td>Braintree Scientific</td><td>MPC 2 set</td><td></td></tr><tr><td>60 mm&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt; Petri dish</td><td>Corning</td><td>430166</td><td>For bone marrow isolation</td></tr><tr><td>Falcon 40 &amp;mu;m cell filter</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-771-1</td><td>For bone marrow isolation</td></tr><tr><td>1 x 15 ml and 1 x 50 ml conical tube</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td>For bone marrow isolation</td></tr><tr><td>21 gauge needle</td><td>BD</td><td>305177</td><td>For bone marrow isolation</td></tr><tr><td>1 ml syringe</td><td>BD</td><td>309628</td><td>For bone marrow isolation</td></tr><tr><td>ACK lysis buffer</td><td>Gibco</td><td>A10492-01</td><td>For bone marrow isolation</td></tr><tr><td>HBSS</td><td>Corning Cellgro</td><td>21-022-CV</td><td>For bone marrow isolation</td></tr><tr><td>RPMI media</td><td>Sigma</td><td>R8758</td><td>For bone marrow isolation</td></tr><tr><td>F4/80 antibody</td><td>Ebioscience</td><td>12-4801 PE</td><td>For FACS verification of chimeras</td></tr><tr><td>30 gauge insulin syringe</td><td>BD</td><td>328280</td><td>For tail vein injection</td></tr><tr><td>Spinal Cord Clamps</td><td>Narshinge</td><td>STS-A</td><td>For imaging</td></tr><tr><td>Ortho-Jet Dental Acrylic powder</td><td>Lang Dental</td><td>REF1320</td><td>For imaging</td></tr><tr><td>Ortho-Jet Dental Acrylic liquid</td><td>Lang Dental</td><td>REF1404</td><td>For imaging</td></tr><tr><td>Gelfoam gelatin sponges</td><td>Pfizer</td><td>9034201</td><td>For imaging</td></tr><tr><td>4-0 Ethilon sutures</td><td>Ethilon</td><td>1667G</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>Reflex Clips, 7 mm</td><td>Kent Scientific</td><td>INS750344</td><td>For surgery. Sterilize before use</td></tr><tr><td>Iris Scissors</td><td>Fine Science Tools</td><td>14061-09</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>45/5 Forceps, Dumoxel</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-35</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>Rongeurs</td><td>Fine Science Tools</td><td>16021-14</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>30 gauge needle</td><td>BD</td><td>305106</td><td>For making access holes in dura</td></tr><tr><td>Forceps Dumont #4 Biology tips</td><td>Dumont</td><td>11242-40</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>Needle Drivers</td><td>Fine Science Tools</td><td>12002-12</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>Michel Wound Clip Forceps</td><td>Kent Scientific</td><td>INS700753</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>Wound clip remover</td><td>Fine Science Tools</td><td>12033-00</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>O-rings for Forceps</td><td>Fine Science Tools</td><td>11200-00</td><td>For surgery, Often provided with #4 forceps, can also be ordered separately</td></tr><tr><td>Cordless Rechargable Animal trimmer</td><td>Wahl</td><td>Series 8900</td><td>for surgery</td></tr><tr><td>Vetbond</td><td>3M</td><td>1469SB</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>Betadine Solution (10% Providine-Iodine Topical Solution)</td><td>Purdue Products L.P.</td><td>NDC 67618-150-08</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>Nair Hair remover lotion</td><td>Church &amp;amp; Dwight Co., Inc.</td><td>NRSL-22329-05</td><td>For surgery</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Butler Schein</td><td>NDC 11695-6776-2</td><td>Drugs &amp;ndash; for surgery</td></tr><tr><td>Marcaine</td><td>Henry Schein</td><td>NDC 0409-1587-50</td><td>Drugs &amp;ndash; for surgery 1.0 mg/kg given subcutaneously</td></tr><tr><td>Bupernex</td><td>Henry Schein</td><td>121-7793</td><td>Drugs &amp;ndash; for surgery buprenorphine 0.1 mg/kg</td></tr><tr><td>aCSF</td><td>Chemicals from Sigma</td><td>119 mM NaCl&lt;br /&gt;26.2 mM NaHCO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;&lt;br /&gt;2.5 mM KCl&lt;br /&gt;1 mM NaH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;PO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;&lt;br /&gt;1.3 mM MgCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;&lt;br /&gt;10 mM glucose</td><td>For surgery&lt;br /&gt;From Cold Spring Harbor Protocols</td></tr><tr><td>TRITC-dextran 150,000 MW</td><td>Sigma</td><td>T1287</td><td>For intravenous administration to label vasculature</td></tr></tbody></table>

intravital imaging of axonal interactions with microglia and macrophages in a mouse dorsal column crush injury

Traumatic spinal cord injury causes an inflammatory reaction involving blood-derived macrophages and central nervous system (CNS)-resident microglia. Intra-vital two-photon microscopy enables the study of macrophages and microglia in the spinal cord lesion in the living animal. This can be performed in adult animals with a traumatic injury to the dorsal column. Here, we describe methods for distinguishing macrophages from microglia in the CNS using an irradiation bone marrow chimera to obtain animals in which only macrophages or microglia are labeled with a genetically encoded green fluorescent protein. We also describe a injury model that crushes the dorsal column of the spinal cord, thereby producing a simple, easily accessible, rectangular lesion that is easily visualized in an animal through a laminectomy. Furthermore, we will outline procedures to sequentially image the animals at the anatomical site of injury for the study of cellular interactions during the first few days to weeks after injury.

Un diagramma schematico raffigurante dorsale colonna cotta lesione è mostrato nella Figura 1A. Dopo la lesione, l&#39;animale è preparato e stabilizzato per microscopia intravitale utilizzando morsetti spinale (Figura 1B). Un&#39;immagine scattata subito dopo l&#39;infortunio dorsale colonna di schiacciamento mostra una lesione rettangolare ben visibile con una pinza denti punti di inserimento che sono chiaramente identificabili. Gli assoni del sito della lesione vengono interrotti in tutto l&#39;arco di tutta la colonna dorsale (Figura 1C). L&#39;integrità dei vasi sanguigni rimane intatto, e nessuna evidenza di perdite nave tintura è stato rilevato dalla fluorescenza. Per eseguire l&#39;imaging di serie della stessa lesione nel corso di settimane, i muscoli e la pelle possono essere suturati sopra la laminectomia per la successiva ri-esposizione. Simile morfologia della lesione è visto in momenti successivi (figure 1D, E). 5 giorni dopo infortunio, i siti di inserzione pinze sono ancora visibili, ma la lesione ha cominciato ad aumentare di dimensioni due al danno secondario causato da infiammazione. Gli assoni all&#39;estremità caudale della lesione hanno ritirato dal sito iniziale della lesione tramite un processo chiamato &quot;dieback assonale&quot;. Gli assoni alla fine rostrale della lesione esposti walleriana simile degenerazione (Figura 1D, E). Tra 5 e 22 giorni dopo la lesione, la dimensione della lesione è stabilizzata. Contemporaneamente, un grande afflusso di + cellule CX3CR1 può essere visto in infiltranti e intorno alla lesione cotta in questi punti di tempo, anche se l&#39;identità di queste cellule microgliali (rispetto macrofagi) non può essere distinto nella preparazione come mostrato in Figura 1. Per distinguere il comportamento della microglia e dei macrofagi nel microambiente cotta lesione, un modello di radiazione chimera è stata utilizzata (illustrato nella Figura 2A). In primo luogo, le cellule progenitrici del midollo osseo di un CX3CR1 del mouse + / GFP sono sostituiti con cel donatore non fluorescentels, quindi solo GFP microglia CNS residente + sono visibili da immagini fluorescenti. L&#39;efficienza di midollo ricostituzione può essere confermata mediante citofluorimetria esame del sangue periferico 8 settimane dopo il trapianto di midollo (Figura 2B, C). In figura 2B, F4 / 80 e GFP macrofagi positivi, evidenziato in blu, sono rilevati in una CX3CR1 + / GFP → C57BL / 6 chimerico murino, in cui alcune GFP negativi ma F4 / 80 monociti positivi sono anche presenti. Nella Figura 2C, nessun doppio F4 positivo / 80 e le cellule GFP positive sono lasciati dopo la sostituzione di CX3CR1 + / GFP destinatario midollo osseo con il tipo selvatico del midollo osseo. Prima di lesioni, microglia sono equamente distribuite all&#39;interno del midollo spinale, la visualizzazione di un riposo, la morfologia ramificata (Figura 2D). 8 giorni dopo infortunio, solo pochi microglia possono essere rilevati in e intorno alla lesione. Questi microglia mostrano una morfologia ameboide (Figura 2E). In secondo luogo, l&#39;ossocellule progenitrici del midollo in un topo non fluorescente sono sostituite dalle cellule osseo da un topo CX3CR1 + / GFP, pertanto rendendo midollo osseo derivate CX3CR1 + monociti / macrofagi visibili dalla fluorescenza GFP (Figura 2A). Prima di infortunio, l&#39;unico GFP + cellule rilevate sono in gran parte perivascolare, che sono stati segnalati per essere derivate dal midollo osseo e continuamente girare regolarmente 28 (Figura 2F). Dopo una lesione da schiacciamento, cellule + / GFP CX3CR1 sono visibili lungo l&#39;interno dei vasi sanguigni che circondano la lesione (Figura 2H-J), e il centro della lesione è riempito con infiltrazione macrofagi CX3CR1 + / GFP (figura 2G). Lasso di tempo di imaging delle colonne dorsali può essere effettuata per un massimo di 6 ore. Nella Figura 3, si mostra una CX3CR1 non chimerico + / GFP topo immediatamente dopo la lesione in cui le cellule dalla circolazione possono vederen spostando fuori dal vaso sanguigno verso il nucleo lesione e muoversi all&#39;interno del sito della lesione (Figura 3A, B; supplementare film 1). L&#39;analisi delle immagini utilizzando intensità di fluorescenza per identificare le cellule in grado di monitorare i percorsi dei macrofagi (Figura 3A, B; Supplemental Movie 1). Statistiche derivate dall&#39;analisi di imaging mostrano la motilità media dei macrofagi nella lesione è 3,6 micron / min (Figura 3D). Infine, a 22 giorni dopo la lesione, gli assoni, microglia e macrofagi possono ancora essere individuati all&#39;interno della lesione dimostrando campo dell&#39;imaging è stabile per lunghi periodi di tempo (Movie integrativa 2). <img alt="Figura 1" fo:content-width="7in" src="/files/ftp_upload/52228/52228fig1highres.jpg" width="600" /> Figura 1: Creazione e immagini sequenziale della lesione dorsale della colonna schiacciamento. (A) La dorsalelesioni colonna schiacciamento viene effettuato rimuovendo il processo dorsale della vertebra al livello di interesse. Forcipe sono inseriti nella colonna dorsale del midollo cablaggio 1 mm l&#39;uno dall&#39;altro e sono poi chiuse 3 volte per produrre la lesione mostrato in viola. (B) L&#39;animale viene quindi posizionata con midollo spinale morsetti avere stabilità per l&#39;imaging intravitale. (C) Immediatamente dopo l&#39;infortunio, le pinze siti di inserzione (ovale rosso) e il volume di lesione da schiacciamento rettangolare (scatola grigia) possono essere chiaramente identificati. Assoni nelle radici dorsali possono essere visti (frecce bianche), così come le estremità feriti degli assoni sul lato caudale della lesione (teste freccia piena). (D) 5 giorni dopo lesione, le pinze siti di inserzione (ovale rosso ), e l&#39;estensione della lesione (casella grigia) può ancora essere facilmente visualizzato. La lesione è aumentata di dimensioni poiché l&#39;insulto iniziale. Gli assoni sottoposti degenerazione walleriana simile può essere visto rostrale alla lesione (punte di freccia aperta) in additia assoni nelle radici dorsali (frecce bianche) e le estremità degli assoni danneggiati (frecce bianche). (E) 22 giorni dopo la lesione, il sito della lesione è ancora identificabile con dimensioni simili al pregiudizio dopo 5 giorni. Notare il gran numero di cellule + CX3CR1 in e intorno al sito feriti. Caratteristiche etichettati sono gli stessi come in (D). Tutti i bar scale = 200 micron. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52228/52228fig1highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="7in" src="/files/ftp_upload/52228/52228fig2highres.jpg" width="600" /> Figura 2: Costruzione di topi chimerici per monitorare CX3CR1 + / GFP esprimere microglia o osseo macrofagi derivate dal midollo CNS residenti nella lesione della colonna dorsale cotta. (A) Un diagramma schematico di generazione topi chimerici sia con CX3CR1 + / GFP esprimere microglia o macrofagi. In primo luogo, Thy-1 YFP H topi sono irradiati e il midollo osseo viene ricostituito con cellule del midollo isolate da un CX3CR1 del mouse + / GFP, risultando in un chimerico murino cui i macrofagi sono GFP +. In secondo luogo, Thy-1 YFP topi H / CX3CR1 + / GFP sono irradiati e il midollo osseo viene ricostituito con cellule del midollo isolate da un topo non fluorescente, producendo un chimerico murino cui microglia sono GFP +. (B) Esempio di citometria a flusso di dati con celle F4 / 80 + e CX3CR1 GFP + nel sangue di un animale chimerico con CX3CR1 + / GFP osseo del donatore trapiantato in un irradiato C57BL / 6 del destinatario. Le cellule derivate da donatori positivi CX3CR1 che sono positivi sia per GFP e F4 / 80 sono mostrati nel blu zona evidenziata. (C) Esempio di citometria a flusso di dati con 80 + e CX3CR1 GFP + cellule / F4 in un animale chimerico con un C57BL6 donatori di midollo trapiantato in un irirradiata CX3CR1 destinatario + / GFP. Si noti la mancanza di doppio positivo CX3CR1 + / GFP e F4 / 80 cellule all&#39;interno della zona blu evidenziata. (D) Un intravitale due fotoni snapshot microscopica di un mouse dal primo schema chimerico, mostrando GFP + microglia con morfologia ramificata all&#39;interno della dorsale Colonna (testa di freccia). Queste cellule si alternano tra assoni (giallo) nella radice dorsale e la colonna dorsale. Bar Scala = 100 micron. (E) l&#39;imaging intravitale dello stesso mouse (B) 8 giorni dopo la lesione della colonna dorsale rivela alcuni CX3CR1 + microglia con corpi di grandi dimensioni e di forma ameboidi cellulari che mancano i processi (testa di freccia). Scala bar = 100 micron. (F) Istantanea di un mouse dal secondo schema chimerico in (A), che mostra scarsa GFP + macrofagi, all&#39;interno del parenchima SNC. Bar Scala = 100 micron. (G) l&#39;imaging intravitale dello stesso mouse (F) 8 giorni dopo dorsale infortunio colonna rivela alarge afflusso di macrofagi in ed intorno alla lesione. Bar Scala = 100 micron. (H) Un quadro maggiore ingrandimento di + sangue cellule derivate CX3CR1 in contatto con le navi l&#39;animale illeso. Barra di scala = 30 micron. (I) Una ricostruzione di cellule CX3CR1 a contatto con il recipiente, visto dall&#39;interno del vaso. Scale bar = 30 micron. (J) Una ricostruzione di cellule CX3CR1 a contatto con il recipiente, vista dall&#39;esterno del recipiente. Bar Scala = 20 micron. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52228/52228fig2highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="7in" src="/files/ftp_upload/52228/52228fig2highres.jpg" width="600" /> Figura 3 :. Dati di rilevamento delle cellule di rappresentanza in un CX3CR1 non chimerico + / GFP del mouse subito dopo la colonna dorsale crushlesioni. (A) Uno snapshot CX3CR1 + microglia e macrofagi assoni intorno danneggiati (giallo) da Movie supplementare 1, immediatamente dopo una lesione della colonna dorsale schiacciamento. (B) I percorsi (grigio) adottata dai + cellule CX3CR1 in (A) nel corso di una 110 min sessione di imaging intravitale. (C) Un tempo di rappresentazione codificata delle tracce (B). Le tracce sono (D) Istogramma della motilità complessiva delle cellule + CX3CR1 colorati in base al loro tempo entro l&#39;intero film 110 minuti, come illustrato nella barra di tempo.. Tutte le barre di scala sono 30 micron. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52228/52228fig3highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> Film supplementare 1: Rappresentante film intravitale subito dopo la lesione della colonna dorsale schiacciamento nel doppio eterozigote Thy-1 YFP / + <strong&gt; / CX3CR1 GFP / + mouse. Imaging intravitale spinale è stata eseguita immediatamente dopo una dorsale colonna di lesione da schiacciamento a livello T11. Pannello di destra mostra il movimento del CX3CR1 + microglia e macrofagi. I percorsi del movimento delle cellule sono mostrati come tracce bianche sul pannello di sinistra. L&#39;infortunio si trova nell&#39;angolo in alto a sinistra. + Cellule CX3CR1 possono essere visti entrando nel sito della lesione lungo queste tracce. Gli assoni sono indicati in giallo. Bar Scala = 40 micron. Tempo totale: 110 min. Velocità di riproduzione: 300x. Movie integrativa 2:. Movie intravitale Rappresentante a 22 giorni dopo la colonna dorsale schiacciare lesione nel doppio eterozigote Thy-1 YFP / + / CX3CR1 GFP / + topo Indicato qui è un film rappresentativo preso in un topo 22 giorni dopo la colonna dorsale iniziale cotta lesioni a livello T11 spinale. Il injUry si trova in alto a destra della cornice. Gli assoni (giallo) crescente rostralmente vengono visualizzati in basso a destra. I vasi vena dorsale e anima sono etichettati con TRITC-destrano (rosso). CX3CR1 + cellule all&#39;interno movimento lesione a una velocità inferiore rispetto a quelli immediatamente dopo la lesione. Bar Scala = 50 micron. Tempo totale: 90 min. Velocità di riproduzione: 600x.

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Intravital Imaging of Axonal Interactions with Microglia and Macrophages in a Mouse Dorsal Column Crush Injury

Two-photon intravital imaging can be used to investigate interactions among different cell types in the spinal cord in their native tissue environment in a bone marrow chimeric animal with a dorsal column traumatic spinal cord crush injury.

Imaging intravitale di assonale Interazioni con Microglia e macrofagi in un mouse Dorsale colonna Crush Injury

Traumatic spinal cord injury causes an inflammatory reaction involving blood-derived macrophages and central nervous system (CNS)-resident microglia. ...

intravital-imaging-axonal-interactions-with-microglia-macrophages

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.4K Views.  Case Western Reserve University. Two-photon intravital imaging can be used to investigate interactions among different cell types in the spinal cord in their native tissue environment in a bone marrow chimeric animal with a dorsal column traumatic spinal cord crush injury. 

Video: Intravital Imaging of Axonal Interactions with Microglia and Macrophages in a Mouse Dorsal Column Crush Injury

In vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord Using Two-photon Microscopy

In vivo imaging using two-photon microscopy 1 in mice that have been genetically engineered to express fluorescent proteins in specific cell types 2-3 has significantly broadened our knowledge of physiological and pathological processes in numerous tissues in vivo 4-7. In studies of the central nervous system (CNS), there has been a broad application of in vivo imaging in the brain, which has produced a plethora of novel and often unexpected findings about the behavior of cells such as neurons, astrocytes, microglia, under physiological or pathological conditions 8-17. However, mostly technical complications have limited the implementation of in vivo imaging in studies of the living mouse spinal cord. In particular, the anatomical proximity of the spinal cord to the lungs and heart generates significant movement artifact that makes imaging the living spinal cord a challenging task.
We developed a novel method that overcomes the inherent limitations of spinal cord imaging by stabilizing the spinal column, reducing respiratory-induced movements and thereby facilitating the use of two-photon microscopy to image the mouse spinal cord in vivo. This is achieved by combining a customized spinal stabilization device with a method of deep anesthesia, resulting in a significant reduction of respiratory-induced movements. This video protocol shows how to expose a small area of the living spinal cord that can be maintained under stable physiological conditions over extended periods of time by keeping tissue injury and bleeding to a minimum. Representative raw images acquired in vivo detail in high resolution the close relationship between microglia and the vasculature. A timelapse sequence shows the dynamic behavior of microglial processes in the living mouse spinal cord. Moreover, a continuous scan of the same z-frame demonstrates the outstanding stability that this method can achieve to generate stacks of images and/or timelapse movies that do not require image alignment post-acquisition. Finally, we show how this method can be used to revisit and reimage the same area of the spinal cord at later timepoints, allowing for longitudinal studies of ongoing physiological or pathological processes in vivo.

In vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord Using Two-photon Microscopy

A minimally invasive protocol to stabilize the mouse spinal column and perform repetitive in vivo spinal cord imaging using two-photon microscopy is described. This method combines a spinal stabilization device and an anesthetic regimen to minimize respiratory-induced movements and produce raw imaging data that require no alignment or other post-processing.

Imaging in vivo del midollo spinale di topo Utilizzo di due fotoni Microscopia

In vivo imaging using two-photon microscopy 1 in mice that have been genetically engineered to express fluorescent proteins in specific cell types 2-3 has ...

Ricerca

Neuroscienze

Live Imaging of Dorsal Root Axons after Rhizotomy

The primary sensory axons injured by spinal root injuries fail to regenerate into the spinal cord, leading to chronic pain and permanent sensory loss. Regeneration of dorsal root (DR) axons into spinal cord is prevented at the dorsal root entry zone (DREZ), the interface between the CNS and PNS. Our understanding of the molecular and cellular events that prevent regeneration at DREZ is incomplete, in part because complex changes associated with nerve injury have been deduced from postmortem analyses. Dynamic cellular processes, such as axon regeneration, are best studied with techniques that capture real-time events with multiple observations of each living animal. Our ability to monitor neurons serially in vivo has increased dramatically owing to revolutionary innovations in optics and mouse transgenics. Several lines of thy1-GFP transgenic mice, in which subsets of neurons are genetically labeled in distinct fluorescent colors, permit individual neurons to be imaged in vivo1. These mice have been used extensively for in vivo imaging of muscle2-4 and brain5-7, and have provided novel insights into physiological mechanisms that static analyses could not have resolved. Imaging studies of neurons in living spinal cord have only recently begun. Lichtman and his colleagues first demonstrated their feasibility by tracking injured dorsal column (DC) axons with wide-field microscopy8,9. Multi-photon in vivo imaging of deeply positioned DC axons, microglia and blood vessels has also been accomplished10. Over the last few years, we have pioneered in applying in vivo imaging to monitor regeneration of DR axons using wide-field microscopy and H line of thy1-YFP mice. These studies have led us to a novel hypothesis about why DR axons are prevented from regenerating within the spinal cord11.
In H line of thy1-YFP mice, distinct YFP+ axons are superficially positioned, which allows several axons to be monitored simultaneously. We have learned that DR axons arriving at DREZ are better imaged in lumbar than in cervical spinal cord. In the present report we describe several strategies that we have found useful to assure successful long-term and repeated imaging of regenerating DR axons. These include methods that eliminate repeated intubation and respiratory interruption, minimize surgery-associated stress and scar formation, and acquire stable images at high resolution without phototoxicity.

An in vivo imaging protocol to monitor primary sensory axons following dorsal root crush is described. The procedures utilize wide-field fluorescence microscopy and thy1-YFP transgenic mice, and permit repeated imaging of axon regeneration over 4 cm in the PNS and axon interactions with the interface of the CNS.

Imaging in diretta degli assoni spinali dopo rizotomia

The primary sensory axons injured by spinal root injuries fail to regenerate into the spinal cord, leading to chronic pain and permanent sensory loss. ...

Implanting Glass Spinal Cord Windows in Adult Mice with Experimental Autoimmune Encephalomyelitis

Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in adult rodents is the standard experimental model for studying autonomic demyelinating diseases such as multiple sclerosis. Here we present a low-cost and reproducible glass window implantation protocol that is suitable for intravital microscopy and studying the dynamics of spinal cord cytoarchitecture with subcellular resolution in live adult mice with EAE. Briefly, we surgically expose the vertebrae T12-L2 and construct a chamber around the exposed vertebrae using a combination of cyanoacrylate and dental cement. A laminectomy is performed from T13 to L1, and a thin layer of transparent silicone elastomer is applied to the dorsal surface of the exposed spinal cord. A modified glass cover slip is implanted over the exposed spinal cord taking care that the glass does not directly contact the spinal cord. To reduce the infiltration of inflammatory cells between the window and spinal cord, anti-inflammatory treatment is administered every 2 days (as recommended by ethics committee) for the first 10 days after implantation. EAE is induced only 2-3 weeks after the cessation of anti-inflammatory treatment.
Using this approach we successfully induced EAE in 87% of animals with implanted windows and, using Thy1-CFP-23 mice (blue axons in dorsal spinal cord), quantified axonal loss throughout EAE progression. Taken together, this protocol may be useful for studying the recruitment of various cell populations as well as their interaction dynamics, with subcellular resolution and for extended periods of time. This intravital imaging modality represents a valuable tool for developing therapeutic strategies to treat autoimmune demyelinating diseases such as EAE.

We describe a method for implanting and maintaining glass windows over the exposed spinal cords of adult mice for studying experimental autoimmune encephalomyelitis. These windows provide chronic optical access to the spinal cord for monitoring cell dynamics at the subcellular level in live animals using two-photon microscopy.

Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in adult rodents is the standard experimental model for studying autonomic demyelinating diseases such as ...

Medicina

Acute Brain Trauma in Mice Followed By Longitudinal Two-photon Imaging

Although acute brain trauma often results from head damage in different accidents and affects a substantial fraction of the population, there is no effective treatment for it yet. Limitations of currently used animal models impede understanding of the pathology mechanism. Multiphoton microscopy allows studying cells and tissues within intact animal brains longitudinally under physiological and pathological conditions. Here, we describe two models of acute brain injury studied by means of two-photon imaging of brain cell behavior under posttraumatic conditions. A selected brain region is injured with a sharp needle to produce a trauma of a controlled width and depth in the brain parenchyma. Our method uses stereotaxic prick with a syringe needle, which can be combined with simultaneous drug application. We propose that this method can be used as an advanced tool to study cellular mechanisms of pathophysiological consequences of acute trauma in mammalian brain in vivo. In this video, we combine acute brain injury with two preparations: cranial window and skull thinning. We also discuss advantages and limitations of both preparations for multisession imaging of brain regeneration after trauma.

Acute brain trauma is a severe injury that has no adequate treatment to date. Multiphoton microscopy allows studying longitudinally the process of acute brain trauma development and probing therapeutical strategies in rodents. Two models of acute brain trauma studied with in vivo two-photon imaging of brain are demonstrated in this protocol.

Acuta cerebrale Trauma nei topi Seguito By longitudinale a due fotoni di imaging

Although acute brain trauma often results from head damage in different accidents and affects a substantial fraction of the population, there is no ...

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.

Un<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Laser-indotta Spinal Cord Injury modello per valutare i meccanismi di degenerazione assonale in tempo reale

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 ...

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord

Studies in the mammalian neocortex have enabled unprecedented resolution of cortical structure, activity, and response to neurodegenerative insults by repeated, time-lapse in vivo imaging in live rodents. These studies were made possible by straightforward surgical procedures, which enabled optical access for a prolonged period of time without repeat surgical procedures. In contrast, analogous studies of the spinal cord have been previously limited to only a few imaging sessions, each of which required an invasive surgery. As previously described, we have developed a spinal chamber that enables continuous optical access for upwards of 8 weeks, preserves mechanical stability of the spinal column, is easily stabilized externally during imaging, and requires only a single surgery. Here, the design of the spinal chamber with its associated surgical implements is reviewed and the surgical procedure is demonstrated in detail. Briefly, this video will demonstrate the preparation of the surgical area and mouse for surgery, exposure of the spinal vertebra and appropriate tissue debridement, the delivery of the implant and vertebral clamping, the completion of the chamber, the removal of the delivery system, sealing of the skin, and finally, post-operative care. The procedure for chronic in vivo imaging using nonlinear microscopy will also be demonstrated. Finally, outcomes, limitations, typical variability, and a guide for troubleshooting are discussed.

A Procedure for Implanting a Spinal Chamber for Longitudinal In Vivo Imaging of the Mouse Spinal Cord

In this video, we describe a procedure for implanting a chronic optical imaging chamber over the dorsal spinal cord of a live mouse. The chamber, surgical procedure, and chronic imaging are reviewed and demonstrated.

Una procedura di impianto del Camera spinale per longitudinale<em&gt; In Vivo</em&gt; Imaging del cavo del mouse spinale

Studies in the mammalian neocortex have enabled unprecedented resolution of cortical structure, activity, and response to neurodegenerative insults by ...

An In Vivo Duo-color Method for Imaging Vascular Dynamics Following Contusive Spinal Cord Injury

Spinal cord injury (SCI) causes significant vascular disruption at the site of injury. Vascular pathology occurs immediately after SCI and continues throughout the acute injury phase. In fact, endothelial cells appear to be the first to die after a contusive SCI. The early vascular events, including increased permeability of the blood-spinal cord barrier (BSCB), induce vasogenic edema and contribute to detrimental secondary injury events caused by complex injury mechanisms. Targeting the vascular disruption, therefore, could be a key strategy to reduce secondary injury cascades that contribute to histological and functional impairments after SCI. Previous studies were mostly performed on postmortem samples and were unable to capture the dynamic changes of the vascular network. In this study, we have developed an in vivo duo-color two-photon imaging method to monitor acute vascular dynamic changes following contusive SCI. This approach allows detecting blood flow, vessel diameter, and other vascular pathologies at various sites of the same rat pre- and post-injury. Overall, this method provides an excellent venue for investigating vascular dynamics.

An In Vivo Duo-color Method for Imaging Vascular Dynamics Following Contusive Spinal Cord Injury

We introduce an in vivo imaging method using two different fluorescent dyes to track dynamic spinal vascular changes following a contusive spinal cord injury in adult Sprague-Dawley rats.

In Vivo Duo-colore metodo di Imaging vascolare dinamica dopo la lesione del midollo spinale contusivi

Spinal cord injury (SCI) causes significant vascular disruption at the site of injury. Vascular pathology occurs immediately after SCI and continues ...

Precise Brain Mapping to Perform Repetitive In Vivo Imaging of Neuro-Immune Dynamics in Mice

The central nervous system (CNS) is regulated by a complex interplay of neuronal, glial, stromal, and vascular cells that facilitate its proper function. Although studying these cells in isolation in vitro or together ex vivo provides useful physiological information; salient features of neural cell physiology will be missed in such contexts. Therefore, there is a need for studying neural cells in their native in vivo environment. The protocol detailed here describes repetitive in vivo two-photon imaging of neural cells in the rodent cortex as a tool to visualize and study specific cells over extended periods of time from hours to months. We describe in detail the use of the grossly stable brain vasculature as a coarse map or fluorescently labeled dendrites as a fine map of select brain regions of interest. Using these maps as a visual key, we show how neural cells can be precisely relocated for subsequent repetitive in vivo imaging. Using examples of in vivo imaging of fluorescently-labeled microglia, neurons, and NG2+ cells, this protocol demonstrates the ability of this technique to allow repetitive visualization of cellular dynamics in the same brain location over extended time periods, that can further aid in understanding the structural and functional responses of these cells in normal physiology or following pathological insults. Where necessary, this approach can be coupled to functional imaging of neural cells, e.g., with calcium imaging. This approach is especially a powerful technique to visualize the physical interaction between different cell types of the CNS in vivo when genetic mouse models or specific dyes with distinct fluorescent tags to label the cells of interest are available.

This protocol describes a chronic cranial window implantation technique that can be used for longitudinal imaging of neuro-glio-vascular structures, interactions, and function in both healthy and diseased conditions. It serves as a complementary alternative to the transcranial imaging approach that, while often preferred, possesses some critical limitations.

Mappatura precisa del cervello per eseguire immagini ripetitive in vivo della dinamica neuroimmune nei topi

The central nervous system (CNS) is regulated by a complex interplay of neuronal, glial, stromal, and vascular cells that facilitate its proper function. ...

Immunologia e infezioni

Simultaneous Imaging of Microglial Dynamics and Neuronal Activity in Awake Mice

Since brain functions are under the continuous influence of the signals derived from peripheral tissues, it is critical to elucidate how glial cells in the brain sense various biological conditions in the periphery and transmit the signals to neurons. Microglia, immune cells in the brain, are involved in synaptic development and plasticity. Therefore, the contribution of microglia to neural circuit construction in response to the internal state of the body should be tested critically by intravital imaging of the relationship between microglial dynamics and neuronal activity.
Here, we describe a technique for the simultaneous imaging of microglial dynamics and neuronal activity in awake mice. Adeno-associated virus encoding R-CaMP, a gene-encoded calcium indicator of red fluorescence protein, was injected into layer 2/3 of the primary visual cortex in CX3CR1-EGFP transgenic mice expressing EGFP in microglia. After viral injection, a cranial window was installed onto the brain surface of the injected region. In vivo two-photon imaging in awake mice 4 weeks after the surgery demonstrated that neural activity and microglial dynamics could be recorded simultaneously at the sub-second temporal resolution. This technique can uncover the coordination between microglial dynamics and neuronal activity, with the former responding to peripheral immunological states and the latter encoding the internal brain states.

Here, we describe a protocol combining adeno-associated virus injection with cranial window implantation for simultaneous imaging of microglial dynamics and neuronal activity in awake mice.

Imaging simultaneo delle dinamiche microgliali e dell'attività neuronale in topi svegli

Since brain functions are under the continuous influence of the signals derived from peripheral tissues, it is critical to elucidate how glial cells in ...

Intravital Imaging of Fluorescent Protein Expression in Mice with a Closed-Skull Traumatic Brain Injury and Cranial Window Using a Two-Photon Microscope

The goal of this protocol is to demonstrate how to longitudinally visualize the expression and localization of a protein of interest within specific cell types of an animal's brain, upon exposure to exogenous stimuli. Here, the administration of a closed-skull traumatic brain injury (TBI) and simultaneous implantation of a cranial window for subsequent longitudinal intravital imaging in mice is shown. Mice are intracranially injected with an adeno-associated virus (AAV) expressing enhanced green fluorescent protein (EGFP) under a neuronal specific promoter. After 2 to 4 weeks, the mice are subjected to a repetitive TBI using a weight drop device over the AAV injection location. Within the same surgical session, the mice are implanted with a metal headpost and then a glass cranial window over the TBI impacting site. The expression and cellular localization of EGFP is examined using a two-photon microscope in the same brain region exposed to trauma over the course of months.

This study demonstrates delivery of a repetitive traumatic brain injury to mice and simultaneous implantation of a cranial window for subsequent intravital imaging of a neuron-expressed EGFP using two-photon microscopy.

Imaging intravitale dell'espressione di proteine fluorescenti nei topi con una lesione cerebrale traumatica a cranio chiuso e una finestra cranica utilizzando un microscopio a due fotoni

The goal of this protocol is to demonstrate how to longitudinally visualize the expression and localization of a protein of interest within specific cell ...

Imaging intravitale di assonale Interazioni con Microglia e macrofagi in un mouse Dorsale colonna Crush Injury

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