CN116420677A - 一种嵌合脑小鼠模型及其构建方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种嵌合脑小鼠模型及其构建方法和应用,属于生物技术领域。本发明通过将胚胎干细胞或诱导性多能干细胞诱导分化发育为脑类器官,将Nod‑SCID小鼠麻醉后暴露颅骨,寻找颅骨标志定位Bregma点,依冠状缝为颅骨绞合点,开矩形骨窗,将颅骨向上翻起,形成“铰链”结构,使用真空抽吸系统将暴露的皮层组织吸取,形成小空腔,接着使用显微镊将切割后的脑类器官植入空腔中,然后还纳颅骨,缝合头皮,待小鼠复苏后完成模型。通过此方法可以高效地构建嵌合脑小鼠模型,并获得较高的脑类器官存活率和有效脑类器官‑宿主皮层整合率。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域,具体涉及一种嵌合脑小鼠模型及其构建方法和应用。
背景技术
颅脑创伤严重危害人们的生命健康和生活质量,造成的神经环路破坏会导致运动功能损伤、认知能力破坏以及精神情感障碍等。颅脑创伤有着很高的发病率,世界范围内每年约5000万人发生创伤性脑损伤短期内死亡率较高,长期造成的广泛神经炎症,弥漫性轴索损伤以及神经退行性病变,颅脑损伤已经成为严重的公共安全问题。尽管颅脑损伤影响极大,但有效的治疗方法还有待完善。目前脑损伤神经修复的核心瓶颈为损伤周围神经元代偿有限以及丢失的神经元不易再生。三维培养的脑类器官由于其发育轨迹基因及表达与人脑高度相似,同时具有复杂的神经网络,是重建神经环路的理想选择。脑类器官移植有望重建神经环路,国外将脑类器官移植于小鼠皮层,证实轴突投射的广泛建立及皮质脊髓束轴突的重建潜能(Nat Biotechnol.2018;36:432和Stem Cell Reports.
2020;15:467),但是,脑类器官作为外源性组织,通常情况下与宿主整合并不牢固,长时间移植物有脱出风险。
发明内容
针对这个问题,本发明的目的是提供一种嵌合脑小鼠模型及其构建方法和应用,通过本发明的构建方法,移植入小鼠皮层的脑类器官在颅骨盖的保护下可以稳定的限制在损伤空腔中,不会随小鼠运动而脱出,避免移植失败。
本发明目的是通过以下方式实现:
本发明提供一种嵌合脑小鼠模型,所述的嵌合脑小鼠模型通过在小鼠的脑内嵌合外源的脑类器官获得。
基于上述技术方案,进一步地,脑类器官在颅骨盖的保护下能够稳定的限制在损伤空腔中。
基于上述技术方案,进一步地,所述的脑内包括小鼠脑皮层。
基于上述技术方案,进一步地,所述的小鼠为免疫缺陷的Nod-SCID小鼠。
本发明另一方面提供所述的嵌合脑小鼠模型的构建方法,包括以下步骤:
(1)体外构建自发组装的脑类器官;
(2)Nod-SCID小鼠麻醉后暴露颅骨,定位Bregma点;
(3)依冠状缝为颅骨绞合点,开矩形骨窗,将颅骨向上翻起,形成“铰链”结构;
(4)使用连接真空装置的钝性针头抽吸小鼠大脑皮层,形成空腔;
(5)使用显微镊将切割成与空腔匹配的脑类器官植入到小鼠大脑皮层空腔中;
(6)盖回掀开的颅骨盖,防止移植物脱出,缝合小鼠头皮。
基于上述技术方案,进一步地,步骤(1)构建自发组装的脑类器官过程为:将胚胎干细胞或诱导性多能干细胞的单细胞悬液接种在超低黏附U型底孔板中,加入神经诱导培养基培养,得到拟胚体,培养至8-12天,转移到低黏附孔板中,加入神经分化培养基后摇床旋转培养,培养第16-20天,更换为成熟培养基继续旋转培养至35-45天。
基于上述技术方案,进一步地,步骤(1)所述脑类器官在分化发育过程中无需使用Matrigel包埋。
基于上述技术方案,进一步地,步骤(3)中所述依托冠状逢可调整为矢状缝或人字缝。
基于上述技术方案,进一步地,步骤(3)中所述“铰链”结构的开合方向可调整为向下开合、向左开合或者向右开合。
本发明还提供所述的嵌合脑小鼠模型在评价脑损伤神经修复药物中的应用。
本发明相对于现有技术具有的有益效果如下:
通过本发明的构建方法,移植入小鼠皮层的脑类器官在颅骨盖的保护下可以稳定的限制在损伤空腔中,不会随小鼠运动而脱出,避免移植失败,构建完成后60天后,对小鼠脑进行切片观察,植入的脑类器官在宿主皮层内整合良好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对实施例涉及的附图进行简单地介绍。
图1为实施例1中脑类器官的形成过程图,其中,(A):培养第15天,神经祖细胞扩增;(B):培养第30天,神经管丰富;(C):培养第42天,脑类器官的明场显微镜图;(D):培养第42天,脑类器官的荧光显微镜图。
图2为实施例2中小鼠皮层位置确定过程图,(A):Bregma点,(B):冠状缝,(C):颅骨钻作矩形骨窗。
图3为实施例2中脑类器官植入皮层过程图,(A):颅骨向上开窗图,(B):皮层植入脑类器官图,(C):颅骨完全还纳归位图。
图4为实施例2中构建完成后60天小鼠脑切片图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明,但本发明的实施方式不限于此,显而易见地,下面描述中的实施例仅是本发明的部分实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,获得其他的类似的实施例均落入本发明的保护范围。
实施例1
脑类器官的构建:将H9-ES人胚胎干细胞于mTesR培养基中进行培养,待克隆形态及细胞汇合度适当后使用Accutase将克隆消化成单细胞悬液,按照9000个细胞/孔将细胞接种在超低黏附U型底96孔板中,加入含50μM Y27632神经诱导培养基(DMEM/F-12,15%Knockout serum replacement,1% MEM-NEAA,1% Glutamax supplement,100μMβ-Mercaptoethanol,100nM LDN-193189,10μM SB431542,2μMXAV939),可得到拟胚体,培养10天后,将拟胚体使用5mL巴氏吸管转移到低黏附6孔板中,加入神经分化培养基(50% DMEM/F-12,50% Neurobasal medium,0.025%Insulin,0.5% MEM-NEAA,1% Glutamaxsupplement,1% Penicillin/Streptomycin,0.5%N2 supplement,1% B27 supplementwithout vitamin A,50μMβ-Mercaptoethanol),
其他常规方法该步骤后需要将拟胚体包埋在基质胶Matrigel中进行神经分化,此方法在神经分化及之后的培养体系中均不使用包埋的方法。将孔板放入水平摇床进行培养,培养第18天,更换培养基为成熟培养基(50% DMEM/F-12,50% Neurobasal medium,0.025% Insulin,0.5% MEM-NEAA,1% Glutamax supplement,1%
Penicillin/Streptomycin,0.5% N2 supplement,1% B27 supplement,50μMβ-Mercaptoethanol,200μM Ascorbic acid,20ng/ml BDNF),继续旋转培养至42天,将脑类器官使用眼科剪剪成0.5mm3的小块后可进行后续操作。
使用这种不需要包埋Matrigel的培养方案可以使人脑类器官便于移植操作,按照常规培养方法,需要将脑类器官从Matrigel中取出后才能进行移植,有损伤脑脑类器官的风险,此方法培养全过程无需包埋,利于脑类器官植入小鼠皮层。
实施例2
嵌合脑小鼠模型的构建:对6周龄Nod-SCID免疫缺陷雄性小鼠施以3%异氟烷诱导麻醉,整个构建过程在超净工作台内完成,使用70%医用酒精以及紫外灯对超净工作台进行消毒。将小鼠固定于脑立体定位仪上,调整异氟烷至1.5%以维持麻醉效果,使用红霉素软膏涂敷小鼠眼周,打开LED灯光,照亮手术区域,使用碘伏棉签对手术区域皮毛进行消毒,使用剪刀延中线剪开小鼠头皮,剔除筋膜组织,暴露颅骨,定位Bregma点为原点,对初级运动皮层定位AP+1.5mm,ML+1.0mm,以冠状缝作为颅骨绞合点,使用颅骨钻作矩形骨窗,向上掀起颅骨,使用眼科镊剔除硬脑膜,接下来使用真空泵连接30G钝性针头进行脑组织的抽吸,抽吸过程中不停滴加生理盐水维持抽吸效果,抽吸结束后对小鼠皮层进行止血,此时皮层可见直径大小为0.21mm左右的空腔,将实施例1培养42天的脑类器官使用眼科剪进行切割,使之大小符合空腔大小,使用平头眼科镊将脑类器官植入到损伤空腔,接着盖回颅骨盖,使用无菌带线的7号缝针缝合头皮,全程使用加热垫维持小鼠体温,待小鼠复苏后,使用碘伏消毒进行头皮二次消毒,之后放入已灭菌的IVC培养笼中,进行长期饲养。
构建完成后60天后,对小鼠脑进行切片观察,植入的脑类器官显示绿色荧光,在宿主皮层内整合良好。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种嵌合脑小鼠模型,其特征在于,所述的嵌合脑小鼠模型通过在小鼠的脑内嵌合外源的脑类器官获得。
2.根据权利要求1所述的嵌合脑小鼠模型,其特征在于,脑类器官在颅骨盖的保护下能够稳定的限制在损伤空腔中。
3.根据权利要求1所述的嵌合脑小鼠模型,其特征在于,所述的脑内包括小鼠脑皮层。
4.根据权利要求1所述的嵌合脑小鼠模型,其特征在于,所述的小鼠为免疫缺陷的Nod-SCID小鼠。
5.权利要求1-4任一项所述的嵌合脑小鼠模型的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)体外构建自发组装的脑类器官;
(2)Nod-SCID小鼠麻醉后暴露颅骨,定位Bregma点;
(3)依冠状缝为颅骨绞合点,开矩形骨窗,将颅骨向上翻起,形成“铰链”结构;
(4)使用连接真空装置的钝性针头抽吸小鼠大脑皮层,形成空腔;
(5)使用显微镊将切割成与空腔匹配的脑类器官植入到小鼠大脑皮层空腔中;
(6)盖回掀开的颅骨盖,防止移植物脱出,缝合小鼠头皮。
6.根据权利要求5所述的构建方法,其特征在于,步骤(1)构建自发组装的脑类器官过程为:将胚胎干细胞或诱导性多能干细胞的单细胞悬液接种在超低黏附U型底孔板中,加入神经诱导培养基培养,得到拟胚体,培养至8-12天,转移到低黏附孔板中,加入神经分化培养基后摇床旋转培养,培养第16-20天,更换为成熟培养基继续旋转培养至35-45天。
7.根据权利要求6所述的构建方法,其特征在于,步骤(1)所述脑类器官在分化发育过程中无需使用Matrigel包埋。
8.根据权利要求5所述的构建方法,其特征在于,步骤(3)中所述依托冠状逢可调整为矢状缝或人字缝。
9.根据权利要求5所述的构建方法,其特征在于,步骤(3)中所述“铰链”结构的开合方向可调整为向下开合、向左开合或者向右开合。
10.权利要求1-4任一项所述的嵌合脑小鼠模型在评价脑损伤神经修复药物中的应用。
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