楊上川, 董錦潤, 瞿家桂,3, 胡新天,, 王正波,

(1. 中國科學院生物物理研究所 腦與認知國家重點實驗室, 北京 100101; 2 .中國科學院昆明動物研究所，云南 昆明 650223; 3. 中國科學技術(shù)大學 生命科學學院, 安徽 合肥 230026)

一種有效區(qū)分移植細胞和宿主細胞腦損傷模型的建立

楊上川1,2, 董錦潤1,2, 瞿家桂1,2,3, 胡新天1,2,*, 王正波1,2,*

(1.中國科學院生物物理研究所 腦與認知國家重點實驗室,北京100101; 2 .中國科學院昆明動物研究所，云南 昆明650223; 3.中國科學技術(shù)大學 生命科學學院,安徽 合肥230026)

為了區(qū)分移植神經(jīng)細胞和宿主細胞, 便于將來在宿主體內(nèi)對移植細胞進行在體的電生理記錄以及其它方面的研究, 通過機械損毀的方法, 建立了一種特殊的腦損傷模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 通過機械損毀的方法, 在大鼠大腦皮層形成形態(tài)規(guī)則的損傷空洞, 其模型穩(wěn)定, 重復性好; 在空洞內(nèi)進行干細胞移植, 能夠長時間存活, 移植神經(jīng)干細胞絕大部分細胞分化為神經(jīng)元, 只有少量細胞分化為膠質(zhì)細胞, 而且移植細胞與宿主細胞分界明顯; 對移植細胞進行單細胞電生理記錄, 記錄到神經(jīng)元放電信號。這些結(jié)果表明, 通過機械損毀的方法, 在大鼠大腦皮層成功建立了一個穩(wěn)定、精確定位移植細胞與宿主細胞界限的腦損傷模型。

機械損毀法; 移植細胞; 宿主細胞;神經(jīng)干細胞; 腦損傷

神經(jīng)系統(tǒng)性疾病, 包括變性疾病、腦卒中后遺癥等多為大量神經(jīng)元缺失, 致使中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后結(jié)構(gòu)和功能難以恢復, 嚴重影響了患者的生活質(zhì)量。隨著對神經(jīng)干細胞研究的深入, 揭示神經(jīng)干細胞能夠分化成為神經(jīng)元并促進腦組織結(jié)構(gòu)和功能的恢復, 越來越多的研究者熱衷于細胞替代治療神經(jīng)損傷。

當前的研究表明, 神經(jīng)干細胞不僅能在宿主中樞系統(tǒng)中存活、遷移, 并分化成幾乎所有已知類型的神經(jīng)元(Gage, 2000; Temple, 2001; Wennersten et al, 2004; Alvarez-Dolado et al, 2006; Makri et al, 2010), 而且能和宿主的神經(jīng)元建立突觸聯(lián)系(Lundberg et al, 1997; Gaillard et al, 2007)。另外, 神經(jīng)干細胞在治療某些神經(jīng)疾病方面已取得明顯進展, 向中樞損傷疾病模型動物直接移植干細胞可以明顯改善被試動物的癥狀(Svendsen et al, 1997; McDonald et al, 1999; Englund et al, 2002b; Riess et al, 2002; Ikeda et al, 2005; Cui et al, 2008; Morita et al, 2008; Ideguchi et al, 2010)。但也有研究者認為,這些改善也許來自神經(jīng)系統(tǒng)自身的代償功能, 也許是移入的干細胞促進了殘存神經(jīng)元的功能恢復(Lu et al, 2003)。移植存活并有突觸形成的神經(jīng)干細胞并沒有起作用, 因為腦內(nèi)大部分的突觸是處在沒有功能的狀態(tài)。解決這一爭議的最有效方法是利用電生理記錄技術(shù)直接檢測移植神經(jīng)元是否參與了腦內(nèi)信息的傳遞。目前對移植細胞進行電生理檢測主要采取腦片離體電生理的方法(van Praag et al, 2002; Benninger et al, 2003; Rüschenschmidt et al, 2005; S?rensen et al, 2005; Ding et al, 2006), 該方法對于檢測移植細胞在宿主體內(nèi)的功能狀態(tài)還有一定差距。當前對移植細胞進行在體電生理記錄最大的難題是如何找到移植進去的細胞。本實驗擬通過機械損毀的方法, 建立一個便于區(qū)分宿主細胞和移植細胞的腦損毀模型。

1 材料與方法

1.1 腦皮層損毀實驗及電生理記錄裝置

自制外徑18 Gauge的不銹鋼導管和導管持握器; 不銹鋼硬腦膜切刀和硬腦膜切刀支架; 不銹鋼空洞側(cè)壁切刀和空洞底面切刀; 直徑0.8 mm的不銹鋼空洞塞和0.8 mm的不銹鋼細胞懸液塞, 以及外徑21 Gauge不銹鋼細胞移植注射器。國產(chǎn)M1.2不銹鋼平底螺釘; 自凝牙托粉和牙托水; 大鼠腦立體定位儀(深圳瑞沃德); 1.0和1.4 mm鉆頭(德國),電鉆(韓國)。電極材料25 μm鉑銥絲(美國A-M systems); 電生理記錄儀型號NI PXI 1033(美國National instruments公司)。

1.2 實驗動物

選取20只成年SD大鼠, 體重(250±20) g, 自由采食和飲水, 隨機分為正常對照組(2只)、假手術(shù)組(6只)和腦損傷組(12只, 選取其中6只進行神經(jīng)干細胞移植實驗), 分籠飼養(yǎng)。

1.3 大腦皮層損毀

實驗大鼠肌注0.2 mL的阿托品10 min后, 腹腔注射(60 mg/kg)戊巴比妥鈉麻醉。用剃毛剪剃掉大鼠頭頂部的毛, 將動物頭顱固定在立體定位儀上。經(jīng)碘酊和酒精局部消毒后, 在大鼠頭頂部區(qū)域,用手術(shù)刀由前向后切開約1.5～2 cm的切口, 裸露出頭頂骨, 清除頂骨上附著的肌肉組織。用立體定位儀, 在欲損毀皮層區(qū)域上方的頭骨表面做一標記。接著用直徑1.4 mm鉆頭在標記處鉆通顱骨, 造成一個導管埋置孔。再在導管埋置孔四周, 以導管埋置孔為中心, 3～4 mm為半徑處, 鉆4個1 mm的牙托水泥增強螺釘埋植孔(勿損傷硬腦膜), 用滅菌生理鹽水沖洗鉆好了的骨孔, 清除鉆孔產(chǎn)生的骨頭殘渣。

在螺釘孔內(nèi)植入M1.2不銹鋼螺釘, 深度為頭骨的厚度或剛好觸及到硬腦膜, 螺釘在顱骨上方外露2～3 mm。隨后用硬腦膜切刀切除導管埋置孔內(nèi)下方的硬腦膜, 暴露出大腦皮層。通過導管持握器將導管下端輕壓在大腦皮層軟腦膜上, 在導管四周及增強螺釘上澆上牙托水泥固定。

待牙托水泥固化后, 通過埋植好的導管, 用腦空洞側(cè)壁切刀和空洞底面切刀, 對大腦皮層進行切除(深度約1.5 mm)和清除切下的皮層組織, 在導管內(nèi)插入空洞塞。假性手術(shù)組, 只是插入堵管, 不行皮層切除。

1.4 神經(jīng)干細胞移植

一周后, 選取6只大腦皮層損毀的SD大鼠進行神經(jīng)干細胞移植實驗。大鼠肌注0.2 mL的阿托品10 min后, 腹腔注射(60 mg/kg)戊巴比妥鈉麻醉并固定在立體定位儀上。挑選玫瑰花環(huán)神經(jīng)干細胞,將細胞懸液調(diào)至密度為5×107個/μL備用。在大鼠進入麻醉狀態(tài)后, 取出導管內(nèi)的空洞塞, 用細胞注射器直接將體積1 μL的細胞注射到人工制造的空洞內(nèi), 插入細胞懸液塞, 即完成神經(jīng)干細胞移植。隨后每天肌注(10 mg/kg)環(huán)孢霉素A。

1.5 移植神經(jīng)干細胞電生理記錄

實驗大鼠在神經(jīng)干細胞移植后1個月, 在戊巴比妥鈉麻醉狀態(tài)下, 取出導管內(nèi)的細胞懸液塞, 將記錄電極從導管內(nèi)插入移植有神經(jīng)干細胞的孔洞內(nèi), 進行電生理記錄。

1.6 組織形態(tài)學檢查

正常對照組、假手術(shù)組和不行移植細胞腦損傷組大鼠于損毀后一周, 移植組大鼠于移植細胞后2個月, 腹腔注射60 mg/kg的戊巴比妥鈉麻醉, 4%的多聚甲醛經(jīng)心臟灌流, 快速取出腦組織, 在4%的多聚甲醛中后固定, 進行大體解剖觀察, 然后冰凍切片, H.E染色和免疫組化實驗, 在激光共聚焦顯微鏡下觀察并拍照。

2 結(jié) 果

動物死亡率：本實驗所采用的建模方法安全可靠, 在所有實驗組包括正常對照組、假手術(shù)組和腦損傷組均無大鼠死亡。

大體病理變化：六只腦創(chuàng)傷鼠損傷程度一致,模型穩(wěn)定, 可控性好, 在損毀區(qū)域均可見一個形態(tài)規(guī)則的人造損毀空洞, 直徑約0.8 mm, 深度約為1.5 mm。

H.E染色光鏡檢查損傷組：皮層損傷一周后, 病灶斷面形態(tài)規(guī)則, 損傷灶的周圍出現(xiàn)明顯的神經(jīng)膠質(zhì)細胞浸潤(圖1)。在損傷病灶空洞區(qū)域邊緣, 出現(xiàn)2～3層神經(jīng)膠質(zhì)細胞, 利于移植細胞的存活。

圖1 大鼠腦皮層損毀及移植Fig. 1 The injured rat brain and the neural stem cells transplanted into the lesion site

神經(jīng)干細胞移植：對大鼠損毀后一周進行GFP標記神經(jīng)干細胞移植, 2個月后, 灌流動物, 取腦。此時, 人工損毀的空洞幾乎不可見, 已經(jīng)被組織填滿, 略有凹陷。

冰凍切片后, 在激光共聚焦顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn),在先前損毀的空洞內(nèi), 充滿移植的GFP細胞。在移植細胞的淺表部分, 有部分細胞出現(xiàn)死亡, 在空洞的底部, 部分細胞發(fā)生遷移, 遷移向宿主動物腦部的深層(圖1)。

對腦切片進行免疫熒光染色發(fā)現(xiàn), 移植細胞少量分化為神經(jīng)膠質(zhì)細胞(圖2), 大多數(shù)分化形成了神經(jīng)元。同時, 觀察到有些宿主自身的膠質(zhì)細胞突起生長到移植的細胞組織中(圖3)。

圖2 對大鼠移植神經(jīng)干細胞進行免疫組化染色Fig. 2 The immuno-histological stained rat brain with transplanted neural stem cells

圖3 對大鼠移植神經(jīng)干細胞進行免疫組化染色Fig. 3 The immuno-histological stained rat brain with transplanted neural stem cells

圖4 在體記錄大鼠移植區(qū)神經(jīng)細胞放電Fig. 4 In vivo electrophysiological recording on transplanted nerve cells

對皮層損毀大鼠移植神經(jīng)干細胞一個月后進行單細胞電生理記錄, 記錄到較好的單細胞自發(fā)放電(圖4)。

3 討 論

建立腦損傷模型的方法多種多樣, 實驗目的不同采用的方法也不盡相同。常用的方法有液壓損傷(McIntosh et al, 1989)、重物打擊損傷法(Edward Dixon et al, 1991; Marmarou et al, 1994)、壓縮氣擊法(Lighthall, 1988), 以及冷凍傷腦水腫模型(Murakami et al., 1999)、藥物損傷模型(Kim et al, 2002; Dauer ＆ Przedborski, 2003)和負壓吸除損傷(Kesslak et al, 1986)等。這些模型能較好地模擬腦損傷后的生理病理變化, 能夠提供較好的病理模型;但是這些造模方法存在重復性不高, 動物損毀程度不一致等缺點, 且重度損傷時, 動物死亡率相對較高。本實驗通過機械切除損毀的方法, 能夠較好地在大鼠大腦皮層人工損毀出一個形態(tài)規(guī)則的空洞,相對于先前的造模實驗, 動物死亡率較低, 穩(wěn)定性和重復性好。先前動物模型證實移植神經(jīng)干細胞能夠在宿主體內(nèi)存活、 遷移和分化, 并能與宿主神經(jīng)元形成突觸聯(lián)系, 在一定程度上改善病理癥狀; 但是由于在先前動物模型進行神經(jīng)干細胞移植實驗時, 在活體情況下, 很難利用電生理的方法定位到移植細胞, 因此不能證明移植細胞是否與宿主細胞產(chǎn)生了真正意義上的功能性聯(lián)系。本模型可以較好地將宿主細胞與移植細胞加以區(qū)分, 有效地解決了上述難題。

當前動物實驗及臨床應用中所使用的干細胞移植途徑主要包括局部注射移植、經(jīng)腦脊液注射移植、經(jīng)血液循環(huán)注射移植(Chen et al, 2001; Chu et al, 2003; Jin et al, 2005)。很多學者認為, 將細胞直接移植到損毀腦組織周圍, 可以把干細胞全部集中到病灶及其周邊發(fā)揮治療作用, 神經(jīng)功能改善迅速、直接(Lindvall & Kokaia, 2004; Magnus ＆ Rao, 2005; Fullwood, 2007; Marutle et al, 2007)。但是也有學者認為, 神經(jīng)干細胞直接移植到病灶中, 其生存不好,相反若移植的細胞與病灶保持一定的距離, 則能較好地存活, 其原因可能是病灶區(qū)大量的細胞死亡、水腫帶形成及各種炎性反應產(chǎn)生, 導致微環(huán)境的改變, 不利于移植細胞存活(Jeong et al, 2003), 并且移植神經(jīng)干細胞能夠向受損部位發(fā)生遷移, 利于干細胞存活并發(fā)揮功能(Kelly et al, 2004)。在本實驗中,我們也是采用局部注射移植, 將神經(jīng)干細胞直接移植到人工損毀的空洞內(nèi), 2月后處死大鼠后發(fā)現(xiàn), 移植細胞幾乎填滿人工損毀的空洞, 表明細胞存活情況較好, 并未出現(xiàn)由于病灶區(qū)的炎癥反應環(huán)境而影響到移植細胞的存活。筆者認為, 可能是由于在我們動物損毀模型中, 損毀病灶直徑為0.8 mm, 組織營養(yǎng)因子能夠較好地滲透到移植細胞中間來, 并且腦組織中免疫反應可能相對較弱的緣故。

先前人們對移植細胞是否與宿主細胞產(chǎn)生功能性突觸, 大多采用離體電生理腦片記錄技術(shù)(Englund et al, 2002a; Benninger et al, 2003; Rüschenschmidt et al, 2005; Uchida et al, 2005; Anderová, 2006; Prajerova et al, 2010), 這樣得到的結(jié)果不能真實反應移植細胞在活體動物中的作用, 只能證明移植細胞與宿主細胞之間形成了突觸, 并且能夠進行突觸傳遞。本實驗中, 存活細胞大多數(shù)分化為神經(jīng)元,少量細胞分化為神經(jīng)膠質(zhì)細胞, 分化形成的神經(jīng)細胞突起能夠向宿主腦內(nèi)延伸生長, 在交界面移植細胞能夠向宿主腦內(nèi)發(fā)生遷移, 大多數(shù)移植細胞與宿主細胞界限明顯, 對其中兩只埋置電極大鼠進行單細胞電生理記錄時, 記錄到較好的細胞放電, 說明該模型可以用于移植細胞在體的電生理記錄。

總之, 通過機械切割損毀的方法, 在大鼠大腦皮層能夠較好地損毀出一個人為的空洞模型, 穩(wěn)定性好, 可重復性高, 感染性低, 并且在損毀原位進行神經(jīng)干細胞移植, 能夠長期存活, 并分化為神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞。能夠較好地將移植細胞和宿主細胞分開, 利于將來對移植細胞進行電生理方面進一步的研究。

Alvarez-Dolado M, Calcagnotto M, Karkar K, Southwell D, Jones-Davis D, Estrada R, Rubenstein J, Alvarez-Buylla A, Baraban S. 2006. Cortical inhibition modified by embryonic neural precursors grafted into the postnatal brain[J]. J Neurosci,26(28): 7380-7389.

Benninger F, Beck H, Wernig M, Tucker KL,Brüstle O, Scheffler B. 2003. Functional integration of embryonic stem cell-derived neurons in hippocampal slice cultures[J]. J Neurosci,23(18): 7075-7083.

Chen J, Sanberg P, Li Y, Wang L, Lu M, Willing A, Sanchez-Ramos J, Chopp M. 2001. Intravenous administration of human umbilical cord blood reduces behavioral deficits after stroke in rats[J]. Stroke,32(11): 2682-2688.

Chu K, Kim M, Jeong S, Kim S, Yoon B. 2003. Human neural stem cells can migrate, differentiate, and integrate after intravenous transplantation in adult rats with transient forebrain ischemia[J]. Neurosci Lett,343(2): 129-133.

Cui L, Jiang J, Wei L, Zhou X, Fraser J, Snider B, Yu S. 2008. Transplantation of embryonic stem cells improves nerve repair and functional recovery after severe sciatic nerve axotomy in rats[J]. Stem Cells,26(5): 1356-1365.

Dauer W, Przedborski S. 2003. Parkinson's Disease: Mechanisms and Models[J]. Neuron,39(6): 889-909.

Ding S, Messam C, Li P, Selzer M, Dichter M, Haydon P. 2006. Murine brain progenitor cells have the ability to differentiate into functional neurons and integrate into the CNS[J]. Cell Transplant,15(8-9): 699-710.

Edward Dixon C, Clifton G, Lighthall J, Yaghmai A, Hayes R. 1991. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat[J]. J Neurosci Methods,39(3): 253-262.

Englund U, Bj?rklund A, Wictorin K, Lindvall O, Kokaia M. 2002a. Grafted neural stem cells develop into functional pyramidal neurons and integrate into host cortical circuitry[J]. Proc Natl Acad Sci USA,99(26): 17089-17094.

Englund U, Fricker-Gates RA, Lundberg C, Bj?rklund A, Wictorin K. 2002b. Transplantation of human neural progenitor cells into the neonatal rat brain: extensive migration and differentiation with long-distance axonal projections[J]. Exp Neurol,173(1): 1-21.

Fullwood N. 2007. Neural stem cells, acetylcholine and Alzheimer's disease[J]. Nat Chem Biol,3(8) 435.

Gage F. 2000. Mammalian neural stem cells[J]. Science,287(5457): 1433-1438.

Gaillard A, Prestoz L, Dumartin B, Cantereau A, Morel F, Roger M, Jaber M. 2007. Reestablishment of damaged adult motor pathways by grafted embryonic cortical neurons[J]. Nat Neurosci,10(10): 1294-1299.

Ideguchi M, Palmer T, Recht L, Weimann J. 2010. Murine embryonic stem cell-derived pyramidal neurons integrate into the cerebral cortex and appropriately project axons to subcortical targets[J]. J Neurosci,30(3): 894-904.

Ikeda R, Kurokawa M, Chiba S, Yoshikawa H, Ide M, Tadokoro M, Nito S, Nakatsuji N, Kondoh Y, Nagata K. 2005. Transplantation of neural cells derived from retinoic acid-treated cynomolgus monkey embryonic stem cells successfully improved motor function of hemiplegic mice with experimental brain injury[J]. Neurobiol Dis,20(1): 38-48.

Jeong S, Chu K, Jung K, Kim S, Kim M, Roh J. 2003. Human neural stem cell transplantation promotes functional recovery in rats with experimental intracerebral hemorrhage[J]. Stroke,34(9): 2258-2263.

Jin K, Sun Y, Xie L, Mao X, Childs J, Peel A, Logvinova A, Banwait S, Greenberg D. 2005. Comparison of ischemia-directed migration of neural precursor cells after intrastriatal, intraventricular, or intravenous transplantation in the rat[J]. Neurobiol Dis,18(2): 366-374.

Kelly S, Bliss T, Shah A, Sun G, Ma M, Foo W, Masel J, Yenari M, Weissman I, Uchida N. 2004. Transplanted human fetal neural stem cells survive, migrate, and differentiate in ischemic rat cerebral cortex[J] Proc Natl Acad Sci USA,101(32): 11839-11844.

Kesslak J, Nieto-Sampedro M, Globus J, Cotman C. 1986. Transplants of purified astrocytes promote behavioral recovery after frontal cortex ablation[J]. Exp Neurol,92(2): 377-390.

Kim JH, Auerbach JM, Rodríguez-Gómez JA, Velasco I, Gavin D, Lumelsky N, Lee SH, Nguyen J, Sánchez-Pernaute R, Bankiewicz K, McKay R. 2002 Dopamine neurons derived from embryonic stem cells function in an animal model of Parkinson's disease[J]. Nature,418(6893): 50-56.

Lighthall J. 1988. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model[J]. J Neurotrauma,5(1): 1-15.

Lindvall O, Kokaia Z. 2004. Recovery and rehabilitation in stroke: stem cells[J]. Stroke,35(11 Suppl 1): 2691-4.

Lu P, Jones L, Snyder E, Tuszynski M. 2003. Neural stem cells constitutively secrete neurotrophic factors and promote extensive host axonal growth after spinal cord injury[J]. Exp Neurol,181(2): 115-129.

Lundberg C, Martínez-Serrano A, Cattaneo E, McKay RD, Bj?rklund A. 1997. Survival, integration, and differentiation of neural stem cell linesafter transplantation to the adult rat striatum[J]. Exp Neurol,145(2 Pt 1): 342-360.

Magnus T, Rao M. 2005. Neural stem cells in inflammatory CNS diseases: mechanisms and therapy[J]. J Cell Mol Med,9(2): 303-319.

Makri G, Lavdas A, Katsimpardi L, Charneau P, Thomaidou D, Matsas R. 2010. Transplantation of embryonic neural stem/Precursor cells overexpressing BM88/Cend1 enhances the generation of neuronal cells in the injured mouse cortex[J]. Stem Cells ,28(1): 127-139.

Marmarou A, Foda M, Brink W, Campbell J, Kita H, Demetriadou K. 1994. A new model of diffuse brain injury in rats[J]. J Neurosurg,8(2)0: 291-300.

Marutle A, Ohmitsu M, Nilbratt M, Greig N, Nordberg A, Sugaya K. 2007. Modulation of human neural stem cell differentiation in Alzheimer (APP23) transgenic mice by phenserine[J]. Proc Natl Acad Sci USA,104(30): 12506.

McDonald J, Liu X, Qu Y, Liu S, Mickey S, Turetsky D, Gottlieb D, Choi D. 1999. Transplanted embryonic stem cells survive, differentiate and promote recovery in injured rat spinal cord[J]. Nat Med,5(12): 1410-1412.

McIntosh T, Vink R, Noble L, Yamakami I, Fernyak S, Soares H, Faden A. 1989. Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model[J]. Neuroscience,28(1): 233-244.

Morita E, Watanabe Y, Ishimoto M, Nakano T, Kitayama M, Yasui K, Fukada Y, Doi K, Karunaratne A, Murrell W. 2008. A novel cell transplantation protocol and its application to an ALS mouse model[J]. Exp Neurol,213(2): 431-438.

Murakami K, Kondo T, Yang G, Chen S, Morita-Fujimura Y, Chan P. 1999. Cold injury in mice: a model to study mechanisms of brain edema and neuronal apoptosis[J].Prog Neurobiol,57(3): 289-299.

Prajerova I, Honsa P, Chvatal A, Anderova M. 2010. Neural stem/progenitor cells derived from the embryonic dorsal telencephalon of D6/GFP mice differentiate primarily into neurons after transplantation into a corticallesion[J]. Cell Mol Neurobiol,30(2): 199-218.

Rüschenschmidt C, Koch PG, Brüstle O, Beck H. 2005. Functional properties of ES cell-derived neurons engrafted into the hippocampus of adult normal and chronically epileptic rats[J]. Epilepsia ,46 Suppl 5: 174-183.

Riess P, Zhang C, Saatman K, Laurer H, Longhi L, Raghupathi R, Lenzlinger P, Lifshitz J, Boockvar J, Neugebauer E. 2002. Transplanted neural stem cells survive, differentiate, and improve neurological motor function after experimental traumatic brain injury[J]. Neurosurgery ,51(4):1043.

S?rensen AT, Thompson L, Kirik D, Bj?rklund A, Lindvall O, Kokaia M. 2005. Functional properties and synaptic integration of genetically labelled dopaminergic neurons in intrastriatal grafts[J]. Eur J Neurosci,21(10): 2793-2799.

Svendsen C, Caldwell M, Shen J, ter Borg M, Rosser A, Tyers P, Karmiol S, Dunnett S. 1997. Long-term survival of human central nervous system progenitor cells transplanted into a rat model of Parkinson's disease [J]. Exp Neurol,148(1): 135-146.

Temple S. 2001. The development of neural stem cells[J]. Nature,414(6859): 112-117.

Uchida K, Momiyama T, Okano H, Yuzaki M, Koizumi A, Mine Y, Kawase T. 2005. Potential functional neural repair with grafted neural stem cells of early embryonic neuroepithelial origin[J]. Neurosci Res, ,52(3): 276-286.

van Praag H, Schinder A, Christie B, Toni N, Palmer T, Gage F. 2002. Functional neurogenesis in the adult hippocampus[J]. Nature,415(6875): 1030-1034.

Wennersten A, Meijer X, Holmin S, Wahlberg L, Mathiesen T. 2004. Proliferation, migration, and differentiation of human neural stem/progenitor cells after transplantation into a rat model of traumatic brain injury[J]. J Neurosurg,100(1): 88-96.

A traumatic brain injury model for distinguishing between transplanted neural cells and host cellsin vivo

YANG Shang-Chuan1,2, DONG Jin-Run1,2, QU Jia-Gui1,2,3, HU Xin-Tian1,2,*, WANG Zheng-Bo1,2,*

(1. State Kay Laboratory of Brain and Cognitive Science, Institute of Biophysics, the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2. Kunming Institute of Zoology, the Chinese Academy of Sciences, Kunming 650223, China; 3. School of Life Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China)

To perform electrophysiological recording and other investigations on transplanted neural cellsin vivo, we used mechanical damage to establish a special traumatic brain injury model that could distinguish transplanted cells from host cells. The morphology of the trauma-induced holes in the cortex of the rat brain was regular. The model was stable and repeatable. Neural stem cells were transplanted into the trauma-induced hole, and were able to survive for a long time. Most of the transplanted cells differentiated into neurons, and only a small amount turned into glia cells. There was a clear boundary between the host cells and the transplanted cells. Single cell electrophysiological recording on transplanted neural cells were detectedin vivo. This study established a stable and repeatable traumatic brain injury model, which could be used to conductin vivoelectrophysiological recording research on transplanted neural cells.

Mechanical damaging method; Neural cell; Host cell; Neural stem cells; Traumatic brain injury

Q42; R-331; R742；Q813.2

A

0254-5853-(2011)04-0421-07

10.3724/SP.J.1141.2011.04421

2011-01-06；接受日期：2011-04-14

“973”項目(2007CB947703)

?通訊作者(Corresponding authors)，E-mail: xthu@mail.kiz.ac.cn; wangzb@mail.kiz.ac.cn

楊上川, E-mail: Yangsc@mail.kiz.ac.cn