Taxol stimulates the capacity of axons to grow after spinal cord injury.

Progress toward fixing a broken back? Axon regeneration after a spinal cord injury requires interference with neuronal mechanisms to promote axon extension and early suppression of scar formation. Microtubule stabilization could provide, in principle, a basis for such intervention. Ruschel et al. used animal models of spinal cord injury, time-lapse imaging in vivo, primary neuronal cultures, and behavioral studies to tackle this challenge (see the Perspective by Tran and Silver). They showed that epothilone B, a U.S. Food and Drug Administration–approved microtubule-stabilizing drug that can cross the blood-brain barrier, does promote functional axon regeneration, even after injury. Science , this issue p. 347 ; see also p. 285

Axons in the CNS do not regrow after injury, whereas lesioned axons in the peripheral nervous system (PNS) regenerate. Lesioned CNS axons form characteristic swellings at their tips known as retraction bulbs, which are the nongrowing counterparts of growth cones. Although much progress has been made in identifying intracellular and molecular mechanisms that regulate growth cone locomotion and axonal elongation, a comprehensive understanding of how retraction bulbs form and why they are unable to grow is still elusive. Here we report the analysis of the morphological and intracellular responses of injured axons in the CNS compared with those in the PNS. We show that retraction bulbs of injured CNS axons increase in size over time, whereas growth cones of injured PNS axons remain constant. Retraction bulbs contain a disorganized microtubule network, whereas growth cones possess the typical bundling of microtubules. Using in vivo imaging, we find that pharmacological disruption of microtubules in growth cones transforms them into retraction bulb-like structures whose growth is inhibited. Correspondingly, microtubule destabilization of sensory neurons in cell culture induces retraction bulb formation. Conversely, microtubule stabilization prevents the formation of retraction bulbs and decreases axonal degeneration in vivo . Finally, microtubule stabilization enhances the growth capacity of CNS neurons cultured on myelin. Thus, the stability and organization of microtubules define the fate of lesioned axonal stumps to become either advancing growth cones or nongrowing retraction bulbs. Our data pinpoint microtubules as a key regulatory target for axonal regeneration.

SUMMARY The meninges of the brain are an important component of neuroinflammatory response. Diverse immune cells move from the calvaria marrow into the dura mater via recently discovered skull-meninges connections (SMCs). However, how the calvaria bone marrow is different from the other bones and whether and how it contributes to human diseases remain unknown. Using multi-omics approaches and whole mouse transparency we reveal that bone marrow cells are highly heterogeneous across the mouse body. The calvaria harbors the most distinct molecular signature with hundreds of differentially expressed genes and proteins. Acute brain injury induces skull-specific alterations including increased calvaria cell numbers. Moreover, TSPO-positron-emission-tomography imaging of stroke, multiple sclerosis and neurodegenerative disease patients demonstrate disease-associated uptake patterns in the human skull, mirroring the underlying brain inflammation. Our study indicates that the calvaria is more than a physical barrier, and its immune cells may present new ways to control brain pathologies. Graphical Abstract Highlights Bone marrow across the mouse body display heterogeneity in their molecular profile Calvaria cells have a distinct profile that is relevant to brain pathologies Brain native proteins are identified in calvaria in pathological states TSPO-PET imaging of the human skull can be a proxy of neuroinflammation in the brain Supplementary Videos can be seen at: http://discotechnologies.org/Calvaria/

ABSTRACT Most diseases involve multiple interconnected physiological systems, but histological evaluation of their pathology is currently limited to small tissue samples. Here, we present wildDISCO, a technology that uses cholesterol extraction to enable deep tissue penetration of standard 150 kDa IgG antibodies in chemically fixed whole mice. Combining wildDISCO with whole mouse clearing, we generate whole-body maps of the nervous, immune, and lymphatic systems and show their close interactions throughout the mouse body. Graphical Abstract Highlights WildDISCO uses new tissue chemistry based on β-cyclodextrin to enable histology in whole mouse bodies using full-size antibodies WildDISCO generates the first whole mouse body atlases for neurons, immune cells, blood and lymph vessels The whole mouse atlases are available online to study the biological systems in health and disease Virtual Reality (VR) exploration of these atlases disentangles complex anatomical structures between organs and biological systems Supplementary Videos can be seen at http://discotechnologies.org/wildDISCO/

Abstract Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA)-based drug formulations are approved for the use in humans, however, the potential of PLGA to design nanoparticles (NPs) and target the central nervous system remains to be exploited. The aim of the current study was design PLGA NPs, loading them with bulky fluorophores thereby increasing single particle fluorescence to a level visible by in vivo microscopy, and investigate their brain biodistribution. We developed, highly fluorescent 70 nm PLGA NPs significantly brighter then quantum dots enabling their visualization by intravital real-time 2-photon microscopy. We found that PLGA NPs coated with pluronic F-68 (PF-68) had a substantially longer plasma half-life than uncoated NPs and were taken up by cerebro-vascular endothelial cells. High resolution confocal microscopy revealed that coated PLGA NPs were present in late endothelial endosomes of cerebral vessels within 1 hour after systemic injection and were more readily taken up by endothelial cells in peripheral organs. The current data suggest that PF-68 coated PLGA NPs are taken up by mouse cerebral and peripheral endothelial cells in vivo . The combination of ultra-bright NPs and in vivo imaging may thus represent a promising approach to reduce the gap between development and clinical application of nanoparticle-based drug carriers.

Many diseases, such as obesity, have systemic effects that impact multiple organ systems throughout the body. However, tools for comprehensive, high-resolution analysis of disease-associated changes at the whole-body scale have been lacking. Here, we developed a suite of deep learning-based image analysis algorithms (MouseMapper) and integrated it with tissue clearing and light-sheet microscopy to enable a comprehensive analysis of diseases impacting diverse systems across the mouse body. This approach enables the quantitative analysis of cellular and structural changes across the entire mouse body at unprecedented resolution and scale, including tracking nerves over several centimeters in whole animal bodies. To demonstrate its power, we applied MouseMapper to study nervous and immune systems in high-fat diet induced obesity. We uncovered widespread changes in both immune cell distribution and nerve structures, including alterations in the trigeminal nerve characterized by a reduced number of nerve endings in obese mice. These structural abnormalities were associated with functional deficits of whisker sensing and proteomic changes in the trigeminal ganglion, primarily affecting pathways related to axon growth and the complement system. Additionally, we found heterogeneity in obesity-induced whole-body inflammation across different tissues and organs. Our study demonstrates MouseMapper's capability to discover and quantify pathological alterations at the whole-body level, offering a powerful approach for investigating the systemic impacts of various diseases.