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Method Article
Questo protocollo descrive l'uso di vettori di virus adeno-associati (AAV) per la marcatura cellulare specifica e l'imaging in vivo utilizzando un oftalmoscopio laser a scansione confocale (CSLO). Questo metodo consente lo studio di diversi tipi di cellule retiniche e del loro contributo alla funzione e alla malattia retinica.
La natura dinamica dei processi cellulari retinici richiede progressi nella consegna genica e nelle tecniche di monitoraggio in tempo reale per migliorare la comprensione e il trattamento delle malattie oculari. Questo studio introduce un approccio ottimizzato al virus adeno-associato (AAV), utilizzando sierotipi e promotori specifici per ottenere un'efficienza di trasfezione ottimale nelle cellule retiniche bersaglio, comprese le cellule gangliari retiniche (RGC) e la glia di Müller. Sfruttando la precisione dell'oftalmoscopia laser a scansione confocale (CSLO), questo lavoro presenta un metodo non invasivo per l'imaging in vivo che cattura l'espressione longitudinale della proteina fluorescente verde (GFP) mediata da AAV. Questo approccio elimina la necessità di procedure terminali, preservando la continuità dell'osservazione e il benessere del soggetto. Inoltre, il segnale GFP può essere rintracciato nelle RGC infettate da AAV lungo la via visiva verso il collicolo superiore (SC) e il nucleo genicolato laterale (LGN), consentendo il potenziale per la mappatura diretta della via visiva. Questi risultati forniscono un protocollo dettagliato e dimostrano l'applicazione di questo potente strumento per studi in tempo reale sul comportamento delle cellule retiniche, sulla patogenesi della malattia e sull'efficacia degli interventi di terapia genica, offrendo preziose informazioni sulla retina vivente e sulle sue connessioni.
Essendo l'unica parte otticamente accessibile del sistema nervoso centrale, la retina funge da modello prezioso per la ricerca neuroscientifica1. Le cellule gangliari retiniche (RGC), i neuroni di uscita della retina che trasmettono le informazioni visive al cervello, svolgono un ruolo cruciale nella funzione visiva. La loro perdita o disfunzione porta a compromissione della vista e cecità irreversibile, come si vede nel glaucoma e in altre neuropatie ottiche2. La glia di Müller, le principali cellule gliali della retina, è essenziale per mantenere l'omeostasi retinica, fornire supporto strutturale e metabolico ai neuroni, regolare i livelli di neurotrasmettitori e contribuire alla riparazione e alla rigenerazione retinica3. La loro disfunzione è implicata in varie malattie della retina, tra cui la retinopatia diabetica4, la degenerazione maculare legata all'età5 e la sindrome ischemica oculare6. Le RGC e la glia di Müller mostrano strette interazioni e interdipendenza; La glia di Müller fornisce un supporto essenziale alle RGC, mentre l'attività delle RGC può influenzare la funzione della glia di Müller 3,7. Lo studio sia delle RGC che della glia di Müller è fondamentale per comprendere la funzione retinica e sviluppare trattamenti efficaci per molteplici malattie retiniche.
Le attuali valutazioni nella ricerca retinica utilizzano principalmente tecniche come la tomografia a coerenza ottica (OCT) per misurare lo spessore dello strato di fibre nervose retiniche o le traiettorie dei fasci di assoni 8,9. Sebbene questi metodi siano preziosi per rilevare la perdita di RGC, non forniscono una visione dettagliata della morfologia RGC e delle cellule gliali a causa della risoluzione limitata. Allo stesso modo, sebbene tecniche avanzate come l'oftalmoscopia laser a scansione ottica adattiva (AO-SLO) consentano l'imaging a livello cellulare di RGC, fotorecettori e cellule gliali nella retina umana vivente10, la loro complessità tecnica e la limitata accessibilità ne limitano l'uso principalmente a contesti di ricerca specializzati. Dati questi vincoli, vi è la continua necessità di sviluppare metodi più accessibili e affidabili per lo studio approfondito di specifiche popolazioni di cellule retiniche in vivo.
Di conseguenza, questo protocollo mira a introdurre un approccio di imaging alternativo adatto per applicazioni di ricerca nelle cellule retiniche. Combina la potenza della marcatura specifica del tipo di cellula mediata da AAV con la natura non invasiva dell'imaging CSLO. I virus adeno-associati (AAV) sono vettori di consegna genica versatili noti per la loro bassa immunogenicità e capacità di trasdurre un'ampia gamma di tipi di cellule, comprese le cellule in divisione e non in divisione11. Questo li rende strumenti ideali per indirizzare specifiche popolazioni cellulari all'interno del complesso ambiente retinico. Utilizzando vettori AAV con sierotipi e promotori accuratamente selezionati, è possibile ottenere l'espressione selettiva di proteine fluorescenti in diversi tipi cellulari di interesse, come le RGC e la glia di Müller. Ad esempio, AAV2 è noto per la sua maggiore efficienza di trasduzione nelle RGC12,13, mentre AAV8 è marcatamente efficace nel colpire i fotorecettori14 e AAV9 dimostra forti capacità di trasfezione nella glia di Müller15, mostrando un'ampia efficienza in vari strati cellulari della retina. È importante notare che l'efficacia dell'AAV si basa non solo sulla scelta del sierotipo, ma anche sui promotori, che dettano l'intensità e la specificità cellulare dell'espressione del transgene, sottolineando l'importanza di un'attenta selezione per ottenere una trasduzione ottimale.
Per la marcatura RGC, questo protocollo impiega AAV2 con il promotore della sinapsina umana (hSyn). AAV2 mostra un'efficiente trasduzione delle RGC dopo l'iniezione intravitreale13 e il promotore hSyn, un promotore neuronale ubiquitario, guida un'espressione transgenica forte e specifica all'interno di queste cellule16. Per la glia di Müller, il protocollo utilizza vettori AAV9 guidati dal promotore17 di GfaABC1D, che dimostra una forte espressione transgenica in queste cellule15. Questo approccio di etichettatura mirata consente ai ricercatori di distinguere queste cellule dal tessuto retinico circostante e di tracciarle nel tempo, fornendo una base per la sorveglianza in vivo delle cellule retiniche e delle loro risposte ai cambiamenti bioambientali.
L'oftalmoscopia laser a scansione confocale (CSLO) è una tecnica di imaging non invasiva che fornisce immagini ad alta risoluzione della retina vivente, consentendo la visualizzazione in tempo reale di popolazioni di cellule retiniche marcate in fluorescenza 18,19,20. Un raggio laser focalizzato esegue la scansione della retina, catturando la luce emessa che passa attraverso un foro stenopeico per eliminare i segnali sfocati, ottenendo immagini più nitide con un contrasto migliorato. Questo protocollo utilizza un sistema Heidelberg Spectralis CSLO, che è stato ampiamente utilizzato per l'imaging delle cellule retiniche in animali vivi, compresi gli studi che visualizzano RGC21,22 e microglia23 marcati con transgenici. Utilizzando l'unità HRA CSLO con un laser a 488 nm e filtri appropriati, i ricercatori possono visualizzare RGC marcati in fluorescenza o glia di Müller in animali vivi dopo l'iniezione intravitreale di vettori AAV portatori di geni reporter fluorescenti. Il protocollo di imaging longitudinale, con sessioni settimanali che coprono sia la retina centrale che quella periferica, tiene traccia dei cambiamenti nel tempo. Per dare priorità al benessere degli animali, il protocollo utilizza il sistema di tracciamento oculare automatico (ART) dell'unità HRA CSLO, che consente un'acquisizione precisa delle immagini senza la necessità di anestesia generale o lenti a contatto.
Questo protocollo sfrutta la potenza combinata di AAV e CSLO per consentire il monitoraggio longitudinale di specifici tipi di cellule retiniche in vivo. Abbinando la specificità del tipo cellulare della marcatura mediata da AAV con le capacità di imaging non invasive e ad alta risoluzione di CSLO, questo metodo consente ai ricercatori di studiare i cambiamenti dinamici nelle RGC e nella glia di Müller in risposta a vari stimoli o interventi. Queste intuizioni hanno un potenziale significativo per informare lo sviluppo di nuove strategie diagnostiche e terapeutiche per le malattie della retina.
Tutti gli esperimenti sono stati condotti in conformità con la Dichiarazione ARVO per l'uso degli animali nella ricerca oftalmica e visiva e sono stati approvati dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali della Capital Medical University di Pechino. Per tutti gli esperimenti sono stati utilizzati topi maschi adulti C57BL/6J di quattro settimane (di peso compreso tra 15 e 20 g) e alloggiati in stanze a temperatura controllata con un ciclo luce/buio di 12/12 ore. Il cibo e l'acqua standard per roditori erano disponibili ad libitum. I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate in questo studio sono elencati nella Tabella dei materiali.
1. Trasfezione di cellule retiniche mediata da AAV
NOTA: Per la trasduzione mirata delle RGC, questo protocollo utilizza AAV2-hSyn-eGFP, che incorpora il promotore hSyn per guidare l'espressione robusta della GFP potenziata. La glia di Müller è mirata utilizzando AAV9-GfaABC1D-eGFP. Per ottenere un'efficienza di trasduzione ottimale e una robusta espressione transgenica, si raccomanda un titolo AAV minimo di 1 x 1012 genomi virali (vg)/mL per le iniezioni intravitreali nei topi13.
2. Preparazione di vettori virali e animali
3. Manipolazione e iniezione intravitreale di vettori virali
4. Imaging in vivo con CSLO
5. Elaborazione e analisi delle immagini
Seguendo il protocollo presentato, diverse cellule retiniche sono state visualizzate e tracciate con successo in vivo utilizzando una combinazione di consegna genica mediata da AAV e CSLO. AAV2-hSyn-eGFP ha trasdotto efficacemente le RGC, determinando una robusta espressione di eGFP in tutta la retina, come confermato da CSLO e dalla colocalizzazione con il marcatore specifico per RGC, la proteina legante l'RNA con splicing multiplo (RBPMS), che si trova specificamente nello str...
Il protocollo presentato descrive in dettaglio un metodo robusto e accessibile per la sorveglianza in vivo di specifiche popolazioni di cellule retiniche, sfruttando la potenza sia della consegna genica mediata da AAV che dell'imaging CSLO. Questo approccio offre diversi vantaggi rispetto ai metodi tradizionali, facilitando gli studi longitudinali della dinamica delle cellule retiniche e delle loro risposte a lesioni o malattie in condizioni fisiologiche o patologiche.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione della National Natural Science Foundation of China (82130029). La Figura 2A e la Figura 4A sono state create con BioRender.com.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
33 Gauge Needle | Hamilton Corp., Reno, NV, USA | 7803-05 | For intravitreal injection |
0.5% proparacaine | Santen Pharmaceutical Co., Ltd. | Topical Aneasthetics | |
AAV2-hSyn-eGFP | OBiO Technology Corp., China | Virus titer: 2.7 x 1012 viral genomes (vg)/mL | |
AAV9-GfaABC1D-eGFP | WZ Biosciences Inc., China | Virus titer: 4.5 x 1012 viral genomes (vg)/mL | |
Betadine | Healthy medical company | 001651 | Topical Antiseptics |
Corneal scelar forceps (toothed) | Mingren Eye Instruments, China | MR-F301A | For eyelid secure during intravitreal injection |
Dumont 05# forceps | FST | 51-AGT5385 | For optic nerve crush |
Graphpad prism | GraphPad Prism, USA | Graph drawing and statistical analysis | |
HRA Spectralis | Heidelberg Engineering, GmbH, Dossenheim, Germany | "IR" and "FA" mode for CSLO imaging | |
Image J/Fiji | National Institutes of Health, USA | Image processing | |
Maxitrol antibiotic ointment | Alcon Laboratories, INC. USA | 0065-0631 | Topical antibiotics |
Microliter Syringe | Hamilton Corp., Reno, NV, USA | 7633-01 | For intravitreal injection |
Mydrin-P Ophthalmic solution | Santen Pharmaceutical Co.,Ltd, Japan | Pupil dilation | |
Ophthalmic surgical microscope | Leica AG, Heerbrugg, Switzerland | M220 | For surgical operations |
Pentorbarbitol Sodium | Sigma Aldrich, USA | 57-33-0 | Genereal Aneasthetics |
Powerpoint | Microsoft Corporation, USA | Image alignment and cropping | |
VISCOTEARS Liquid Gel (Carbomer) | Dr. Gerhard Mann, Chem.-Pharm. Fabrik, Germany | Topical lubricant |
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