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Method Article
このプロトコルでは、細胞特異的標識および共焦点走査型レーザー検眼鏡(CSLO)を使用した in vivo イメージングのためのアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターの使用について説明します。この方法により、さまざまな網膜細胞タイプと、それらが網膜機能および疾患に寄与しているかどうかを調べることができます。
網膜細胞プロセスのダイナミックな性質は、眼疾患の理解と治療を強化するために、遺伝子送達とライブモニタリング技術の進歩を必要としています。この研究では、特定の血清型とプロモーターを利用して、網膜神経節細胞(RGC)やミュラーグリアなどの標的網膜細胞で最適なトランスフェクション効率を達成する、最適化されたアデノ随伴ウイルス(AAV)アプローチを紹介します。この研究では、共焦点走査型レーザー検眼鏡(CSLO)の精度を活用して、AAV媒介性緑色蛍光タンパク質(GFP)の縦方向の発現を捕捉する in vivo イメージングの非侵襲的方法を提示します。このアプローチにより、終末的な手順が不要になり、観察の連続性と被験者の幸福が維持されます。さらに、GFPシグナルは、AAVに感染したRGCにおいて、上丘(SC)および外側膝状核(LGN)への視覚経路に沿って追跡することができ、直接的な視覚経路マッピングの可能性を可能にします。これらの知見は、詳細なプロトコルを提供し、網膜細胞の挙動、疾患の病因、および遺伝子治療介入の有効性のリアルタイム研究に対するこの強力なツールの適用を実証し、生きた網膜とその接続に関する貴重な洞察を提供します。
網膜は、中枢神経系の中で唯一光学的にアクセス可能な部分であり、神経科学研究の貴重なモデルとして機能しています1。網膜神経節細胞(RGC)は、視覚情報を脳に伝達する網膜の出力ニューロンであり、視覚機能において重要な役割を果たしています。それらの喪失または機能障害は、緑内障やその他の視神経障害に見られるように、視力障害や不可逆的な失明につながります2。網膜の主要なグリア細胞であるミュラーグリアは、網膜の恒常性を維持し、ニューロンに構造的および代謝的なサポートを提供し、神経伝達物質のレベルを調節し、網膜の修復と再生に貢献するために不可欠です3。その機能不全は、糖尿病性網膜症4、加齢性黄斑変性症5、眼虚血症候群6など、さまざまな網膜疾患に関与しています。RGCとミュラーグリアは密接な相互作用と相互依存性を示します。ミュラーグリアはRGCに不可欠なサポートを提供しますが、RGC活性はミュラーグリア機能に影響を与える可能性があります3,7。RGCとミュラーグリアの両方を研究することは、網膜機能を理解し、複数の網膜疾患に対する効果的な治療法を開発するために重要です。
網膜研究における現在の評価は、主に光干渉断層撮影法(OCT)のような技術を利用して、網膜神経線維層の厚さまたは軸索束の軌跡を測定する8,9。これらの方法はRGC損失の検出に非常に役立ちますが、分解能が限られているため、RGCの形態とグリア細胞の詳細なビューは提供されません。同様に、補償光学走査型レーザー検眼鏡検査(AO-SLO)のような高度な技術により、生きているヒト網膜のRGC、光受容体、およびグリア細胞の細胞レベルのイメージングが可能になります10が、その技術的な複雑さとアクセスのしやすさの制限により、その使用は主に専門的な研究環境に限定されています。これらの制約を考慮すると、in vivo で特定の網膜細胞集団を詳細に研究するための、よりアクセスしやすく信頼性の高い方法の開発が継続的に必要とされています。
したがって、このプロトコルは、網膜細胞の研究アプリケーションに適した代替イメージングアプローチを導入することを目的としています。AAVを介した細胞型特異的標識の能力と、CSLOイメージングの非侵襲性を兼ね備えています。アデノ随伴ウイルス(AAV)は、免疫原性が低く、分裂細胞と非分裂細胞の両方を含む幅広い細胞タイプに形質導入できることで知られる汎用性の高い遺伝子導入ベクターです11。これにより、複雑な網膜環境内の特定の細胞集団を標的とするための理想的なツールになります。慎重に選択された血清型とプロモーターを持つAAVベクターを利用することで、RGCやMüllerグリアなどの複数の目的の細胞タイプで蛍光タンパク質の選択的発現を達成できます。例えば、AAV2はRGC12,13における高い形質導入効率で知られており、一方、AAV8は光受容体14を標的とするのに著しく効果的であり、AAV9はミュラーグリア15において強力なトランスフェクション能力を示し、さまざまな網膜細胞層にわたって広範な効率を示す。AAVの有効性は、血清型の選択だけでなく、導入遺伝子発現の強度と細胞特異性を決定するプロモーターにも依存することに注意することが重要です。これは、最適な形質導入を達成するための慎重な選択の重要性を強調しています。
RGC標識の場合、このプロトコルはAAV2とヒトシナプシン(hSyn)プロモーターを使用します。AAV2は、硝子体内注射13後にRGCの効率的な形質導入を示し、遍在するニューロンプロモーターであるhSynプロモーターは、これらの細胞内で強力かつ特異的な導入遺伝子発現を促進する16。Müllerグリアの場合、プロトコルはGfaABC1Dプロモーター17によって駆動されるAAV9ベクターを利用し、これらの細胞15で強力な導入遺伝子発現を示す。この標的標識アプローチにより、研究者はこれらの細胞を周囲の網膜組織と区別し、経時的に追跡することができ、網膜細胞の 生体 内監視と生体環境変化に対する細胞応答の基礎となります。
共焦点走査型レーザー検眼鏡検査(CSLO)は、生きている網膜の高解像度画像を提供する非侵襲的なイメージング技術であり、蛍光標識された網膜細胞集団18,19,20のリアルタイム可視化を可能にする。集束レーザービームが網膜を横切ってスキャンし、ピンホールを通過する放出された光を捕らえてピントが合っていない信号を排除し、コントラストを高めた鮮明な画像を実現します。このプロトコルは、トランスジェニック標識RGCs21,22およびミクログリア23を視覚化する研究を含む、生きた動物の網膜細胞イメージングに広く使用されているHeidelberg Spectralis CSLOシステムを利用しています。488 nmレーザーと適切なフィルターを備えたHRA CSLOユニットを使用することで、研究者は蛍光レポーター遺伝子を持つAAVベクターの硝子体内注射後に、生きた動物の蛍光標識RGCまたはミュラーグリアをイメージングできます。縦断的イメージングプロトコルは、中心網膜と末梢網膜の両方をカバーする毎週のセッションで、経時的な変化を追跡します。動物福祉を優先するために、このプロトコルはHRA CSLOユニットの自動視線追跡システム(ART)を利用し、全身麻酔やコンタクトレンズを必要とせずに正確な画像取得を可能にします。
このプロトコルは、AAVとCSLOの組み合わせたパワーを利用して、 in vivoでの特定の網膜細胞タイプの縦断的モニタリングを可能にします。AAVを介した標識の細胞型特異性とCSLOの非侵襲的で高解像度のイメージング機能を組み合わせることで、研究者はさまざまな刺激や介入に応答したRGCとミュラーグリアの動的変化を研究することができます。これらの洞察は、網膜疾患の新しい診断および治療戦略の開発に情報を提供するための大きな可能性を秘めています。
すべての実験は、眼科および視覚研究における動物の使用に関するARVO声明に従って実施され、北京の首都医科大学の動物管理および使用委員会によって承認されました。4週齢の成体雄C57BL/6Jマウス(体重15〜20g)をすべての実験に使用し、12/12時間の明暗サイクルの温度制御された部屋に収容しました。標準的なげっ歯類の餌と水は 自由に利用できました。本試験で使用した試薬および装置の詳細は、 材料表に記載されています。
1. AAVを介した網膜細胞トランスフェクション
注:RGCの標的形質導入のために、このプロトコルはAAV2-hSyn-eGFPを使用します。これは、hSynプロモーターを組み込んで、強化されたGFPの強力な発現を促進します。ミュラーグリアは、AAV9-GfaABC1D-eGFPを使用して標的化されます。最適な形質導入効率と堅牢な導入遺伝子発現を達成するために、マウス13の硝子体内注射には、最小AAV力価1 x 1012ウイルスゲノム(vg)/mLが推奨されます。
2. ウイルスベクターおよび動物の調製
3. ウイルスベクターの取り扱いと硝子体内注射
4. CSLOによる in vivo イメージング
5. 画像処理・解析
提示されたプロトコルに従って、AAV媒介遺伝子送達とCSLOの組み合わせを使用して、さまざまな網膜細胞をin vivoで成功裏に視覚化および追跡しました。AAV2-hSyn-eGFPは、CSLOおよびRGC特異的マーカーであるRNA Binding Protein with Multiple Splicing(RBPMS)との共局在を確認したように、RGCを効果的に形質導入し、網膜全体に強力なeGFP発現をもたらしました。これは、神経節細?...
提示されたプロトコルは、AAV媒介遺伝子送達とCSLOイメージングの両方の力を利用して、特定の網膜細胞集団の in vivo 監視のための堅牢でアクセス可能な方法を詳述しています。このアプローチは、従来の方法に比べていくつかの利点を提供し、生理学的または病理学的条件下での網膜細胞の動態と損傷や疾患に対するそれらの応答の縦断的研究を容易にしま?...
著者は何も開示していません。
この研究は、中国国家自然科学基金会(82130029)からの助成金によって支援されました。 図 2A と 図 4A は BioRender.com を使用して作成されました 。
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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