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Method Article
A imagem latente de nanoscale de amostras clínicas do tecido pode melhorar a compreensão da patogénese da doença. A patologia de expansão (ExPath) é uma versão da microscopia de expansão (ExM), modificada para compatibilidade com amostras de tecido clínico padrão, para explorar a configuração de nanoescala de biomoléculas usando microscópios limitados de difração convencional.
Na patologia moderna, a microscopia óptica desempenha um papel importante no diagnóstico da doença, revelando estruturas microscópicas de espécimes clínicos. No entanto, o limite de difração física fundamental impede a interrogação da anatomia de nanoescala e alterações patológicas sutis ao usar abordagens de imagem óptica convencionais. Aqui, nós descrevemos um protocolo simples e barato, chamado patologia da expansão (expath), para a imagem latente ótica nanoescala de tipos comuns de espécimes preliminares clínicos do tecido, incluindo o tecido fixo-congelado ou formalin-fixo da parafina incorporado (ffpe) Seções. Este método contorna o limite ótico da difração quimicamente transformando as amostras do tecido no híbrido do tecido-Hydrogel e expandindo-os fisicamente isotropicamente através das escalas múltiplas na água pura. Devido à expansão, moléculas previamente inresolvíveis são separadas e, portanto, podem ser observadas usando um microscópio óptico convencional.
Investigar a organização molecular dos tecidos em um contexto tridimensional (3D) pode proporcionar uma nova compreensão das funções biológicas e do desenvolvimento da doença. No entanto, esses ambientes de nanoescala estão além das capacidades de resolução de microscópios limitados de difração convencional (200 − 300 nm), onde a distância mínima resolvível, d é definida por d α λ/na. Aqui λ é o comprimento de onda da luz e na é a abertura numérica (na) do sistema de imagem. Recentemente, a visualização direta de moléculas etiquetadas cDNAs foi feita possível por técnicas de imagem latente recentemente desenvolvidas da super-definição1,2,3, incluindo a depleção de emissão estimulada (sted), microscopia de Localização foto-ativada (PALM), microscopia de reconstrução óptica estocástica (STORM) e microscopia de iluminação estruturada (SIM). Embora essas técnicas de imagem tenham revolucionado a compreensão da função biológica na nanoescala, na prática, eles muitas vezes dependem de equipamentos caros e/ou especializados e etapas de processamento de imagem, podem ter um tempo de aquisição mais lento em comparação com a imagem latente ótica convencional, exige fluoróforos com características específicas (tais como a capacidade da foto-comutação e/ou o photostability elevado). Além disso, continua a ser um desafio para executar imagens 3D de super resolução em espécimes de tecido.
A microscopia de expansão (Exm), introduzida primeiramente em 20154, fornece meios alternativos de características da nanoescala da imagem latente (< 70 nanômetro) fisicamente expandindo amostras preservadas encaixadas em um Hydrogel expansível do polyeletrólito. Aqui, as principais biomoléculas e/ou rótulos são ancorados in situ a uma rede de polímeros que pode ser isotopicamente expandida após o processamento químico. Como a expansão física aumenta a resolução efetiva total, as moléculas de interesse podem ser resolvidas usando sistemas convencionais de geração de imagens com limitação de difração. Desde a publicação do protocolo original, onde rótulos fluorescentes sintetizados personalizados foram ancorados à rede de polímeros4, novas estratégias têm sido usadas para ancorar diretamente as proteínas (retenção de proteínas Exm, ou proexm)5, 6,7,8,9 e RNA9,10,11,12 ao Hydrogel, e aumentam a ampliação física com iterativo expansão13 ou adaptando a química do gel8,14,15.
Aqui nós apresentamos uma versão adaptada de proExM, chamada patologia da expansão (ExPath)16, que foi aperfeiçoada para formatos clínicos da patologia. O protocolo converte amostras clínicas, incluindo o formalin-fixo parafina-encaixado (ffpe), o hematoxilina e a eosina (H & e) manchado, e os espécimes humanos fresco-congelados do tecido montados em corrediças de vidro, em um estado compatível com Exm. As proteínas são então ancoradas no hidrogel e a homogeneização mecânica é realizada (Figura 1)16. Com uma expansão linear de 4 dobras das amostras, as imagens multicolor da super-definição (~ 70 nanômetro) podem ser obtidas usando um microscópio confocal convencional que tem somente uma definição do ~ 300 nm e pode igualmente ser combinada com outras técnicas de imagem latente da super-definição.
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1. preparação de reagentes e soluções de estoque
2. preparação de slides de tecido clínico arquivados e recém-preparados para ExPath
3. polimerização in situ de espécimes
4. digestão da amostra
5. expansão e imagem latente da amostra
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Se o protocolo tiver sido realizado com sucesso (Figura 1), as amostras aparecerão como um gel liso e transparente após a homogeneização mecânica (Figura 3a) e podem se expandir por um fator de 3 − 4,5 x em água (Figura 3B), proporcionando uma resolução efetiva de ~ 70 nm, dependendo do fator de expansão final e do sistemade imagemutilizado 5
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Aqui, nós apresentamos o protocolo16de expath, uma variação de proExM5 que pode ser aplicado aos tipos os mais comuns de amostras clínicas da biópsia usadas na patologia, incluindo ffpe, H & e espécimes manchados, e fresco-congelados em corrediças de vidro. A conversão do formato, a recuperação do antígeno, e a imunomarcação dos espécimes seguem os protocolos comumente usados que não são específicos a ExPath. Diferentemente do protocolo proExM original
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YZ e OB são dois dos inventores que preencheram e obtiveram proteção de patentes em um subconjunto das tecnologias descritas aqui (patentes dos EUA US20190064037A1, WO2018157074A1 e WO2018157048A1).
Este trabalho foi apoiado pelo fundo de start-up da faculdade da Universidade de Carnegie Mellon (YZ) e do prêmio novo Inovator do diretor de NIH (DP2 OD025926-01 a YZ).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-hydroxy-TEMPO (4HT) | Sigma Aldrich | 176141 | Inhibitor |
6-well glass-bottom plate (#1.5 coverglass) | Cellvis | P06-1.5H-N | |
Acetone | Fischer Scientifc | A18-500 | |
Acrylamide | Sigma Aldrich | A8887 | |
Acryloyl-X, SE (AcX) | Invitrogen | A20770 | |
Agarose | Fischer Scientifc | BP160-100 | |
Ammonium persulfate (APS) | Sigma Aldrich | A3678 | Initiatior |
Anti-ACTN4 antibody produced in rabbit | Sigma Aldrich | HPA001873 | |
Anti-Collagen IV antibody produced in mouse | Santa Cruz Biotech | sc-59814 | |
Anti-Vimentin antibody produced in chicken | Abcam | ab24525 | |
Aqua Hold II hydrophobic pen | Scientific Device | 980402 | |
Breast Common Disease Tissue Array | Abcam | ab178113 | |
DAPI (1 mg/mL) | Thermo Scientific | 62248 | Nuclear stain |
Diamond knife No. 88 CM | General Tools | 31116 | |
Ethanol | Pharmco | 111000200 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) 0.5 M | VWR | BDH7830-1 | |
FFPE Kidney Sample | USBiomax | HuFPT072 | |
Forceps | |||
Goat Anti-Chicken IgY (H+L), Highly Cross-Adsorbed CF488A | Biotium | 20020 | |
Goat Anti-Chicken IgY (H+L), Highly Cross-Adsorbed CF633 | Biotium | 20121 | |
Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Alexa Fluor 546 | Invitrogen | A11010 | |
MAXbind Staining Medium | Active Motif | 15253 | Can be substituted with non-commercial staning buffer of choice. |
MAXblock Blocking Medium | Active Motif | 15252 | Can be substituted with non-commercial blocking buffer of choice. |
MAXwash Washing Medium | Active Motif | 15254 | Can be substituted with non-commercial washing buffer of choice. |
Micro cover Glass #1 (24 mm x 60 mm) | VWR | 48393 106 | |
Micro cover Glass #1.5 (24 mm x 60 mm) | VWR | 48393 251 | |
N,N,N′,N′- Tetramethylethylenediamine (TEMED) | Sigma Aldrich | T9281 | Accelerator |
N,N′-Methylenebisacrylamide | Sigma Aldrich | M7279 | |
Normal goat serum | Jackson Immunoresearch | 005-000-121 | For preparing blocking buffer. Dependent on animal host of secondary antibodies. |
Nunclon 4-Well x 5 mL MultiDish Cell Culture Dish | Thermo Fisher | 167063 | Multi-well plastic culture dish |
Nunclon 6-Well Cell Culture Dish | Thermo Fisher | 140675 | |
Nunc 15 mL Conical | Thermo Fisher | 339651 | |
Nunc 50 mL Conical | Thermo Fisher | 339653 | |
Orbital Shaker | |||
Paint brush | |||
pH Meter | |||
Phosphate Buffered Saline (PBS), 10x Solution | Fischer Scientifc | BP399-1 | |
Plastic Petri Dish (100 mm) | Fischer Scientifc | FB0875713 | |
Proteinase K (Molecular Biology Grade) | Thermo Scientific | EO0491 | |
Razor blade | Fischer Scientifc | 12640 | |
Safelock Microcentrifuge Tubes 1.5 mL | Thermo Fisher | 3457 | |
Safelock Microcentrifuge Tubes 2.0 mL | Thermo Fisher | 3459 | |
Sodium acrylate | Sigma Aldrich | 408220 | |
Sodium chloride | Sigma Aldrich | S6191 | |
Sodium citrate tribasic dihydrate | Sigma Aldrich | C8532-1KG | |
Tris Base | Fischer Scientifc | BP152-1 | |
Triton X-100 | Sigma Aldrich | T8787 | |
Wheat germ agglutinin labeled with CF640R | Biotium | 29026 | |
Xylenes | Sigma Aldrich | 214736 |
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