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In this manuscript, we present a high-throughput, semi-automated cryohistology platform to produce aligned composite images of multiple response measures from several rounds of fluorescent imaging on frozen sections of mineralized tissues.
There is an increasing need for efficient phenotyping and histopathology of a variety of tissues. This phenotyping need is evident with the ambitious projects to disrupt every gene in the mouse genome. The research community needs rapid and inexpensive means to phenotype tissues via histology. Histological analyses of skeletal tissues are often time consuming and semi-quantitative at best, regularly requiring subjective interpretation of slides from trained individuals. Here, we present a cryohistological paradigm for efficient and inexpensive phenotyping of mineralized tissues. First, we present a novel method of tape-stabilized cryosectioning that preserves the morphology of mineralized tissues. These sections are then adhered rigidly to glass slides and imaged repeatedly over several rounds of staining. The resultant images are then aligned either manually or via computer software to yield composite stacks of several layered images. The protocol allows for co-localization of numerous molecular signals to specific cells within a given section. In addition, these fluorescent signals can be quantified objectively via computer software. This protocol overcomes many of the shortcomings associated with histology of mineralized tissues and can serve as a platform for high-throughput, high-content phenotyping of musculoskeletal tissues moving forward.
生物学的研究は、多くの場合、頻繁に組織学的分析1-3のいくつかの並べ替えに関連付けられている効率的な表現型を、必要とします。この必要性は、マウスゲノム4における各遺伝子を破壊し、さらに明らかに野心的なプロジェクトです。これらの組織学的分析は、個々の細胞に特異的な遺伝子またはタンパク質のマッピング式に細胞形態および/または解剖学的特徴を評価するの範囲であり得ます。実際には、ゲノミクスのフィールドに組織学の基本的な貢献の一つは、特定の領域または細胞型に特異的な分子シグナルを関連付ける機能です。
特に筋骨格組織のための組織学の伝統的な方法、脱灰、修正するために数週間、時には必要、多くの場合、時間がかかり、面倒であり、セクション、汚れ、および画像標本は、その後、人間の解釈を経由して画像を解析。 その場 hybridizat に 、かどうかを免疫組織化学を介して、複数の分子シグナルの分析イオン、または特別な汚れは、適切に実行するために複数のセクション、さらには、複数の検体を必要とします。また、これらの複数の応答は、同じ細胞に同時局在することはできません、時には与えられた試料内の特定の領域に同時局在することはできません。ゲノミクス及びエピゲノミクス分野はデジタル時代に移動すると、組織学的フィールドはまた、効率的、高スループット、および単一の組織切片内の分子の各種信号の自動分析を提供するために、スーツに従わなければなりません。
確かに、与えられた試料内の特定のセルに複数の分子シグナルを関連付けることができる改良組織学的技術が求められています。最近、我々は鉱化組織5-14から与えられたセクション内のいくつかの対応策を評価するための新しい高スループットcryohistological方法を公開しています。プロセスは、顕微鏡スライドに固定的にテープで留め部分を接着し、冷凍cryotapeとの凍結切片を安定化させることを含む、および各セクションの染色およびイメージングのいくつかのラウンドを行います。画像のこのラウンドは、手動または画像解析の前に、コンピュータの自動化( 図1)を介して位置合わせされます。ここでは、このプロセスの詳細なプロトコルを提示し、これらの技術は、異なる生物学的プロセスの理解を改善している例を提供します。
コネチカット大学医学センターの制度的動物のケアと使用委員会は、すべての動物の手順を承認しました。
1.固定と埋め込み
2.テープ安定化組織セクショニング
顕微鏡スライドへのセクションの3接着
スライドへの参照マーカーの4応用
染色の5.複数のラウンド
注記:画像化、染色、および再イメージングステップの互換性のある配列を選択することにより、同一の組織切片上で多くの生体信号を検出し、共局在することが可能です。イメージング/染色/イメージ再作成の各ラウンドは、特定の組織学的質問のために開発されなければなりません。イメージング/染色/再イメージシーケンスは、典型的には、蛍光多重免疫染色および酵素活性の汚れの複数のラウンドに続いてイメージングの最初のラウンドでの内因性の蛍光シグナル( 例えば 、携帯GFP、鉱化染料、in vivoイメージングプローブ)を取得することを含みます。最後に、セクションは、組織構造を強調するために発色色素(Oサフラニン例えば 、H&E、トルイジンブルー、 等)を用いて染色することができます。このセクションで提示から適応したカスタムメソッドです市販されているプロトコル。
イメージングの6.複数回
7.イメージアセンブリ
高スループット、マルチイメージCryohistologyのための一般的なワークフロー
図1は、この技術に使用される一般的なワークフローを示します。これは、イメージング、最終的には画像の位置合わせ/分析のいくつかのラウンドを経て固定からいくつかのステップを含みます。プロセスは、サンプル?...
ここでは、共局在し、単一のセクションに染色/イメージングの複数回の画像を位置合わせすることによっていくつかの生物学的措置を定量化するための詳細なcryohistologyプロトコルを提示しています。それはセクションの組織( 例えば 、石灰化した骨および軟骨)に難しいの形態を維持するようcryotapeを使用して概説した方法は、特に便利です。また、切片組織は、同じセクションの?...
The authors declare that they have no competing financial interests.
The authors would like to acknowledge the following funding sources: NIH R01-AR063702, R21-AR064941, K99-AR067283, and T90-DE021989.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10% neutral buffered formalin | Sigma Aldrich | HT501128-4L | Multiple suppliers available. Toxic. Can be substituted with 4% paraformaldehyde. |
Sucrose | Sigma Aldrich | S9378 | Multiple suppliers available. |
PBS | Sigma Aldrich | P5368 | Multiple suppliers available. |
Cryomolds | Fisher Scientific | Fisherbrand #22-363-554 | Different sizes can be used depending on tissue |
Cryomatrix | Thermo Scientific | 6769006 | Can be substitituted with other cryomatrices. However, PVA/PEG-based resins have worked best in our hands. |
2-methyl-butane | Sigma Aldrich | M32631 | Multiple suppliers available. |
Cryostat | Leica Biosystems | 3050s | Can be substituted with other brands/models. |
Specimen disc | Leica Biosystems | 14037008587 | Can be substituted with other brands/models. |
Cryostat blades | Thermo Scientific | 3051835 | Can be substituted with other brands/models. |
Cryotape | Section Lab | Cryofilm 2C | |
Roller | Electron Microscopy Sciences | 62800-46 | Can be substituted with other brands/models. |
Plastic microscope slides | Electron Microscopy Sciences | 71890-01 | Can be substituted with other brands/models. |
Glass microscope slides | Thermo Scientific | 3051 | Can be substituted with other brands/models. |
Norland Optical Adhesive, 61 | Norland Optical | Norland Optical Adhesive, 61 | |
UV Black Light | General Electric | F15T8-BLB | |
Glacial acetic acid | Sigma Aldrich | ARK2183 | Multiple suppliers available. |
Chitosan | Sigma Aldrich | C3646 | Multiple suppliers available. |
InSpeck red microscopheres | ThermoFisher Scientific | I-14787 | |
InSpeck green microspheres | ThermoFisher Scientific | I-14785 | |
Calcein Blue | Sigma Aldrich | M1255 | Multiple suppliers available. |
Calcein | Sigma Aldrich | C0875 | Multiple suppliers available. |
Alizarin complexone | Sigma Aldrich | A3882 | Multiple suppliers available. |
Demeclocycline | Sigma Aldrich | D6140 | Multiple suppliers available. |
NaHCO3 | Sigma Aldrich | S5761 | Multiple suppliers available. |
Glycerol | Sigma Aldrich | G5516 | Multiple suppliers available. |
ELF 97 yellow fluorescent acid phosphatase substrate | ThermoFisher Scientific | E-6588 | |
DAPI | ThermoFisher Scientific | 62247 | Multiple suppliers available. Can be substituted with Hoechst 33342 or other nuclear dyes. |
TO-PRO-3 (Cy5 nuclear counterstain) | ThermoFisher Scientific | T3605 | |
Propidium Iodide | ThermoFisher Scientific | R37108 | Multiple suppliers available. |
Sodium acetate anhydrous | Sigma Aldrich | S2889 | Multiple suppliers available. |
sodium tartrate dibasic dihydrate | Sigma Aldrich | T6521 | Multiple suppliers available. |
Sodium nitrite | Sigma Aldrich | S2252 | Multiple suppliers available. |
Tris | Sigma Aldrich | 15504 | Multiple suppliers available. |
MgCl2 hexahydrate | Sigma Aldrich | M9272 | Multiple suppliers available. |
NaCl | Sigma Aldrich | S7653 | Multiple suppliers available. |
Fast Red TR Salt | Sigma Aldrich | F8764 | Multiple suppliers available. Can also be substituted with other substrate kits such as Vector Blue (Vector Laboratories, Cat# SK-5300) |
Naphthol AS-MX | Sigma Aldrich | N4875 | Multiple suppliers available. |
N,N dimethylformamide | Sigma Aldrich | D158550 | Multiple suppliers available. |
Toluidine blue O | Sigma Aldrich | T3260 | Multiple suppliers available. |
Axio Scan.Z1 | Carl Zeiss AG | Axio Scan.Z1 | Other linear or tiled scanners may also be used. |
DAPI Filter Set | Chroma Technology Corp. | 49000 | |
CFP Filter Set | Chroma Technology Corp. | 49001 | |
GFP Filter Set | Chroma Technology Corp. | 49020 | |
YFP Filter Set | Chroma Technology Corp. | 49003 | |
Custom yellow (ELF 97) Filter Set | Chroma Technology Corp. | custom; HQ409sp, HQ555/30m, 425dxcr | |
TRITC Filter Set | Chroma Technology Corp. | 49004 | |
Cy5 Filter Set | Chroma Technology Corp. | 49009 | |
CryoJane Tape Transfer System | Electron Microscopy Sciences | 62800-10 | Multiple suppliers available. |
CryoJane Tape Windows | Electron Microscopy Sciences | 62800-72 | Multiple suppliers available. |
CryoJane Adhesive Slides | Electron Microscopy Sciences | 62800-4X | Multiple suppliers available. |
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