Method Article
Seri iki fotonlu tomografi (STPT) görüntüleme, iki fotonlu görüntülemeyi otomatik evre kontrolü ve mikrotom dilimleme ile birleştirerek bir doku kütlesini üç boyutlu şeklinde görüntülemek için kullanılan bir tekniktir. Burada, marmoset beyinlerinin yapısal özelliklerini daha iyi anlamaları için bunu uygulamak için bir protokol açıklıyoruz.
Seri İki fotonlu tomografi (STPT), iki fotonlu görüntülemeyi otomatik evre kontrolü ve mikrotom dilimleme ile birleştirerek bir doku kütlesini üç boyutlu şeklinde görüntüleme tekniğidir. Marmoset beynindeki aksonal projeksiyonları izlemek için bu tekniği başarıyla uyguladık. Burada, tüm marmoset beyninin güvenilir hacimsel görüntülenmesi ile sonuçlanan ayrıntılı deneysel prosedürler açıklanmaktadır. Başarılı görüntüleme için önemli bir süreç, beyni çevreleyen ve dilimlemeye müdahale eden meninkslerin çıkarılmasıydı. Bu metodolojinin büyük bir avantajı, dilimlenmiş bölümlerin ek boyama için kullanılabilmesidir. Orijinal kurulumda, dilimlenmiş bölümler su banyosunda karıştırılır. Bu bölümler, korteksteki kan damarı modellerine göre orijinal sıralarına göre doğru bir şekilde hizalanabilir. Etkili histolojiye bir örnek, anatomik sınırları tanımlamak için Nissl boyama ile birleştirilebilen basit ışık yansıması ile miyelin yapısının görselleştirilmesidir. Bu bölümler ayrıca, birden fazla verinin katmanlanması için STPT verilerine kaydedilebilen floresan olmayan anterograd ve retrograd izleyicilerin immünolojik tespiti için de kullanılabilir.
Nöroanatomik çalışmalarda, araştırmacılar tüm beyin bağlamında mikrometre dereceli yapıları (örneğin, aksonlar ve butonlar) gözlemleme ihtiyacı ile karşı karşıyadır. Bu zor göreve tipik olarak, seri bölümlerin görsel olarak incelenmesi ve ayrıntılı görüntüleme, analizler ve fotoğraf kaydı için ilgilenilen bölgenin aranmasıyla yaklaşılmıştır. Bununla birlikte, teknolojik ilerlemeyle birlikte, tüm beyin analizi için tüm beyni yüksek çözünürlükte görüntülemek mümkün hale geliyor. Oh ve ark.1 tarafından yapılan çığır açan bir çalışmada, yüzlerce fare beyni, seri iki foton tomografi (STPT) görüntüleme tekniği2 ile işlenen konektomik analiz için izleyici enjeksiyonları aldı. Bu çalışmanın özelliği, "bağlanabilirliği" ölçmek için anterograd izleyiciler seçmeleriydi. Anterograd izleyiciler, aksonal dağılım hakkında çok ayrıntılı uzamsal bilgi sağlarken, nöroanatomistler, analizi için zahmetli manuel segmentasyona güvenmişlerdir. Bu segmentasyon adımı da dahil olmak üzere çeşitli analitik prosedürleri otomatikleştirerek, çok amaçlı kullanımlar için kullanıma hazır yüksek çözünürlüklü izleyici verilerinin "seri üretiminde" başarılı oldular. İzleyici verilerini 3,4,5 ve standart beyinlerini6 kullanan çeşitli çalışmalar göz önüne alındığında, yaklaşımlarının etkinliği açıktır.
Tarihsel olarak, insan olmayan primat beyinlerinin sinirsel bağlantısı, 1950'lerde dejenerasyon yönteminin geliştirilmesinden bu yana, 1970'lerde anterograd/retrograd madde taşıma yöntemlerine ve mevcut viral stratejiyekadar birçok nöroanatomistin dikkatini çekmiştir 7,8. Bu nedenle, primat nöral bağlantılarını araştıran çok sayıda literatür bulunmaktadır. Özellikle, birçok araştırmacı makak beyninin karmaşık kortikortik bağlantısını araştırdı ve sonuçları tablolama için seçildi (örneğin, CoCoMac9). Yararlı olmasına rağmen, bu klasik çalışmaların çeşitli sınırlamaları vardı. Birincisi, her çalışma yalnızca sınırlı beyin bölgelerine odaklandığından, elde edilen bilgiler kaçınılmaz olarak parçalı hale gelir. İkincisi, her çalışma farklı yöntemler ve koşullar kullanır. Bu nedenle, çalışmalar arasında nicel değerlendirme karmaşık hale gelir. Üçüncüsü, bağlantı genellikle ya temsili bölümlerden oluşan bir kamera lucida olarak ya da yazar tanımlı beyin bölgeleri için yarı nicel bir tablo/grafik olarak gösterilir. Başka bir deyişle, karmaşık bir beyin yapısından yalnızca çok sınırlı bilgi, yayınlanmış literatürde sunulmak üzere çıkarılır. Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) tekniklerinin gelişmesiyle birlikte düşük çözünürlükte tüm beyin çalışmaları ön plana çıkmıştır. Bununla birlikte, farelerdeki sinirsel bağlantılar hakkında bildiklerimiz ile primatlardaki bağlantılar arasındaki ayrıntı seviyeleri arasında büyük bir boşluk vardır.
Böyle bir arka planı göz önünde bulundurarak, ortak marmoset beyinlerinin10,11 kapsamlı anterograd izlemesini yapmak için yola çıktık. Makak beyninden çok daha küçük ve pürüzsüz olmasına rağmen, marmoset muadili, MT alanının varlığı ve granüler prefrontal alanlar gibi primatların açık belirtilerini sergiler ve bunların hiçbiri kemirgenlerde açıkça tanımlanmamıştır12,13. Burada, küçük boyut büyük bir avantajdı çünkü marmoset beyni bile fare beyninden on kat daha ağırdı. Neyse ki, STPT görüntüleme2 için ticari olarak temin edilebilen mikroskop olan TissueCyte1000 (bundan böyle tüm doku görüntüleme sistemi olarak anılacaktır) işletim yazılımının orijinal versiyonunun minimum güncellemeleriyle tüm marmoset beynini görüntüleyebildik. Bu güncelleme, dilimlemeden önce sahnenin ekstra hareketine izin vermek içindi. Mevcut sürüm artık marmoset beynini işlemek için yeterlidir. Bu makale, STPT görüntüleme için marmoset beynini işlemek için bir protokolü paylaşmaktadır. Bu yöntemin faydasını daha da artıran görüntüleme sonrası protokol de sağlanmaktadır.
Tüm deneysel prosedürler, 1996 yılında revize edilen Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı için Ulusal Sağlık Enstitüsü Rehberi (NIH Yayınları No. 80-23) ve Japon Fizyoloji Derneği'nin "Fizyolojik Bilim Alanında Hayvanların Bakımı ve Kullanımı için Yol Gösterici İlkeler" izlenerek gerçekleştirilmiş ve RIKEN Deney Hayvanları Komitesi tarafından onaylanmıştır (W2020-2-009(2)).
1. İzleyici enjeksiyonu
2. Numune hazırlama (Şekil 1)
3. Doku işleme
4. Yardımcı histolojik teknikler
5. Görüntüleme sonrası veri işleme
Burada kullanılan tipik kurulumda, yetişkin bir marmosetin tüm beyni, yaklaşık 1 hafta içinde 50 μm'lik bir kesit aralığı ile ~ 1.3 x 1.3 μm / piksel çözünürlükte görüntülenebilir (Şekil 5). Bu, görüntü birleştirmeden sonra üç kanalda ~ 650 koronal görüntü anlamına gelir. 16x objektif lens ile (Nikon 16xW CFI75 LWD; NA = 0.80), tek bir çekimin görüş alanı yaklaşık 1 x 1 mm'dir. Bu çekimlerin dikilmesiyle tüm koronal yüzey için görüntü elde edilir (Şekil 5A). Z yönündeki hizalama mükemmeldir ve koronal görüntü verilerinin basitçe istiflenmesiyle iyi bir 3D görüntü elde edilir (Şekil 5B,E). Standardizasyon için, marmoset beyni11 için STPT şablonu 3D-3D kayıt için kullanılabilir (Şekil 5F). Bu veri dönüşümü, bir ilgi bölgesine anatomik açıklamadan bağımsız olarak mutlak bir uzay koordinatının atandığı tüm beyin nöroanatomisinin kilit yönlerinden biridir. Örnek beyin standart alana kaydedildikten sonra, daha fazla analiz için ilgilenilen alt bölgeler kolayca çıkarılabilir (Şekil 5F,G). Özellikle, kortikal bölgeler önceden belirlenmiş bir parametre kullanılarak düz bir haritaya dönüştürülebilir (Şekil 5H).
Görüntüleme sırasında oluşturulan kesitler çeşitli histolojik amaçlar için kullanılabilir. Şekil 4A,B'de gösterildiği gibi, lekelenme olmadan arkadan aydınlatmalı görüntüleme, otantik miyelin boyamaya çok benzer bir model sağlar. Bu, miyelin boyamaya mükemmel bir alternatif olabilir. Ayrıca, arkadan aydınlatmalı görüntü Nissl boyamadan önce elde edilirse, aynı bölüm hem miyelin hem de Nissl boyamanın desenlerini elde etmek için kullanılabilir, böylece alanları ve katmanları tanımlamak için yararlı bilgiler sağlar (Şekil 5C-E). Bu bölümler ayrıca immünolojik boyama için de kullanılabilir. Şekil 5J'de, AAV virüsünün transdüksiyon etkinliğini tahmin etmek için enjeksiyon merkezinin etrafındaki kesit NeuN antikoru ile karşı boyandı. Floresan izleyicilere ek olarak floresan olmayan izleyiciler enjekte etmek ve kesit alımından sonra bunları histolojik olarak tespit etmek de iyi bir stratejidir. Önceki çalışmamızda, anterograd yeşil izleyicileri, daha sonra anti-cre antikoru10 tarafından tespit edilen retrograd "cre" vektörü ile birleştirdik. Şekil 6A-E'nin bir örneğinde, yeşil izleyicinin (yonca) karşı tarafına BDA enjekte edildi ve floresan olarak tespit edildi. Kırmızı BDA sinyallerinin tüm beyin koordinatında lokalize edilmek üzere TissueCyte görüntüsüne kaydedilebileceğini unutmayın. Şekil 6F-I'in başka bir örneğinde, parietal alana smFP-myc enjekte edildi (Şekil 6G), yeşil izleyici ise ön bölgeye enjekte edildi. Bu şekilde, görüntülemeye müdahale etmeden aynı hayvana birden fazla izleyici enjekte edilebilir. Ek boyama için STPT bölümlerini kullanmanın büyük bir avantajı, floresan ve floresan olmayan izleyiciler arasındaki ilişkinin aynı beyin için belirlenebilmesidir. Bu nedenle, kortikokortik projeksiyonların karşılıklılığını yüksek hassasiyetli10'da belirleyebildik. Diğer bir avantaj, lekeli bölümlerin 3B koordinatlarının STPT verilerine ve ardından standart şablona geri eşlenebilmesidir. Bu nedenle, boyama için alınan tüm bölümleri kullanmak gerekli olmayabilir. Daha iyi yorumlama için, STPT verilerine daha fazla bağlam eklemek için boyama için bölümler seçilebilir.
Şekil 1: STPT için numune hazırlama. (A) Pamuklu çubuklar kullanılarak meninks çıkarma. Beyin sapını çevreleyen beyin zarları ince uçlu forsepslerle çıkarılabilir. Marmoset beynini çevreleyen meninksler, pamuklu çubuklarla ovularak manuel olarak çıkarılır. Fotoğraf, lateral sulkus içinden soyulan meninksleri göstermektedir. (B) Agaroz gömme için kullanılan akrilik kutu. Pimler hareketlidir ve beynin açısını stereotaksik olarak sabitlenmiş konuma20 yakın olacak şekilde ayarlamak için kullanılır. (C) 76 mm x 52 mm sürgülü camdan yapılmış manyetik bir slayt ve epoksi yapıştırıcı ile tutturulmuş dört Neodimyum mıknatıs. Agaroz bloğu manyetik aşamaya süper yapıştırıcı ile tutturulur. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Meninkslerin görüntüleme üzerindeki etkisi. (A) Kesilmeden kalan meninksler, beyaz okla gösterildiği gibi yukarı doğru yüzer. Bu örnekte, meninkslerin geniş bir çıkıntısı görülmektedir, çünkü agaroz gömülmeden önce çıkarılmamışlardır. Genellikle, meninksler sadece birkaç zor bölge için kesilmeden kalır. (B) Korpus kallozum ile talamusun üst kısmı arasında meninkslerin varlığına bağlı kötü dilimleme örneği. Bu durumda, kötü dilimleme, derin bir dilimin (329) ve nispeten normal bir dilimin (330) değişmesine yol açmıştır. #78-329, Brain/MINDS veri portalında (C) örnek no. 78, bölüm no. 329 anlamına gelir. Kötü görüntülemenin başka bir örneği. Daha kötü bir durumda, kırmızı okla gösterilen pulvinar çekirdek tamamen çıkabilir. Ölçek çubukları: 0,5 mm (üst panel), 0,5 μm (alt panel). (D) Kötü görüntülemenin başka bir örneği. Kalkarin sulkusun derinliklerindeki meninkslerin çıkarılması zordur. 469 ve 470 numaralı bölümlerde görülen gölgeler, hedefin altına giren yüzen meninkslerden kaynaklanmaktadır. Ölçek çubukları: 0,5 mm (üst panel), 0,5 μm (alt panel). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Doku kesitlerinin sırayla hizalanması. (A) 50'ye kadar marmoset koronal bölümü, plastik bir kapta (31 cm x 22,5 cm) sırayla doğru şekilde hizalanabilir. Ayrıntılı yapıları görselleştirmek için, kap siyah kağıda yerleştirilir ve yandan aydınlatılır. Bu bölümler önce sırayla kabaca hizalanır ve ardından hassas hizalamaya tabi tutulur. (B) Hassas hizalama, işaretleyici olarak kan damarını kullanır. Serebral korteks, kortikal katmanlar boyunca dikey olarak uzanan birçok kan damarı içerir. Kortikal katmanlar (beyaz oklar) içindeki konumlarını sistematik olarak değiştiren uzun delikler olarak tanımlanırlar. Bu yöntemi kullanarak, 50 μm aralıklı bölümler bile doğru bir şekilde hizalanabilir. Bu kan damarı delikleri, onay için SPTP kesit görüntülerinde tanımlanabilir. Ölçek çubuğu: 5 mm (üst panel), 1 mm (alt panel). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Miyelin boyamanın yerine arkadan aydınlatmalı görüntü. (A,B) Aynı bölüm arkadan aydınlatmalı görüntüleme ve miyelin boyama için kullanıldı. İlk olarak, kesit sürgülü cam üzerine monte edildi, kurutuldu, PBS ile yeniden sulandırıldı, lamel yapıldı ve bir ışık mikroskobu kullanılarak görüntülendi (Malzeme Tablosu). Lameli çıkardıktan sonra, aynı bölüm miyelin boyama21 için kullanıldı ve bir floresan mikroskobu kullanılarak görüntülendi. Arkadan aydınlatmalı görüntü, ImageJ'nin bUnwarpJ eklentisi kullanılarak miyelin görüntüsüne kaydedildi. Yeşil kutular, her görüntünün büyütülmüş görünümlerini gösterir. Bu görüntülerin, miyelin boyamanın lifli yapıları daha iyi görselleştirmesi dışında, neredeyse aynı desenleri gösterdiğine dikkat edin. (C-E) Aynı bölüm arkadan aydınlatmalı görüntüleme ve Nissl boyama için kullanıldı. Arkadan aydınlatmalı görüntü için düşük eşikli maske ilk olarak bUnwarpJ eklentisi kullanılarak Nissl görüntüsü için düşük eşikli maske ile kaydedildi ve orijinal görüntü aynı parametre kullanılarak dönüştürüldü. Kan damarlarının (beyaz ok uçları) iki görüntü arasında iyi bir şekilde eşleştiğine dikkat edin. Bu iki görüntü aynı bölüm için olduğundan, eşleştirme neredeyse mükemmeldir ve kortikal tabakaların tanımlanması için miyelin ve Nissl desenleri doğrudan karşılaştırılabilir. Ölçek çubukları: 5 mm (paneller A-E). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: STPT görüntülemenin tipik sonucu. (A) Örnek bir bölümün Ch2 (yeşil) görüntülerinin basit bir döşemesi (örnek #21 bölüm 310). Arka plan düzeltmesi olmadan, her kutucuğun kenarlıkları görünür. Orta sütunda, karolar sırasıyla Ch1 (kırmızı) ve Ch2 (yeşil) için arka plan düzeltmesi ile dikildi. Lipofuscin sinyallerini azaltmak için (panel C'ye bakınız), Ch1 sinyalleri Ch2'den çıkarıldı ve yeşil olarak gösterildi. Ch1'in lipofuscin sinyallerini azaltmak için, ImageJ tarafından dikişten önce "Remove Outilers.." komutu kullanıldı. Sağ sütunda, izleyici sinyalleri görüntü işleme boru hattı11 tarafından bölümlere ayrıldı. Ok uçları (c, d), C ve D panellerinde büyütülmüş görünümlerin gösterildiği konumları gösterir. Ölçek çubuğu: 2 mm. (B) Örnek #21 için seri bölümlere genel bakış. STPT, bu örnek için 635 yüksek çözünürlüklü koronal görüntü üretti. (C) Panel A'da ok ucu c ile gösterilen yüksek büyütmeli görünüm. Bu, başka bir işlem gerektirmeyen basit bir Ch1 (kırmızı) ve Ch2 (yeşil) kaplamasıdır. Üçgenler, yaygın bir spektrum gösteren lipofuscin floresan sinyallerini gösterir. İzleyici segmentasyon algoritması, çok benzer bir şekle (sağ panel) rağmen izleyici sinyallerini lipofusin arka planından doğru bir şekilde ayırt eder. Ölçek çubuğu: 100 μm. (D) Yüksek büyütmeli görünüme başka bir örnek. Katman 1'deki ince akson liflerinin iyi görülebileceğini unutmayın. Ölçek çubuğu: 100 μm. (E) Orijinal STPT görüntülerinin 3D rekonstrüksiyonu. Panel B'de gösterildiği gibi 635 düşük çözünürlüklü koronal görüntü, floranta22 kullanılarak 3D görselleştirme için tiff yığını olarak kullanıldı. Ölçek çubuğu: 5 mm. (F) STPT şablonuna (gri) kayıtlı segmentli izleyici sinyallerinin 3D rekonstrüksiyonu. Beynin farklı bölgelerindeki izleyici sinyaller farklı renklerle gösterildi. Bu bölgeler, panel G'de gösterilen ek açıklama kullanılarak kesildi. Ölçek çubuğu: 5 mm. (G) Farklı beyin bölgelerinin açıklamaları ile kaplanmış STPT şablonu. Ölçek çubuğu: 5 mm. (H) F panelinde gösterilen kortikal izleyici sinyali, düz bir harita şeklinde gösterilmiştir. (I) Enjeksiyon bölgesinin, izleyici floresansına daha az duyarlı olan ve doymamış kalan Ch3 floresansı ile tanımlanması. Ölçek çubuğu: 1 mm. (J) Enjeksiyon merkezinin etrafındaki bölümün NeuN antikoru ile boyanması, nöronların yaklaşık% 30'unun Yonca yeşili floresansının güçlü ifadesini gösterdiğini gösterdi. Ölçek çubuğu: 40 μm. Kısaltmalar: Cx; korteks, St; striatum, Th; talamus, SC; üstün kollikulus. Ayşe; amigdala, kalça; hipokampus, Cb; beyincik. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Çoklu floresan olmayan izleyicileri gösteren STPT sonrası histoloji. (A-C) STPT görüntüsünün BDA lekeli görüntü ile karşılaştırılması. Bu örnekte, Yonca enjeksiyonunun karşı tarafına BDA enjekte edilir. Paneller A ve C, STPT verilerinin Ch2 görüntüsünü ve izleyici segmentasyonunu gösterir. Panel B, BDA için STPT sonrası boyamayı göstermektedir. Bölümün metanol muamelesi nedeniyle yonca floresansı azalır. Ölçek çubuğu: 2 mm. (D,E) A ve B panellerindeki noktalı kutular büyütülür. Ölçek çubuğu: 100 μm. (F,G) SPTT görüntüsünün anti-myc etiket antikor boyaması ile karşılaştırılması. Bu örnekte, Yonca enjeksiyonu PFC'ye yapılırken, AAV-smFP-myc kontralateral parietal kortekse enjekte edilir. Beyaz dikdörtgenler H ve I panellerinde büyütülür. Ölçek çubuğu: 4 mm. (H) İzleyici segmentasyonu yeşil renkle gösterilir. Ölçek çubuğu: 200 μm. (I) Myc boyaması kırmızı ile gösterilmiştir. Yonca floresansı yeşil renkle gösterilmiştir. Ölçek çubuğu: 200 μm. H ve I panellerindeki yeşil sinyaller benzer bir konumda bulunur, ancak STPT yalnızca ~ 10 μm optik bölüm aldığı için aynı değildir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
BDA floresan boyama protokolü | |
Agarozu çıkarın | |
TBS yıkama | 10 dk (2x) |
Dent çözeltisinde% 1 H2O2 | 10 dk |
TBS yıkama | Kısa |
% 0.5 TNB engelleme | 1 saat, |
TNB'de StAvHRP (1:4000) | 2 gece |
TNT yıkama | 10 dk (3x) |
0.1 M borat (pH8.5) + %0.003H2O2içinde TSA Biotin (1:4000) | 2 saat |
TNT yıkama | 10 dk (3x) |
TNT'de Cy3-streptavidin (1:1000) | 3 saat |
TNT yıkama | 10 dk (2x) |
TBS yıkama | Montaja kadar bölümü saklayın |
Bölümü, bir antifade montaj ortamı kullanarak kayar cama monte edin | |
Anti-MYC floresan boyama protokolü | |
Agarozu çıkarın | |
TBS yıkama | 10 dk (2x) |
IB'de engelleme | 1 saat, |
IB'de Anti-Myc (1:4000) | 2 gece boyunca |
TNT yıkama | 10 dk (3x) |
TNT'de anti-fare Cy3 (1:1000) | 3 saat |
TNT yıkama | 10 dk (2x) |
TBS yıkama | Montaja kadar bölümü saklayın |
Bölümü, bir antifade montaj ortamı kullanarak kayar cama monte edin | |
Tamponlar/çözeltiler | Kompozisyon |
% 0,5 TNB | TS7.5'te% 0.5 TSA Bloke Edici Reaktif |
Dent'in Çözümü | %20 DMSO, %80 Metanol |
Daldırma tamponu (IB) | TBS'de %10 FBS, %2 BSA %0.5 TritonX100 |
TBS (Tris tamponlu tuzlu su) | 25 mM Tris, 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl (pH 7.4) |
TNT | TS7.5 içinde %0.05 Tween20 |
TS7.5 Serisi | 0,1 m TRIS-HCl, pH 7,5, 0,15 m NaCl |
Tablo 1: BDA floresan boyama ve anti-mik floresan boyama protokolü
AAV izleyici için plazmid | Addgene Hayır. | Önerilen antikor | Önerilen seyreltme | Beklenen sonuç |
pAAV-EF1_Cre | 201198 | Millipore klonu 2D8 | 1:1000 | hücreler için iyi |
pAAVCam1.3_smFP_Myc | 201205 | MBL M192 My3 (fare) | 1:4000 | Mükemmel |
pAAVCam1.3_smFP_HA | 201206 | CST C29F4 (tavşan) | 1:1000 | hücreler için iyi |
pAAVCam1.3_smFP_FLAG | 201207 | MBL PM020B (tavşan) | 1:1000 | TAMAM |
AAVTRE3_smFP_Myc | 201208 | |||
AAVTRE3_smFP_HA | 201209 | |||
AAVTRE3_smFP_FLAG | 201210 |
Tablo 2: Floresan olmayan izleyicilerin üretimi için mevcut Addgene plazmitlerinin listesi. Cre yapısı çekirdeği hedefler ve AAV2 retro ile sarılmış retrograd izleme için uygundur. smFP_HA yapı, hücre gövdesi tespiti (ve retrograd) için iyidir.
Ek Video: Meninkslerin çıkarılmasının mikroskop görünümü. Bu videoyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Bu makale, tüm beyin işleme için marmoset beyinlerini işlemek için pratik çözümlerin yanı sıra STPT tekniğinin faydasını artıran yardımcı histolojik teknikleri açıklamıştır. STPT kullanarak "tüm beyin nöroanatomisi" nin gücü, anatomik olarak açıklamalı olsun ya da olmasın, herhangi bir ilgi alanının 3D koordinatlarını elde edebilmenizdir. Yüksek hassasiyetli 3D'den 3D'ye kayıt ile, bu koordinatları birden çok veri kümesinin üst üste bindirilmesi için standart bir şablona dönüştürmek mümkündür. Bu şekilde, standart şablon, veri tümleştirme aracı olarak hizmet eder. Bu, birçok kişiden elde edilen verilerin analiz edildiği prefrontal korteks (PFC) haritalama projemiz10'un önemli bir yönüydü. Ayrıca, standart şablona eşlenen bilgiler, Nissl, miyelin desenleri, izleyici verileri, MRI (difüzyon MRI dahil) verileri veya anatomik açıklamalar11 olsun, önceden eşlenmiş çeşitli verilerle karşılaştırılabilir. Daha da önemlisi, henüz ortaya çıkmamış teknoloji tarafından elde edilecek gelecekteki verilerle de karşılaştırılabilir. Şu anda marmoset beyni için Nissl boyama23, MRI 23,24,25,26,27,28 ve STPT11'e dayanan birden fazla şablon bulunmaktadır. Ancak görüntü kontrastlarına ve önceden hesaplanmış parametrelere11 dayalı olarak birbirlerinin koordinatlarına dönüştürülebilirler. Çalışmalar arasında tüm beyin ölçeğinde veri entegrasyonu, beynin bir sistem olarak daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunur. Bu stratejinin işe yaraması için ön koşul, beyinde güvenilir veri toplanmasıdır. Aşağıda, mevcut protokolle ilgili kritik adımlar ve olası sorunlar tartışılmaktadır.
STPT görüntülemenin en hassas işlemlerinden biri doku dilimlemedir. Yukarıda bahsedildiği gibi, meninksler genellikle kesilmeden kalır ve dilimlemeye müdahale edebilir. Özellikle, pulvinar çekirdek ve superior colliculus en çok etkilenen iki beyin bölgesidir: meninksin çıkarılması ve agaroza gömülmesinin titizliğine bağlı olarak, dilimleme sırasında doku bloğundan sıyrılabilirler. Bu derin bölgelere dışarıdan yaklaşmak zordur ve meninks çıkarılması sırasında kolayca kırılabilir. Başarılı bir görüntüleme için dikkatli ama kapsamlı bir meninks çıkarılması kritik öneme sahiptir. Diğer bir endişe, dilimlenmiş bölümlerin doku bloğuna geri çevrilmesidir, bu da bazen bölümler dilimlemeden sonra bile bağlı kaldığında ortaya çıkar. Bloğu, bıçak en sonunda eğik olarak kesecek şekilde şekillendirerek en aza indirilebilir.
STPT, doku bloğunun derinliklerini görüntüleyerek yüzeyinin pürüzlülüğünü önler. Floresan sinyaller kortikal bölgeden oldukça kolay geçebilirken, miyelinli bölgelerde oldukça azalır. Bu nedenle, tüm blok yüzeyi boyunca tutarlı görüntüleme ile beyaz madde gibi miyelin açısından zengin bölgedeki sinyallerin parlaklığı arasında denge kurmak için görüntüleme derinliğinin dikkatli bir şekilde belirlenmesi gerekir. Burada kullanılan kurulumda genellikle yüzeyden 25-35 μm yükseklikte hedefleriz. Ayrıca, uzun saatler boyunca saklandıktan sonra kesilen yüzeyin eşit olmayan şekilde küçülebileceğine dikkat edilmelidir. Görüntüleme alanını en aza indirmek için görüntüleme seansını 5-6 gün boyunca farklı aşama ayarlarıyla 20-30 koşuya bölüyoruz. Ya koşular arasındaki aralığı 2 saatten daha az yaparız ya da yüzey derinliğini onaylar ve her çalıştırmadan önce sahne yüksekliğini ayarlarız.
Bu protokolde, BDA sinyali TSA yöntemi ile güçlendirildi. Bu yöntem oldukça etkilidir ve nispeten düşük çözünürlükte bile anterograd olarak taşınan BDA sinyallerini tespit edebilir (örneğin, Şekil 6B). TSA biotin, Akoya Biosciences'tan ticari olarak temin edilebilir, ancak ev yapımı çözelti çok daha iyi bir gelişme gösterir. Öte yandan, antikorun ve çözeltinin seyreltilmesi, en iyi sonucu elde etmek için dikkatli bir ayarlama gerektirir. Bölümün bir metanol çözeltisi ile ön muamelesi kritiktir. Ön işlem olmadan, BDA sinyalleri miyelinli aksonlarda zar zor tespit edilir.
Bir anterograd izleyici kullanıldığında, floresan sinyallerinin doygunluğu nedeniyle enjeksiyonun tam yerini belirlemek genellikle zordur. Bu çalışmada kullanılan tüm doku görüntüleme sistemi kurulumunda, enfekte olmuş hücreleri tanımlamak için mavi kanalı kullanıyoruz (Şekil 5I). Kırmızı ve yeşil kanallar doymuş olsa bile, enfekte olmuş her bir nöron genellikle mavi kanalda tespit edilebilir. Bu aynı zamanda Allen Mouse Brain Connectivity Atlas1 için de geçerlidir. Orijin hücrelerin incelenmesi önemlidir, çünkü enfeksiyon bazen sadece belirli katmanları içerir. Belki de iyontoforez yönteminin29 kullanılması nedeniyle, Fare Beyin Bağlantı Atlası için bu tür kısmi enfeksiyonlarla oldukça sık karşılaştık. Viral izleyicilerin yanal yayılımı, enjeksiyonlara bağlı olarak az ya da çok değişken olabilir. Bu değişkenlik, izlemenin sonucunu potansiyel olarak etkileyebilir ve dikkatli bir normalleştirme gerektirir.
Elde edilen 3D görüntünün standart şablona başarılı bir şekilde kaydedilmesi, tüm beyin nöroanatomisinin önemli bir sürecidir. STPT görüntüsünün STPT şablonuna kaydedilmesi oldukça doğru olabilir ve yüksek görüntü kontrastı10 olan kenarlıklar için yalnızca birkaç voksel (50 μm izokübik) sapmalar gözlemledik. Yine de, kaydın yapabileceklerinin bir sınırı vardır. Meninks çıkarma işlemi nedeniyle, STPT örnekleri genellikle hemisferler arasında ve korteks ile orta beyin / arka beyin arasında boşluklara sahipken, beyin dokuları in vivo MRI görüntülerinde sıkıca paketlenir. Bu tür farklılıkların kayıt ile ayarlanması zordur. Marmoset korteksi çoğunlukla sulkustan yoksundur, ancak intraparietal sulkus bazı kişilerde çok derindir. Böyle bir sulkus, kayıt sırasında kaybolacaktır (yukarıdan yukarıya füzyon meydana gelir). Kayıt güçlü bir teknik olmasına rağmen, elde edilen sonucun doğrulanması için ham verilere geri dönmek gerekir.
Büyük görüntü verilerinin üretilmesi, bu tekniğin hem bir gücü hem de bir sınırlamasıdır. Veri kümesinin eksiksizliğini artırırken, elde edilen verilerin dikkatli bir şekilde yönetilmesini ve verimli veri yorumlaması için otomatik bir görüntü işleme hattının geliştirilmesini gerektirir. Gelecekte, görüntü işleme boru hatlarının oluşturulmasında üretken yapay zekanın (AI) uygulanması bu süreci önemli ölçüde basitleştirebilir. Sistematik tüm beyin görüntülemesi de slayt tarayıcı tabanlı yöntemler kullanılarak gerçekleştirilmiştir21,30. Bu tür yöntemlerle karşılaştırıldığında, STPT, 3D rekonstrüksiyon için ek hesaplama gerektirmez. Optik kesitleme ile birlikte, STPT'nin31. bölümler boyunca akson segmentlerini bile yeniden yapılandırma potansiyeline sahip olduğunu gösterdik. Doku temizleme tekniklerinin daha fazla kombinasyonu ile Economo ve ark. seyrek olarak işaretlenmiş nöronların tamamını görüntülemek için bir yöntem geliştirdi32,33. TissueCyte'ın en son sürümleri artık kırmızı floresan proteinlerin uyarılmasını artırmak için ek bir lazer veya bölümlerin otomatik olarak geri kazanılması için bir kesit yakalama ünitesi için seçenekler sunuyor. Bu gelişmelerle birlikte, tüm beyin yaklaşımı daha verimli hale gelecek ve insanlarınki de dahil olmak üzere primat beyninin kapsamlı bir şekilde anlaşılması için bir temel sağlayacaktır.
Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.
Yamamori laboratuvarı ve hayvan tesislerindeki (RRD) teknik personele yardımları için derinden teşekkür ederiz. Konfokal görüntü yakalama konusundaki teknik yardımı için RIKEN CBS-Olympus İşbirliği Merkezi'ne teşekkür ederiz. Bu çalışma, MEXT, Japonya'dan Yenilikçi Alanlarda Bilimsel Araştırma programı (hibe numarası 22123009), AMED, Japonya'dan Brain/MINDS ve Brain/MINDS2.0 (JP15dm0207001, JP23wm0625001 ve JP24wm0625218) ve JSPS KAKENHI Hibe Numarası 24K09678 tarafından AW tarafından desteklenmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose type I | Sigma | A6013 | |
All-in-one fluorescence microscope | Keyence | BZ-X series | This study used BZ-X710 |
anti-mouse Cy3 | Jackson Immuno Research Laboratories, Inc. | 115-165-003 | |
anti-myc antibody | MBL | M192 | mouse monoclonal |
Butorphanol | Meiji Animal Health | Vetorphale | |
Ceramic blade | TissueVision | N/A | |
Collagenase type I | Wako Chemical | #031-17601 | Aliquot into 100 µL x 10 of 100 mg/mL in PBS |
Cotton swab (HUBY-340) | HUBY | BB-013SP | micro cotton swabs |
Custom-made chamber | N/A | N/A | The chamber consist of four side plates and one bottom plates, all made of 1 cm thick acrylic plates, which can be securely fastened together using screw bolts. An additional acrylic plate is placed inside the chamber, with three metal poles inserted through it to hold the marmoset brain in an inverted position. |
Cy3-Streptavidin | Jackson Immuno Research Laboratories, Inc. | 016-160-084 | |
Dumont #5 forceps, Inox | N/A | N/A | |
Epoxy instant mix | Locktite | N/A | |
FIJI | NIH | https://imagej.net/software/fiji/downloads | |
kn_pipeline_check_mosaic.py | N/A | N/A | github.com/watkarbey/STPT_depo; This is a checking script for TissueCyte data. |
Medetomidine | Zenoaq | Domitor | |
Midazolam | Sandoz | N/A | |
NaBH4 | Sigma | #452882 | |
NaIO4 | Sigma | S1878 | |
Perfusion needle | Natsume Seisakusho Co., Ltd | KN-348, 20G-50 | |
Slideglass (76 mm x 52 mm) | Matsunami | S9111 | |
StAvHRP | Jackson Immuno Research Laboratories, Inc. | 016-030-084 | HRP-streptavidin (titration needs to be carefully determined) |
TissueCyte1000 | TissueVision | https://www.tissuevision.com/tissuecyte | |
TSA blocking reagent | Kiko Tech | FP1012 | Refer to TSA-biotin kit (Akoya Biosciences) |
TSA-biotin | House-made | N/A | See Okamoto et al (ref. 16) |
VECTASHIELD HardSet Mounting Medium | Vector laboratories Inc | N/A | Antifade mounting medium |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır