Name: a hydrophobic tissue clearing method for rat brain tissue
Uploaded: 2020-12-23T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Hydrophobic Tissue Clearing Method for Rat Brain Tissue at JoVE.com

Dit werk werd gefinancierd door NIH-subsidies: NS100624, DA013137, HD043680, MH106392 & door T32 Training Grant 5T32GM081740

Alle dierprotocollen werden beoordeeld en goedgekeurd door de Animal Care and Use Committee van de Universiteit van South Carolina.
1. Bereiding van voorraadoplossing
<ol><li>Oplossing 1 (1 L): Voeg aan 900 ml gedeïdentiseerde H2O 100 ml 10x fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) en 2 ml Triton X-100 toe.</li>
	<li>Oplossing 2 (1 L): Voeg aan 900 ml gedeïoniseerde H2O 100 ml 10x PBS, 2 ml Tween-20 en 1 ml heparinevoorraadoplossing van 10 mg/ml toe.</li>
	<li>Oplossing ...

<ol>
	<li>Chung, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+molecular+interrogation+of+intact+biological+systems.">Structural and molecular interrogation of intact biological systems.</a> Nature. 497 (7449), 332-337 (2013).</li><li>Susaki, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole-brain+imaging+with+single-cell+resolution+using+chemical+cocktails+and+computational+analysis.">Whole-brain imaging with single-cell resolution using chemical cocktails and computational analysis.</a> Cell. 157 (3), 726-739 (2014).</li><li>Ueda, H. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+clearing+and+its+applications+in+neuroscience.">Tissue clearing and its applications in neuroscience.</a> Nature Reviews Neuroscienc. 21, 298 (2020).</li><li>Renier, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=iDISCO:+a+simple,+rapid+method+to+immunolabel+large+tissue+samples+for+volume+imaging.">iDISCO: a simple, rapid method to immunolabel large tissue samples for volume imaging.</a> Cell. 159 (4), 896-910 (2014).</li><li>Renier, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+of+brain+activity+by+automated+volume+analysis+of+immediate+early+genes.">Mapping of brain activity by automated volume analysis of immediate early genes.</a> Cell. 165 (7), 1789-1802 (2016).</li><li>Reid, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+HIV-1+transgenic+rat+that+develops+HIV-related+pathology+and+immunologic+dysfunction.">An HIV-1 transgenic rat that develops HIV-related pathology and immunologic dysfunction.</a> Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 98, 9271-9276 (2001).</li><li>Vigorito, M., Connaghan, K. P., Chang, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+HIV-1+transgenic+rat+model+of+neuroHIV.">The HIV-1 transgenic rat model of neuroHIV.</a> Brain, Behavior, and Immunity. 48, 336-349 (2015).</li><li>McLaurin, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synaptic+connectivity+in+medium+spiny+neurons+of+the+nucleus+accumbens:+A+sex-dependent+mechanism+underlying+apathy+in+the+HIV-1+transgenic+rat.">Synaptic connectivity in medium spiny neurons of the nucleus accumbens: A sex-dependent mechanism underlying apathy in the HIV-1 transgenic rat.</a> Frontiers in Behavior Neurosciences. 12, 285 (2018).</li><li>Fitting, S., Booze, R. M., Mactutus, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HIV-1+proteins,+Tat+and+gp120,+target+the+developing+dopamine+system.">HIV-1 proteins, Tat and gp120, target the developing dopamine system.</a> Current HIV Research. 13, 135-137 (2015).</li><li>Javadi-Paydar, M., Roscoe, R. F., Denton, A. R., Mactutus, C. F., Booze, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HIV-1+and+cocaine+disrupt+dopamine+reuptake+and+medium+spiny+neurons+in+female+rat+striatum.">HIV-1 and cocaine disrupt dopamine reuptake and medium spiny neurons in female rat striatum.</a> PLos One. 12 (11), 0188404 (2017).</li><li>Bertrand, S. J., Mactutus, C. F., Harrod, S. B., Moran, L. M., Booze, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HIV-1+proteins+dysregulate+motivational+processes+and+dopamine+circuitry.">HIV-1 proteins dysregulate motivational processes and dopamine circuitry.</a> Science Report. 8, 6152 (2018).</li><li>Denton, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+monoaminergic+and+histaminergic+circuit+dysregulation+following+long-term+HIV-1+protein+exposure.">Selective monoaminergic and histaminergic circuit dysregulation following long-term HIV-1 protein exposure.</a> Journal of neurovirology. 25 (4), 540-550 (2019).</li><li>Berendse, H. W., Groenewegen, H. J., Lohman, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compartmental+distribution+of+ventral+striatal+neurons+projecting+to+the+mesencephalon+in+the+rat.">Compartmental distribution of ventral striatal neurons projecting to the mesencephalon in the rat.</a> Journal of Neuroscienc. 12 (6), 2079-2103 (1992).</li><li>Peyron, C., Petit, J. M., Rampon, C., Jouvet, M., Luppi, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forebrain+afferents+to+the+rat+dorsal+raphe+nucleus+demonstrated+by+retrograde+and+anterograde+tracing+methods.">Forebrain afferents to the rat dorsal raphe nucleus demonstrated by retrograde and anterograde tracing methods.</a> Neuroscience. 82 (2), 443-468 (1998).</li><li>Barrot, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Braking+dopamine+systems:+a+new+GABA+master+structure+for+mesolimbic+and+nigrostriatal+functions.">Braking dopamine systems: a new GABA master structure for mesolimbic and nigrostriatal functions.</a> The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscienc. 32 (41), 14094-14101 (2012).</li><li>Roostalu, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+whole-brain+3D+imaging+of+tyrosine+hydroxylase-labeled+neuron+architecture+in+the+mouse+MPTP+model+of+Parkinson's+disease.">Quantitative whole-brain 3D imaging of tyrosine hydroxylase-labeled neuron architecture in the mouse MPTP model of Parkinson's disease.</a> Disease Models &amp; Mechanisms. 12 (11), (2019).</li><li>Ransohoff, R., Cardona, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+myeloid+cells+of+the+central+nervous+system+parenchyma.">The myeloid cells of the central nervous system parenchyma.</a> Nature. 468, 253-262 (2010).</li><li>Rocha, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+Clearing+and+Light+Sheet+Microscopy:+Imaging+the+Unsectioned+Adult+Zebra+Finch+Brain+at+Cellular+Resolution.">Tissue Clearing and Light Sheet Microscopy: Imaging the Unsectioned Adult Zebra Finch Brain at Cellular Resolution.</a> Frontiers in Neuroanatomy. 13, 13 (2019).</li><li>Richardson, D. S., Lichtman, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clarifying+tissue+clearing.">Clarifying tissue clearing.</a> Cell. 162 (2), 246-257 (2015).</li></ol>

Weefselontruiming biedt een oplossing voor de beperkingen van het traditionele IHC-protocol. Een monster dat transparant is, minimaliseert de verstrooiing en absorptie van licht, wat optische toegang op cellulair niveau biedt tot intacte weefsels18,19. Weefselontruimingstechnieken maken een weefsel transparant door delipidatie, ontkleuring en ontkalking met de toediening van oplosmiddelen. Zodra de brekingsindex van het weefselmonster overeenkomt met de brekingsi...

Verschillende weefselophelderingstechnieken zijn gevalideerd voor gebruik in de hersenen: hydrogel, hydrofiele en hydrofobe. Deze technieken zijn erop gericht om een weefsel transparant te maken door delipidatie, ontkleuring en ontkalking via de toediening van oplosmiddelen. Zodra de brekingsindex van het weefselmonster overeenkomt met de brekingsindex van het gekozen beeldvormingsmedium, kan een duidelijk beeld van het monster worden verkregen. Hydrogel gebaseerde technieken, zoals CLARITY, beveiligen biomoleculen in het weefsel door ze te koppelen aan hydrogels op acrylbasis, die structurele schade en verlies van eiwitten voorkomen1. Hydrogeltechnieken maken echter gebruik van agressieve chemicaliën dan het potentieel hebben om meer fragiele weefsels te beschadigen, en dichtere weefselmonsters zijn mogelijk niet compatibel met het hydrogelprotocol. Bepaalde hydrogeltechnieken kunnen dure apparatuur vereisen of leiden tot weefselexpansie. Hydrofiele technieken, zoals CUBIC, behouden de 3D-structuur door de vorming van waterstofbindingen in het weefsel2. Weefselexpansie kan ook optreden in een bepaald hydrofiel protocol. Het clearingvermogen van hydrofiele technieken komt vaak niet overeen met het vermogen dat hydrofobe technieken hebben, wat belangrijk is voor dichtere en dikkere weefsels3.
Hydrofobe technieken zijn meestal snel, vereisen geen speciale apparatuur en produceren een monster dat gemakkelijk te hanteren en op te slaan is. iDISCO is een hydrofobe techniek die de krimp elimineert die kan optreden in andere hydrofobe protocollen. Oorspronkelijk werd de iDISCO weefselopruimingstechniek beschreven door Renier et al.4 voor de embryo's en dichte, volwassen organen van muizen. Deze techniek verwijdert water uit het weefsel in de eerste uitdrogingsstap, waardoor de lichtverstrooiing wordt verminderd. Weefsel wordt gepermeabiliseerd tijdens de voorbehandeling om diepe antilichaampenetratie mogelijk te maken. Alexa Fluor kleurstoffen in het ver-rode spectrum worden gebruikt voor immunolabeling om autofluorescentie van het weefsel bij lagere golflengten te voorkomen5. Weefsel dat hydrofobe clearingprotocollen heeft ondergaan, kan gemakkelijk worden behandeld en kan meerdere keren worden afgebeeld vanwege de levensduur van de Alexa Fluor-kleurstoffen. Indien goed opgeslagen, kunnen weefsels beelden leveren gedurende maanden tot een jaar na de eerste verwerking.
In dit protocol werden tyrosine hydroxylase (TH) antilichamen, Iba1 antilichaam en Cholera Toxin Subunit B (CTB) gebruikt op zowel mannelijke als vrouwelijke controle en HIV-1 transgene (Tg) rattenhersenen. De HIV-1 Tg-rat bezit zeven van de negen genen waaruit het hiv-1 virale genoom bestaat, wat leidt tot een niet-infectieus model van langdurige hiv-1-eiwitblootstelling6,7,8. Dopaminerge veranderingen zijn eerder aangetoond bij de HIV-1 Tg-rat en HIV-1 zelf is een ontstekingsziekte, dus de antilichaamkeuze was relevant voor het experimentele ontwerp9,10,11,12. CTB is een tracer die zich via gangliosidebinding aan neuronen hecht en kan worden gebruikt om afferente projecties in de hersenen te traceren. CTB is eerder gebruikt voor het bestuderen van projecties van de nucleus accumbens naar het substantia nigra-gebied , twee gebieden van de hersenen die sterk betrokken zijn bij dopaminerge routes13,14,15.
In dit protocol zal TH dienen als een marker voor dopamineproductie en Iba1 zal geactiveerde microglia markeren. Het gebruikte TH-antilichaam labelt selectief een enkele band van ongeveer 62 kDa die overeenkomt met tyrosinehydroxylase. Het Iba1-antilichaam komt overeen met de Iba1 carboxy-terminale sequentie. Beide antilichamen werden bij konijnen gekweekt en waren polyklonaal. CTB zal worden gebruikt voor retrograde tracering van neuronen van het nucleus accumbens-gebied naar het substantia nigra-gebied. Het huidige protocol biedt ook een richtlijn voor aanpassing van het oorspronkelijke iDISCO-protocol op twee verschillende manieren: 1) algehele vermindering van de achtergrondkleuring door het veranderen van de serumreagentia in de blokkeringsstappen, en 2) het schalen van de incubatietijd om geschikt te zijn voor grotere weefselmonsters. Over het algemeen levert het huidige protocol voortdurend bewijs dat hydrofobe clearingtechnieken haalbaar zijn in hersenweefsels van de rat, geen waarneembare schadelijke interacties hebben met HIV-1 virale eiwitten en compatibel zijn met TH-antilichamen, Iba1-antilichamen en CTB.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Cholera Toxin Subunit B (Recombinant), Alexa Fluor 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>C34775</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DBE</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>108014-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DCM</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>270997-100mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>472301-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>G46-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-rabbit Alexa Fluor Plus 647</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A32733</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat serum</td>
			<td>Sigma Life Science</td>
			<td>G9023-10mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>41121-0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iba1 primary antibody</td>
			<td>FUJIFILM Wako</td>
			<td>019-19741</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kwik-sil epoxy</td>
			<td>VWR</td>
			<td>70730-062</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>34860-1l-R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS</td>
			<td>Fisher Bioreagents</td>
			<td>BP2944-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perfusion machine</td>
			<td>VWR</td>
			<td>70730-062</td>
			<td>mini pump variable flow</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PFA</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>158127-3KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TH primary antibody</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>AB152</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TritonX-100</td>
			<td>Fisher Bioreagents</td>
			<td>BP151-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween-20</td>
			<td>Fisher Bioreagents</td>
			<td>BP337-500</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a hydrophobic tissue clearing method for rat brain tissue

Hydrofobe weefselontruimingsmethoden zijn eenvoudig instelbare, snelle en goedkope procedures die het mogelijk maken om een molecuul te bestuderen dat van belang is in ongewijzigde weefselmonsters. Traditionele immunolabelingprocedures vereisen het snijden van het monster in dunne secties, wat het vermogen om intacte structuren te labelen en te onderzoeken beperkt. Als hersenweefsel echter intact kan blijven tijdens de verwerking, kunnen structuren en circuits intact blijven voor de analyse. Eerder vastgestelde clearingmethoden nemen veel tijd in om het weefsel volledig te zuiveren en de agressieve chemicaliën kunnen vaak gevoelige antilichamen beschadigen. De iDISCO-methode zuivert snel en volledig weefsel, is compatibel met veel antilichamen en vereist geen speciale laboratoriumapparatuur. Deze techniek werd aanvankelijk gevalideerd voor het gebruik in muizenweefsel, maar het huidige protocol past deze methode aan beeldhelften van controle en transgene rattenhersenen aan. Daarnaast maakt het huidige protocol ook verschillende aanpassingen aan het reeds bestaande protocol om duidelijkere beelden te bieden met minder achtergrondkleuring. Antilichamen voor Iba-1 en tyrosinehydroxylase werden gevalideerd bij de HIV-1 transgene rat en bij F344/N-controleratten met behulp van de huidige hydrofobe weefselopruimingsmethode. De hersenen zijn een verweven netwerk, waar structuren vaker samenwerken dan afzonderlijk van elkaar. Het analyseren van de hersenen als een heel systeem in tegenstelling tot een combinatie van individuele stukken is het grootste voordeel van deze hele hersenontruimingsmethode.

Volledige clearing van grote delen van zowel F344/N als HIV-1 rat hersenweefsel werd bereikt met behulp van dit gemodificeerde hydrofobe weefsel clearing protocol. Figuur 1 toont een typische confocale afbeelding voor TH in het substantia nigra-gebied. Figuur 1A staat voor dichte, positieve kleuring. Dichte gebieden zoals deze kunnen worden uitgeleed door zich door het "Z"-vlak te concentreren om positieve kleuring en de juiste celmorfologie te bevestigen. <stro...

Watch this Scientific Journal Video about A Hydrophobic Tissue Clearing Method for Rat Brain Tissue at JoVE.com

A Hydrophobic Tissue Clearing Method for Rat Brain Tissue

Hier presenteren we een hydrofobe weefselontruimingsmethode die het mogelijk maakt om doelmoleculen te bekijken als onderdeel van intacte hersenstructuren. Deze techniek is nu gevalideerd voor F344/N-bestrijding en HIV-1 transgene ratten van beide geslachten.

Een hydrofobe weefselopruimingsmethode voor rattenhersenweefsel

Hydrophobic tissue clearing methods are easily adjustable, fast, and low-cost procedures that allows for the study of a molecule of interest in unaltered ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Preparation of Mouse Brain Tissue for Immunoelectron Microscopy

Voorbereiding van de muis hersenweefsel voor Immunoelectron Microscopie

Transmission electron microscopy (TEM) is extremely useful for visualizing microglial, oligodendrocytic, astrocytic, and neuronal subcellular compartments ...

Intact Histological Characterization of Brain-implanted Microdevices and Surrounding Tissue

Intact Histologische Karakterisering van Brain-geïmplanteerde Microdevices en het omringende weefsel

Research  into the design and utilization of brain-implanted microdevices, such as  microelectrode arrays, aims to produce clinically relevant devices ...

Immunohistochemical Analysis in the Rat Central Nervous System and Peripheral Lymph Node Tissue Sections

Immunohistochemische analyse in het Rat centrale zenuwstelsel en van perifere lymfeknopen Tissue Secties

Immunohistochemistry (IHC) provides highly specific, reliable and attractive protein visualization. Correct performance and interpretation of an IHC-based ...

Primer for Immunohistochemistry on Cryosectioned Rat Brain Tissue: Example Staining for Microglia and Neurons

Primer voor Immunohistochemie op Cryosectioned Rat Brain Tissue: Voorbeeld kleuring voor Microglia en Neuronen

Immunohistochemistry is a widely used technique for detecting the presence, location, and relative abundance of antigens in situ. This introductory level ...

Using Fluorescence Activated Cell Sorting to Examine Cell-Type-Specific Gene Expression in Rat Brain Tissue

Met behulp van fluorescentie-geactiveerde Cell Sorting voor Onderzoek Cell-type-specifieke genexpressie in Rat Brain Tissue

The brain is comprised of four primary cell types including neurons, astrocytes, microglia and oligodendrocytes. Though they are not the most abundant ...

Sublimation of DAN Matrix for the Detection and Visualization of Gangliosides in Rat Brain Tissue for MALDI Imaging Mass Spectrometry

Sublimatie van DAN Matrix voor de detectie en Visualisatie van gangliosiden in Rat Brain Tissue voor MALDI Imaging Mass Spectrometry

Sample preparation is key for optimal detection and visualization of analytes in Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization (MALDI) Imaging Mass ...

A Rat Model of Mild Intrauterine Hypoperfusion with Microcoil Stenosis

Een Model van de Rat van milde uteriene hypoperfusie met Microcoil stenose

Intrauterine hypoperfusion/ischemia is one of the major causes of intrauterine/fetal growth restriction, preterm birth, and low birth weight. Most studies ...

Novel Passive Clearing Methods for the Rapid Production of Optical Transparency in Whole CNS Tissue

Nieuwe passieve methoden voor de snelle productie van optische transparantie in hele CNS weefsel wissen

Since the development of CLARITY, a bioelectrochemical clearing technique that allows for three-dimensional phenotype mapping within transparent tissues, ...

Isolation of Cerebral Capillaries from Fresh Human Brain Tissue

Isolatie van cerebrale haarvaten van verse menselijk hersenweefsel

Understanding blood-brain barrier function under physiological and pathophysiological conditions is critical for the development of new therapeutic ...