يعد تصور الميالين هدفا مهما للعديد من الباحثين الذين يدرسون الجهاز العصبي. CARS هي تقنية متوافقة مع التألق المناعي الذي يمكنه تصوير الدهون داخل الأنسجة مثل الدماغ الذي يضيء الهياكل المتخصصة مثل المايلين.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
يعد تصور الميالين هدفا مهما للعديد من الباحثين الذين يدرسون الجهاز العصبي. CARS هي تقنية متوافقة مع التألق المناعي الذي يمكنه تصوير الدهون داخل الأنسجة مثل الدماغ الذي يضيء الهياكل المتخصصة مثل المايلين.
التحليل الطيفي المتماسك المضاد لستوكس رامان (CARS) هو تقنية يستخدمها الكيميائيون والفيزيائيون بشكل كلاسيكي لإنتاج إشارة متماسكة من الاهتزازات المميزة للجزيئات. ومع ذلك ، فإن هذه التوقيعات الاهتزازية هي أيضا سمة مميزة للجزيئات داخل الأنسجة التشريحية مثل الدماغ ، مما يجعلها مفيدة بشكل متزايد وقابلة للتطبيق على تطبيقات علم الأعصاب. على سبيل المثال ، يمكن ل CARS قياس الدهون عن طريق الروابط الكيميائية المثيرة على وجه التحديد داخل هذه الجزيئات ، مما يسمح بتحديد الجوانب المختلفة للأنسجة ، مثل المايلين المشارك في النقل العصبي. بالإضافة إلى ذلك ، بالمقارنة مع التقنيات الأخرى المستخدمة عادة لتحديد كمية المايلين ، يمكن أيضا إعداد CARS لتكون متوافقة مع تقنيات الفلورسنت المناعي ، مما يسمح بوضع العلامات المشتركة مع علامات أخرى مثل قنوات الصوديوم أو المكونات الأخرى للانتقال المشبكي. تغيرات الميالين هي آلية مهمة بطبيعتها في إزالة الميالين من الأمراض مثل التصلب المتعدد أو الحالات العصبية الأخرى مثل متلازمة X الهشة أو اضطرابات طيف التوحد هي مجال ناشئ من مجالات البحث. في الختام ، يمكن استخدام CARS بطرق مبتكرة للإجابة على الأسئلة الملحة في علم الأعصاب وتقديم أدلة على الآليات الأساسية المتعلقة بالعديد من الحالات العصبية المختلفة.
إمكانات العمل هي الوحدة الأساسية للمعلومات في الدماغ ، ويشكل الانتشار المحتمل للعمل من خلال المحاور العصبية أحد أعمدة معالجة المعلومات1،2،3. تتلقى الخلايا العصبية عادة مدخلات قريبة من خلايا عصبية أخرى متعددة وتدمج هذه المدخلات ضمن نافذة زمنية ضيقة معينة 4,5. لذلك ، تلقت آليات الانتشار المحتمل للعمل في المحاور العصبية قدرا كبيرا من الاهتمام من المحققين.
عند الانتشار من خلال محور عصبي ، يتم تجديد إمكانات العمل بشكل متكرر على طول المحور العصبي لضمان انتشار موثوق به6. في معظم الخلايا العصبية للفقاريات ذات الفكين (gnathostomes) ، تحيط المحاور العصبية بغمد من المايلين ، وهي مادة غنية بالدهون تنتجها الخلايا قليلة التغصن القريبة أو خلايا شوان ، وهي أنواع من الخلايا الدبقية (تمت مراجعتها في 7,8). يعزل غمد المايلين هذا المحور العصبي كهربائيا ، مما يقلل من سعته ويسمح بالانتشار المحتمل للعمل بكفاءة وسرعة واستهلاك أقل للطاقة. لا يغطي المايلين المحور العصبي بشكل موحد ، ولكنه يغمد المحور العصبي في أجزاء تحتوي على فجوات قصيرة بينهما ، تسمى عقد رانفييه (تمت مراجعتها في 9,10). يؤثر كل من سمك الميالين ، الذي يتحكم في مستوى العزل الكهربائي للمحور العصبي ، وتباعد عقد رانفييه ، التي تتحكم في التردد الذي يتم به تجديد إمكانات الفعل على طول محور عصبي ، على سرعة انتشار إمكانات العمل (تمت مراجعته في11).
هناك مجموعة كبيرة من الأدبيات التي تشير إلى أن سمك الميالين يؤثر على سرعة الانتشار المحتمل للعمل في المحاورالعصبية 12،13،14. علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤدي التغييرات في الميالين المحوري إلى عدد من عجز CNS 15,16,17,18,19,20,21. لذلك ليس من المستغرب أن تركيز العديد من الجهود البحثية ينطوي على قياس وتوصيف الميالين المحوري. تم إجراء قياسات سمك المايلين بشكل شائع باستخدام المجهر الإلكتروني ، وهي تقنية تتطلب قدرا كبيرا من إعداد الأنسجة ويصعب استخدامها مع الكيمياء النسيجية المناعية. ومع ذلك ، هناك أيضا تقنية أسرع وأبسط لقياس الميالين المحوري الذي يعتمد على التحليل الطيفي المضاد لستوكس (CARS). يمكن ضبط ليزر CARS على ترددات مختلفة وعند ضبطه على ترددات مناسبة لإثارة الدهون ، يمكن تصوير المايلين دون الحاجة إلى أي ملصقات إضافية22. يمكن دمج تصوير الدهون مع الكيمياء النسيجية المناعية القياسية بحيث يمكن تصوير الدهون مع العديد من قنوات الفلورسنت23. التصوير الميالين باستخدام CARS أسرع بكثير من المجهر الإلكتروني وله دقة ، وإن كانت أقل من EM ، كافية للكشف عن الاختلافات الصغيرة في الميالين في نفس النوع من المحاور العصبية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
امتثلت جميع التجارب لجميع القوانين المعمول بها ، والمبادئ التوجيهية للمعاهد الوطنية للصحة ، وتمت الموافقة عليها من قبل لجنة جامعة كولورادو أنشوتز المؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها.
1. الحيوانات
2. إعداد الأنسجة
3. تلطيخ

الشكل 1: يمكن الجمع بين تصوير CARS والتصوير الفلوري المناعي. توضح الرسوم البيانية أن تصوير CARS يحدث عند 660/640 نانومتر طيف إشارة حمراء26. هذا الطول الموجي بعيد بما فيه الكفاية عن نطاق الأخضر أو الأزرق أو الأشعة فوق البنفسجية ، مما يسمح بمزيج من إشارة CARS مع التألق المناعي في هذه النطاقات. على وجه التحديد ، يشير الرسم البياني أيضا إلى الإثارة والانبعاثات ل Nissl الموسومة بالفلوروفور الأزرق ، والتي تم دمجها مع CARS أثناء جمع النتائج التمثيلية لهذا المنشور. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
4. التصوير
ملاحظة: يحتوي إعداد ليزر CARS على ليزر ألياف يوفر ساعة 80 ميجاهرتز ، وليزر OPO (مذبذب بارامتري بصري) مع نطاق قابل للضبط يتراوح بين 770-990 نانومتر مع شعاع ستوكس مثبت عند 1031 نانومتر ، وهي ضرورية لجمع إشارة CARS. هناك فتحة واحدة لكلا الحزمتين.

الشكل 2: رسم تخطيطي لأداة CARS يوضح ليزر CARS (الأسهم الحمراء) والكشف عن الليزر غير المنزوع (NDD) والكشف الأمامي المدمجين في مؤتمر المسح الضوئي بالليزر. في NDD إلى الأمام ، نحصل على CARS لسندات C-H (الأسهم الحمراء الداكنة) و SHG (الجينات التوافقية الثانية) عند 515 نانومتر (السهم البرتقالي). في epi NDD ، نحصل على CARS لروابط C-H (الأسهم الحمراء الداكنة) و 2PE (انبعاث الفوتون المزدوج) التألق الذاتي (سهم أزرق فاتح). بالتتابع ، يمكن الحصول على صور متحدة البؤرة الفلورية (الأسهم الخضراء لليزر المرئي ، والأسهم الزرقاء للكشف عن البؤرة). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: يمكن ل CARS إلقاء الضوء على المايلين (الأرجواني) في أنسجة المخ (جذع الدماغ) أثناء تصوير علامات Nissl (السماوية) أو الفلورسنت. وتظهر اللوحتان نتائج تمثيلية من جربيل منغولي (صورة واحدة M. unguiculatus، الشكل 3A، C، E) والفأر (z-stack max projection M. musculus، الشكل 2B، D، F)، مما يشير إلى أنه يمكن استخدام هذه التقنية عبر الأنواع. يوضح الشكل 3A و B Nissl باللون السماوي ، C ، D إشارة CARS باللون الأرجواني ، E ، F يجمع بين إشارات Nissl و CARS مع كل لوحة للجربيل أو الماوس ، على التوالي. تظهر كلتا المجموعتين من الصور قسما من النواة الإنسية للجسم شبه المنحرف (MNTB) في جذع الدماغ. تتلقى الخلايا العصبية في MNTB مدخلات من محاور عصبية شديدة الميالين ، والتي تنتهي في كأس عقد ، وهو نوع من المشبك العملاق27. شريط المقياس هو 20 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
واحدة من أكبر مزايا المجهر CARS على التقنيات الأخرى هي التوافق مع التصوير الفلوري23. ويبين الشكل 1 أطياف CARS مقارنة ب Nissl الموسومة بعلامة الفلورسنت المناعي التي تظهر تداخلا ضئيلا / معدوما في الأطياف. يوضح الشكل 2 الليزر الذي تم إعداده ل CARS بالاقتران مع المجهر البؤري. يوضح الشكل 3 صورتين تمثيليتين ، واحدة ككومة واحدة وواحدة z-stack max الإسقاط من الجربيل والماوس التي يمكن الحصول عليها باستخدام تصوير CARS ...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تؤكد مجموعة متزايدة من الأدبيات على دور المايلين في وظائف الدماغ13،16،21،28. علاوة على ذلك ، نحن نعلم أن سمك الميالين ونمط الميالين يمكن أن يتغير في العديد من الحالات العصبية مثل التصلب المتعدد (تمت مراجعته في29) ، والشيخوخة (تمت مراجعته في 30) ، والتوحد20،31 ، وغيرها الكثير. لذلك ليس من ا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ويعلن صاحبا البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.
بدعم من NIH R01 DC 17924 و R01 DC 18401 (Klug) و NIH 1R15HD105231-01 و T32DC012280 و FRAXA (McCullagh). تم إجراء تصوير CARS في الجزء الأساسي من المجهر الضوئي المتقدم من مركز NeuroTechnology في الحرم الجامعي الطبي بجامعة كولورادو Anschutz المدعوم جزئيا من NIH P30 NS048154 و NIH P30 DK116073.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| <قوي >مخدر: < / قوي> | |||
| مل حقنة يمكن التخلص منها بإبرة 27 GA × 0.5 " | Exel int | 260040 | |
| قاتل + | Vortech | ||
| الجراحة: < / قوي > | |||
| مقص زنبركي - 8 مم | أدوات العلوم الدقيقة | 15024-10 | |
| أدوات العلوم الدقيقة للملاقط القياسية | 11027-12 | ||
| التروية: < / قوي > | |||
| 4٪ بارافورمالدهايد | فيشر كيميائي | SF994 (CS) | |
| مقص ناعم - | أدوات العلوم الدقيقة | 14063-11 | |
| أدوات العلوم الدقيقة كيلي | 13019-14 | ||
| ميليبور H2طرف إبرة < / فرعي >O | |||
| ، 23 GA × 1 " | BD انزلاق دقيق | 305193 | |
| محلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS): | |||
| كلوريد البوتاسيوم | Sigma | P9333 | |
| Sigma | P5655 | أحادية القاعدة من فوسفات البوتاسيوم | |
| مع تدفق متغير أو ما يعادله | |||
| كلوريد الصوديوم | فيشر الكيميائية | s271-1 | |
| صوديوم فوسفات ثنائي القاعدة | سيجما | S7907 | |
| <قوي>تشريح: < / قوي> | |||
| 50 مل قارورة مع 4٪ PFA | |||
| Bochem ملعقة كيميائية 180 مم | مقص بوتشيم | 230331000 | |
| ناعم - | أدوات | العلوم الدقيقة شارب14063-11 | |
| Noyes Spring Scissors | Fine Science | Tools 15011-12 | |
| زوج من الملقط الناعم (Graefe) | أدوات العلوم الدقيقة | 11050-10 | |
| زجاجية أو بلاستيكية ضحلة ، حوالي 10 × 10 بوصات | |||
| ملاقط قياسية | أدوات العلوم الدقيقة | 11027-12 | |
| مقص جراحي - بلانت | فاين ساينس أدوات | 14000-20 | |
| < قوية > تقطيع: < / قوي > | |||
| أجار ، مصنع | RPI | 9002-18-0 | |
| Vibratome | Leica | VT1000s | |
| لوحة البئر | القلوية العلمية. | TPN1048-NT | |
| strong> تلطيخ: < / قوي> | |||
| AB الوسائط: | 1n 1,000 مل من Millipore H2< / sub> | ||
| O فوسفات مخزن (PB): | |||
| فوسفات البوتاسيوم أحادي القاعدة | Sigma | P5655 | |
| فوسوهات الصوديوم ثنائي القاعدة | Sigma | S7907 | |
| BSA (ألبومين مصل الأبقار) | Sigma life science | A2153-100g | |
| كلوريد الصوديوم | فيشر الكيميائية | s271-1 | |
| Triton X-100 | Sigma - Aldrich | x100-500ml | |
| Nissl 435/455 | Invitrogen | N21479 | |
| CARS: < / strong> | |||
| APE بيكو زمرد ليزر | Angewandte Physik & Elektronik مرشح ممر النطاق الترددي GmbH | ||
| (420-520 نانومتر) | النطاق الترددي Chroma Technology | HQ470 / 100m-2P | |
| (500-530 نانومتر) | النطاق الترددي Chroma | Technology HQ515 / 30m-2P | |
| (640-680 نانومتر) | Chroma Technology | HQ660 / 40m-2P | |
| مجهر متحد البؤر | أوليمبوس | FV1000 | |
| قطع نقل ماصة | فيشر | 13-711-7M | |
| ممر طويل اللون ثنائي اللون 565 نانومتر | تقنية كروما | 565dcxr | |
| ممر طويل اللون ثنائي اللون 585 نانومتر | تقنية كروما | 585dcxr | |
| ممر ثنائي اللون 750 نانومتر | تقنية Chroma | T750spxrxt | |
| طبق ثقافة قاع زجاجي | MatTek | P35G-0-10-C | |
| وزن الزجاج (10 مم × 10 مم قضيب بورو) | ألين ساينتيك Glass Inc | ||
| مرشح انبعاث ممر قصير متعدد الفوتون 680 نانومتر | تقنية Chroma | ET680sp-2p8 | |
| PBS |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.