يصف هذا البروتوكول استراتيجية عملية للتعجيل بخطوة التحقق من إحداثيات الحقن التجسيمي قبل إجراء تتبع الفيروس باستخدام الأصباغ والأقسام المجمدة.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
يصف هذا البروتوكول استراتيجية عملية للتعجيل بخطوة التحقق من إحداثيات الحقن التجسيمي قبل إجراء تتبع الفيروس باستخدام الأصباغ والأقسام المجمدة.
يشكل الحقن التجسيمي لمنطقة معينة من الدماغ تقنية تجريبية أساسية في علم الأعصاب الأساسي. عادة ما يبني الباحثون اختيارهم لمعلمات الحقن التجسيمي على أطالس دماغ الفئران أو المواد المنشورة التي تستخدم مجموعات / أعمار مختلفة من الفئران ومعدات تجسيمية مختلفة ، مما يستلزم مزيدا من التحقق من صحة معلمات الإحداثيات المجسمة. تعتمد فعالية تصوير الكالسيوم والتلاعب الكيميائي الوراثي والبصري الوراثي على التعبير الدقيق لجينات المراسل داخل المنطقة محل الاهتمام ، وغالبا ما تتطلب عدة أسابيع من الجهد. وبالتالي ، فهي مهمة تستغرق وقتا طويلا إذا لم يتم التحقق من إحداثيات منطقة الدماغ المستهدفة مسبقا. باستخدام صبغة مناسبة بدلا من الفيروس وتنفيذ التقسيم بالتبريد ، يمكن للباحثين مراقبة موقع الحقن مباشرة بعد إعطاء الصبغة. هذا يسهل التعديلات في الوقت المناسب لتنسيق المعلمات في الحالات التي توجد فيها تناقضات بين موقع الحقن الفعلي والموضع النظري. هذه التعديلات تعزز بشكل كبير دقة التعبير الفيروسي داخل المنطقة المستهدفة في التجارب اللاحقة.
تتطلب جميع أدوات التعديل العصبي الحديثة تقريبا ، بما في ذلك تسجيل الكالسيوم في الجسم الحي ، والأدوات البصرية الوراثية ، والأدوات الكيميائية الجينية ، استخدام إحداثيات مجسمة لاستهداف منطقة الدماغ محل الاهتمام1،2،3 ، مما يشكل أساس التلاعب العصبي. يتم تعريف الإحداثيات المجسمة لمناطق دماغ الفأر فيما يتعلق ب bregma و lambda ، المعالم العظمية على الجمجمة ، والتي تشكل ما يسمى بنظام الإحداثيات التجسيمية المشتقة من الجمجمة. يمكن أن يكون البريغما أو لامدا بمثابة نقطة الصفر للإحداثيات ثلاثية الأبعاد. المحاور الثلاثة هي الأمامية الخلفية (AP) ، والمتوسطة الجانبية (ML) ، والظهرية البطنية (DV) ، والتي تمثل المحاور y و x و z على الشاشة الرقمية للأدوات المجسمة. بالنسبة لمناطق الدماغ المعروفة ، يمكن الحصول على معلمات الإحداثيات المجسمة لمنطقة معينة من أطالس دماغ الفأر4 (على سبيل المثال ، Paxinos ودماغ فأر فرانكلين في الإحداثيات المجسمة) و / أو الأدبيات المنشورة 5,6. ومع ذلك ، من الضروري إجراء مزيد من التحقق بسبب الاختلافات في معدات التجسيم وعمر / أعداد الفئران المستخدمة من قبل باحثين مختلفين.
الهيكل هو أساس الوظيفة. تشكل الدوائر العصبية الأساس للعديد من وظائف الدماغ ، مثل الأنشطة المعرفية والعاطفة والذاكرة والوظائف الحسية والحركية1. يعد وضع العلامات على البنية والتلاعب بنشاط الدوائر العصبية أمرا حيويا لفهم وظيفة دائرة عصبية معينة. على مدى العقود الماضية ، تطورت المتتبعات العصبية عبر أجيال عديدة. اعتمدت الأبحاث المبكرة أغلوتينين جنين القمح (WGA) و phaseolus vulgaris agglutinin (PHA) كمتتبعات تقدمية ، والفلوروغولد (FG) ، الوحدة الفرعية لتوكسين الكوليرا B (CTB) ، الكاربوسيانين كمتتبعات رجعية. ومع ذلك ، على عكس المتتبعات الفيروسية ، لا يمكن لهذه المقتفيات العصبية التقليدية دمج الجينات الخارجية في المضيف ، ولا تتمتع بانتقائية نوع الخلية. في الوقت الحاضر ، أصبحت الاستراتيجية الفيروسية اقتراحا مهما خلال أبحاث علم الأعصاب الأساسية. لأغراض بحثية مختلفة ، يمكن اختيار أدوات فيروسية مختلفة 7,8. هناك فيروسات غير عبر المشبكي ، وفيروسات عبر متعدد المشابك (رجعية وتقدمية) ، وفيروسات عبر أحادي المشبك (رجعي وأمامي). تحتوي كل فئة على عدة أنواع لها خصائص كل منها.
تستغرق عملية الإعطاء والتعبير الفيروسي وقتا طويلا وموارد كثيفة الاستخدام ، وغالبا ما تستغرق أسابيع أو حتى أكثر. من بين النواقل الفيروسية المختلفة ، تم تحديد الفيروس المرتبط بالغدي كوسيلة واعدة لتوصيل الجينات ، مما يوفر نافذة واسعة تتراوح من 3 إلى 8 أسابيع بعد الحقن للإجراء التجريبي 7,8. مع تطور AAV ، يمكن إجراء التحليل بعد 2-3 أسابيع من إعطاء 9,10. تتطلب متتبعات الدوائر العصبية الأخرى ، مثل فيروس داء الكاذب (PRV) وفيروس داء (RV) ، فترة تتبع لا تقل عن 2-7 أيام11،12،13،14،15. وبالتالي ، فإن التحقق الأولي من موقع الحقن قبل مراقبة إشارات التألق يكون فعالا من حيث الوقت والتكلفة.
لتسهيل التحقق البسيط والسريع من الحقن التجسيمية ، في هذه الدراسة ، يتم إعطاء صبغة قبل النواقل الفيروسية ، ويمكن التشريح بالتبريد الباحثين من مراقبة موقع الحقن وتتبعه في غضون 30 دقيقة بعد الحقن.
أجريت جميع التجارب على وفقا لإرشادات الإبلاغ عن البحوث الحيوانية في التجارب الحية (ARRIVE) ودليل المعاهد الوطنية للصحة لرعاية واستخدام المختبر. تمت الموافقة على الدراسة الحالية من قبل لجنة رعاية واستخدام في مستشفى رينجي ، كلية الطب بجامعة شنغهاي جياوتونغ. تم استخدام الفئران الذكور C57BL / 6J البالغة من العمر ثمانية أسابيع في الدراسة الحالية. تم الحصول على تجاريا (انظر جدول المواد) وتم وضعها في أقفاص قياسية (22 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية ، 12 ساعة / 12 ساعة دورة الضوء / الظلام ، الطعام ، والماء حسب الرغبة).
1. اختيار مناطق الدماغ المستهدفة
ملاحظة: هذا إجراء معقم. تأكد من تعقيم جميع الأدوات الجراحية. رش القفازات بالكحول قبل ملامسة الأدوات الجراحية. تجنب لمس طرف الأدوات أو المنطقة الجراحية بالقفازات. تأكد من تخدير الفأر بشكل كاف قبل بدء الإجراء عن طريق التحقق من فقدان ردود الفعل الصحيحة وعدم الاستجابة للتحفيز الجلدي. قبل الحفر والحقن ، راقب عن كثب معدل التنفس (60-220 نفسا في الدقيقة ، بمتوسط 100-150 نفسا في الدقيقة) وسعة التنفس (يجب أن تكون متسقة وليست ضحلة أو عميقة بشكل مفرط). يجب ملاحظة أي تغييرات كبيرة في معدل التنفس أو السعة.
2. تحضير محلول الصبغة والحقن المجهري للدماغ
3. حصاد أنسجة المخ والتشريح بالتبريد
4. التصوير
نجحت هذه الدراسة في تحديد موقع الحقن في غضون 30 دقيقة باستخدام الطريقة المثبتة. في البداية ، تم حقن محلول تحميل عينة SDS-PAGE يحتوي على بروموفينول أزرق في LDTgV في الفئران C57 / BL. يوضح الشكل 1 أ تمثيلا تخطيطيا لحقن محلول الصبغة. يوضح الشكل 1 ب توزيع الصبغة الزرقاء في LDTgV.
كما تم حقن البروموفينول الأزرق في القشرة التمهيدية mPFC ، والقشرة تحت الحمراء mPFC ، واللوزة القاعدية (BMA) لتقييم عالمية هذا البروتوكول. كما هو موضح في الشكل 1C-E والشكل 2A ، تم توزيع الصبغة الزرقاء في القشرة التمهيدية mPFC ، والقشرة تحت الحمراء mPFC ، و BMA.
علاوة على ذلك ، تم حقن فيروس مرتبط بالغدي يحمل بروتين mCherry الفلوري في LDTgV (تم التحقق من الإحداثيات باستخدام محلول الصبغة). استغرق التعبير عن الفيروس أربعة أسابيع. يوضح الشكل 2 ب توزيع الخلايا العصبية mCherry + في LDTgV.

الشكل 1: حقن محلول صبغي. أ: مخطط تخطيطي لحقن محلول الصبغة. ب: توزيع الصبغة الزرقاء في LDTgV. (ج) توزيع الصبغة الزرقاء في القشرة الأولية mPFC. د: توزيع الصبغة الزرقاء في القشرة تحت الحليمية mPFC. ه: توزيع الصبغة الزرقاء في مادة BMA. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: توزيع الصبغة الزرقاء وتوزيع mCherry ينظر إليه تحت المجهر. (أ) توزيع الصبغة الزرقاء في القشرة التمهيدية mPFC (تكبير 10x ، شريط المقياس = 500 ميكرومتر). (B) صورة تمثيلية لتوزيع mCherry في منطقة LDTgV تم الحصول عليها بواسطة المجهر الفلوري (تكبير 10x ، شريط المقياس = 500 ميكرومتر). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
وصفت هذه المقالة استراتيجية مستقرة للتحقق من دقة حقن الدماغ التجسيمية 5,6 بسرعة أكبر وببساطة قبل تتبع الفيروس ، ولكن الجانب الذي لا يمكن الاستغناء عنه من التعبير الجيني للمراسل في منطقة الدماغ أمر بالغ الأهمية لوضع العلامات على منطقة الدماغ. سمحت الصبغة الزرقاء التي استخدمناها بالتصور الفوري لموقع الحقن.
تساهم العديد من الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول في تحسين دقة موقع الحقن. أولا ، ضمان مستوى الدماغ من اليسار إلى اليمين في الأداة المجسمة من الخطوة 1.5 ؛ تتطلب هذه الخطوة من المشغلين أن يكونوا على دراية بتشريح الجمجمة ، مما يضمن وضع قضبان الأذن في الموضع الصحيح. تعمل المقاييس الموجودة على قضبان الأذن والإطار التجسيمي أيضا كمرجع. ثانيا ، إيجاد نقطة الصفر بالضبط ، bregma ، في الخطوة 1.6 والخطوة 2.3. في بعض الأحيان ، يرجع التباين الكبير في الإحداثيات الموجودة في الخطوتين 1.6 و 2.3 إلى اختلاف كبير في تحديد موضع نقطة الصفر. هذا يمكن أن يؤدي إلى عدم قدرة إبرة الحاقن الدقيق على اختراق نافذة الجمجمة. في مثل هذه الحالات ، من الضروري إعادة وضع نقطة الصفر وإذا لزم الأمر ، يجب إنشاء نافذة جمجمة جديدة. على الرغم من ذلك ، لا يزال من الضروري إعادة إنشاء نقطة الصفر وإيجاد الإحداثيات من جديد في الخطوة 2.3 ؛ لا يمكن للمرء إدخال المحقنة الدقيقة مباشرة من نافذة الجمجمة التي تم إنشاؤها مسبقا.
بالمقارنة مع قطع دماغ غير مجمد في قالب شريحة دماغ الفأر ، توفر هذه الإستراتيجية نتيجة أكثر دقة لأن كتلة العينة الصلبة تتجنب الشفرة التي تضغط على الدماغ وتتسبب في إزاحة الصبغة من نقاط الحقن. علاوة على ذلك ، فإن أقسام الدماغ المقطوعة بواسطة قالب شريحة الدماغ أكثر سمكا نسبيا وغير مجدية لتوطين النوى الدماغية الصغيرة. ومع ذلك ، بالمقارنة مع عملية التقسيم بالتبريد القياسية لأنسجة المخ11،12،13،14،15 ، قمنا بتقصير مدة المعالجة بمقدار 72 ساعة على الأقل عن طريق تخطي خطوات الجفاف ، مما أدى إلى أن تكون أقسام الدماغ أكثر هشاشة وأكثر صعوبة في التقاطها على شريحة زجاجية ، مما يمثل نقطة ضعف رئيسية في هذا البروتوكول.
أثناء صنع نوافذ الجمجمة لحقن الصبغة ، فإن ربط مثقاب الأسنان بإحكام بالذراع التجسيمي ، بدلا من إمساكه باليد ، يجعل من السهل التحكم في عمق الحفر باستخدام مقبض الضبط الدقيق ، مما يقلل من إمكانية إتلاف أنسجة المخ.
في الختام ، قدمت هذه الدراسة طريقة واعدة للتحقق بشكل مبدئي من الإحداثيات المجسمة الدقيقة قبل تتبع الفيروس ، مما يجعل عملية وضع العلامات على الخلايا العصبية اللاحقة وتتبعها أكثر موثوقية.
يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح متنافسة.
المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (المنحة رقم 82101249 إلى XY Sun) ، مؤسسة أبحاث ما بعد الدكتوراه في الصين (منحة رقم 2022M722125 إلى XY Sun). برنامج شنغهاي للإبحار (منحة رقم 21YF1425100 إلى SH Chen). المشروع الخاص للبحوث السريرية التابع للجنة الصحة البلدية في شنغهاي (المنحة رقم 202340088 إلى J Zhou). المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (المنحة رقم 82101262 ل X Zhang ، المنحة رقم 82101287 إلى SH Chen).
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 1.0 وميكرو ؛ L ، حقنة الأعصاب ، موديل 7001 KH ، 32 جم ، بوينت ستايل 3 | هاميلتون | 65458-01 | |
| 200 & L ماصة نصائح | biosharp | BS-200-T | |
| 20 مل حقنة | يرجى مجموعة | ||
| 3٪ حل H2O2 | شركة Lircon | ||
| 6 آبار لوحة | Shengyou Biotech | 20006 | |
| Anerdian | Likang لوحة 31001002 | ||
| عالية التقنية مضادة للفة | Leica | 14047742497 | |
| BD الأنسولين حقنة | بيكتون وديكنسون وشركاه | 328421 | |
| بيند ملقط | مسنن Jinzhong | JD1050 | |
| Cellens برنامج البعد | أوليمبوس | ||
| مسحة قطن | فيشر Scientific | 23-400-122 | |
| Dapi-Fluoromount-G | Southernbiotech | 0100-20 | |
| Drill | Longxiang | ||
| فرش دقيقة | HWAHONG | ||
| مقص ناعم | Jinzhong | y00030 | |
| الفحص المجهري الفلوري | أوليمبوس | BX63 | |
| تجميد ميكروتوم | Leica | CM1950 | |
| ملقط مرقئ مستقيم مع الأسنان | Jinzhong | J31010 | |
| إبرة التسريب 0.7 مم | مجموعة تفضل | ||
| حقن هيدروكلوريد الليدوكائين | شركة الحصاد للأدوية | 71230803 | |
| العدسة المكبرة | M & G Chenguang القرطاسية | ||
| ذكر C57 / BL الفئران | معهد شنغهاي لأبحاث تنظيم الأسرة &ndash ؛ مختبر | ||
| الفئران شريحة الدماغ الإكليلية العفن | RWD علوم الحياة | 68713 | |
| أنبوب الطرد المركزي | الدقيق biosharp | BS-02-P | |
| شفرات Microtome | Leica | 819 | |
| مرهم العيون | Cisen Pharmaceutical Company | G23HDM9M4S5 | |
| paraformaldehyde | Biosharp | BL539A | |
| المضخات التمعجية | هارفارد جهاز | 70-4507 | |
| محلول ملحي مخزن بالفوسفات | Servicebio | G4202 | |
| Piette 2-200 & L | thermofisher | 4642080 | |
| SDS-PAGE تحميل عينة تحتوي على بروموفينول الأزرق | Beyotime | P0015A | |
| شفرات الحلاقة | BFYING | 91560618 | |
| الشرائح | Citotest 188105 | ||
| التجسيم | RWD علوم الحياة | 68807 | |
| ملقط تشريح مسننة | مستقيمة Jinzhong | JD1060 | |
| حامل حقنة | RWD Life Science | 68206 | |
| مقص المناديل | Jinzhong | J21040 | |
| Tissue-Tek O.C.T مركب | ساكورا | 4583 | |
| ثلاثي بروموإيثانول | Aibei التكنولوجيا الحيوية | M2910 |
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن