我们提供了一种示踪剂递送的实用指南 体内 并以脊髓小脑通路为模型系统,演示在小鼠中成功进行神经环路分析的关键步骤。我们详细描述了一种灵活的示踪方案,该方案利用与Alexa荧光染料偶联的小麦胚芽凝集素(WGA)。
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我们提供了一种示踪剂递送的实用指南 体内 并以脊髓小脑通路为模型系统,演示在小鼠中成功进行神经环路分析的关键步骤。我们详细描述了一种灵活的示踪方案,该方案利用与Alexa荧光染料偶联的小麦胚芽凝集素(WGA)。
神经回路被组织成功能性的拓扑图谱。为了可视化复杂的回路结构,我们开发了一种可可靠地标记多种拓扑投射全局模式的方法。小脑是研究神经回路有序排列的理想模型。例如,脊髓小脑苔藓纤维的区室化组织已被证明是研究苔藓纤维投射模式不可或缺的系统。我们最近发现,与Alexa 555和488偶联的小麦胚芽凝集素(WGA)可用于示踪发育期和成年小鼠中的脊髓小脑苔藓纤维投射(Reeber等,2011年)。我们发现WGA-Alexa示踪剂具有三个重要特性,使其成为标记神经投射的理想工具。第一,Alexa荧光染料亮度高,强度大,可在示踪后直接进行整体成像。第二,WGA-Alexa示踪剂能够标记发育期和成年神经投射的完整路径。第三,WGA-Alexa示踪剂可在顺行和逆行方向上快速运输。本文中,我们将详细描述如何制备示踪剂及其他所需工具、如何进行脊髓小脑示踪手术,以及如何最佳地对示踪后的投射进行三维成像。总之,我们提供了一套逐步操作的示踪方案,不仅有助于解析小脑中功能图谱的组织与连接性,也适用于大脑皮层、脑干和脊髓的功能图谱研究。
1. 示踪剂的递送 体内 采用无菌手术(第1.1–1.16节)
在整个操作过程中,建议采用标准的无菌外科技术。这包括使用无菌手套、手术衣和面罩。器械应在使用前进行高压灭菌,或先用清水彻底清洗,再用乙醇消毒。在手术过程中,尤其是在每只动物之间,应清除器械上的组织碎片,并使用热珠灭菌器对器械进行干热灭菌(Steri 250 货号 # 18000-45,Fine Science Tools)。此外,必须合理组织工作区域,设置专门用于动物准备(如剃毛等)、手术操作以及术后恢复的区域,以便于监测动物状态、提供保温措施并根据需要给予镇痛药物。成功开展可存活手术的关键在于降低感染风险,并实施积极的术后护理策略。有关本实验方案所需全部设备和试剂的详细信息,请参见下表。
2. 顺行示踪苔藓纤维的检测
3. 免疫组织化学
4. 显微镜观察与数据分析
动物
所有动物实验均根据阿尔伯特·爱因斯坦医学院机构动物护理与使用委员会(IACUC)批准的动物实验方案,依照机构指导原则进行。实验所用雄性和雌性远交系 Swiss Webster 小鼠(Taconic, Albany, NY)或近交系 C57BL6J 小鼠(JAX, Bar Harbor, ME)均维持于本实验室动物种群中,并用于所有研究。以检测到阴道栓的当天中午定为胚胎发育第 0.5 天。
5. 代表性结果:
脊髓小脑传入纤维在小脑中终止于矢状旁带状区域(图3;Voogd 等,1969;Grishkat 和 Eisenman,1995;Vogel 和 Prittie,1994;Vig 等,2005;Apps 和 Hawkes,2009;Sillitao 等,2010;Reeber 等,2011)。我们将 WGA-Alexa 示踪剂注入下胸段至上腰段脊髓,以证明:1)这些示踪剂可稳定地标记小脑中特定亚群的终末结构(图3;Reeber 等,2011);2)WGA-Alexa 示踪剂荧光强度高,可用于整体可视化整个小脑中的苔藓纤维拓扑分布模式(图3;Reeber 等,2011);3)WGA-Alexa 488 与 555 可联合使用,以在同一动物体内同时示踪多条神经通路(图4);以及 4)WGA-Alexa 示踪剂可与免疫组织化学染色兼容(图5)。在近期的研究中,我们发现 WGA-Alexa 示踪剂在向脊髓注射后仅 6 小时即可标记小脑中的终末结构,是示踪发育中神经通路结构的极佳选择(Reeber 等,2011)。

图1。 示踪剂递送设备的设置 体内. A. 手术区域的图像。 B. 胸下段至腰上段可通过手指沿椎骨滑动以触诊椎列中的隆起部位来确定。背侧椎板切除术应大致在该“隆起”的中部进行,该位置由黄色箭头指示。

图 2. 下胸段—上腰段椎骨节段在背侧椎板切除术前后的示意图。A. 小鼠脊柱下胸段—上腰段完整椎骨节段的示意图。B. 通过切除一个或两个椎骨节段的棘突进行背侧椎板切除术,切口位于关节突与背侧棘突之间的椎板中点处。

图 3. WGA-Alexa 示踪剂荧光强烈,可用于高分辨率下观察传入神经投射的拓扑结构。A. 示意图显示了 WGA-Alexa 555 标记的脊髓小脑神经元的起源与终止区域。B. 将 WGA-Alexa 555 注射至成年脊髓下胸段上腰段区域后的注射部位图像。C. 向脊髓下胸段-上腰段区域注射 WGA-Alexa 555 后,前部小叶的整装组织图像。D. WGA-Alexa 555 对脊髓小脑束的顺行示踪显示了冠状组织切片上可见的苔藓纤维条带。小叶以罗马数字标记,数字表示中线两侧的苔藓纤维条带(适用于所有图像)。比例尺:B,500 μm;C,500 μm;D,200 μm。

图4. WGA-Alexa示踪剂可高效地标记同一动物体内多条神经通路。A. 小鼠小脑的全组织示意图,总结了脊髓小脑苔藓纤维带的整体分布模式。将WGA-Alexa 555注射至腰段脊髓右侧,同时将WGA-Alexa 488注射至左侧相同节段。 B. 在穿过后部小叶的冠状组织切片上可见,两种WGA-Alexa示踪剂均被运输至小脑,并成功标记了不同的终末神经元亚群(另见Reeber等,2011)。缩写:分子层(ml);浦肯野细胞层(pcl);颗粒细胞层(gcl);白质(wm)。比例尺:B,100 μm。

图5. WGA-Alexa 示踪剂可与免疫组织化学和组织学结合使用,实现神经元及投射的三重标记。A. WGA-Alexa 555 被沉积在小脑第三叶的苔藓纤维末梢中。 B. ZebrinII 染色揭示了第三小叶中浦肯野细胞条带的排列。 C. 神经元和胶质细胞核的DAPI染色 D. 各图组合成的图像 A,B,以及 C 显示传入纤维带、浦肯野细胞条带和总体细胞结构的三重标记。 E-H方框区域的高倍放大图像 A-D. 普肯耶细胞条带编号沿用先前描述的方法(参见综述 (Apps and Hawkes 2009))。缩写:分子层 (ml);普肯耶细胞层 (pcl);颗粒细胞层 (gcl)。比例尺: D, 500 μm (适用于 A-C); H, 500 μm (用于 E-G).
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我们介绍了利用一种新型荧光标记方法,在发育期和成年小鼠中成功进行轴突和树突示踪所需的手术与技术细节。通过使用WGA-Alexa,我们展示了如何利用示踪剂和标记物以高分辨率和三维方式分析神经环路的投射图谱。
目前有多种示踪剂可用于神经环路的示踪,包括霍乱毒素亚单位B(Cholera toxin subunit B)、生物胞素(Biocytin)、神经生物素(Neurobiotin)、菜豆凝集素(Phaseolus vulgaris leucoagglutinin, PHAL)、荧光金(fluororuby)、荧光翠绿(fluoremerald)和荧光金(fluorogold)。此外,近年来基于遗传学和病毒的示踪技术表明,分子特征 distinct 的神经元亚群能够以高度精确的方式在拓扑结构上与其靶区相连。需要注意的是,尽管某些神经示踪剂主要沿顺行或逆行方向运输(例如分子量为10,000的BDA与分子量为3,000的BDA),但示踪分子通常在两个方向上均有运输。在我们的研究中,我们引入了WGA-Alexa系列示踪剂,作为分析拓扑投射模式的可靠神经解剖学工具。我们证明,WGA-Alex...
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未声明任何利益冲突。
本工作获得了叶史瓦大学阿尔伯特·爱因斯坦医学院向 RVS 提供的新研究者启动资金支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 微珠灭菌器 | Fine Science Tools | 型号 Steri 250 货号 # 18000-45 | |
| 电灼器 | Fine Science Tools | 货号 # 18000-00 | |
| 硼硅酸盐玻璃毛细管 | Harvard Apparatus | 货号 # 300056 | |
| 双级玻璃微量移液器拉制仪 | Narishige International | 型号 001-PC-10 | |
| 微量注射器 | Gilmont Instruments | 货号 # GS-1100 | |
| 小型动物立体定位仪 | Kopf Instruments | 型号 940-A | |
| 电极操纵器 | Kopf Instruments | 型号 960 | |
| 兽用护理舱 | Harvard Apparatus | 货号 # 340508 | |
| 加热垫 | Harvard Apparatus | 货号 # 341241 | |
| Leica DFC360 FX 相机 | Leica Microsystems | DFC360 FX | |
| Leica DFC490 相机 | Leica Microsystems | DFC490 | |
| Leica DM5500 显微镜 | Leica Microsystems | DM5500 | |
| Leica DFC3000 FX 相机 | Leica Microsystems | DFC3000 FX | |
| Leica MZ16 FA 显微镜 | Leica Microsystems | MZ16 FA | |
| CY3 滤光片 | Leica Microsystems | 型号 # 11600231 | |
| FITC 滤光片 | Leica Microsystems | 型号 # 11513880 | |
| A4 DAPI/UV 滤光片 | Leica Microsystems | 型号 # 11504162 | |
| 麦芽凝集素,Alexa Fluor 488 标记 | Invitrogen | 货号 #W11261 | |
| 麦芽凝集素,Alexa Fluor 555 标记 | Invitrogen | 货号 #W32464 |
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