本文提供了一种简便、低成本且省时的化学固定方法,使用丙烯醛固定剂固定灵长类动物脑组织,可实现长期保存,并适用于透射电子显微镜所需的包埋前免疫组织化学分析。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文提供了一种简便、低成本且省时的化学固定方法,使用丙烯醛固定剂固定灵长类动物脑组织,可实现长期保存,并适用于透射电子显微镜所需的包埋前免疫组织化学分析。
尽管光学显微镜技术取得了所有进步 在神经科学领域,电子显微镜仍是研究和表征神经元超微结构与形态细节(如突触连接)的唯一工具。通过严格的冷冻固定方法可实现脑组织在电镜观察中的良好保存,但这些技术成本较高,且限制了免疫标记的应用——而免疫标记对于理解特定神经系统的连接性至关重要。为此,已发展出冷冻置换技术,以实现冷冻固定与免疫标记的结合。然而,这些方法的可重复性通常依赖于昂贵的冷冻设备。此外,该技术获得可靠结果的过程耗时较长,且对操作技能要求较高。因此,传统的化学固定脑组织方法,特别是使用丙烯醛作为固定剂的方法,仍然是将电子显微镜与免疫组织化学相结合的一种高效、低成本的方案。本文提供了一种可靠的实验流程,采用化学丙烯醛固定法,可有效保存灵长类动物脑组织,并适用于包埋前免疫组织化学染色及透射电子显微镜观察。
光学显微镜技术,包括共聚焦显微镜和双光子显微镜,已被证明是研究 体内 神经元突起等结构1,2尽管光学显微镜(LM)水平的典型空间分辨率约为200 nm,但近年来利用不同光源(如极紫外光和软X射线显微技术)的技术进步已显著将该分辨率提升至接近10 nm的空间分辨率。3,4,5其他成像技术的进步包括磁共振成像与组织学的结合,为测量髓鞘厚度提供了一种新方法 体内,这一参数传统上仅能在电子显微镜(EM)水平下测量6,7尽管在光学显微镜(LM)水平上的这些进展为研究生命过程提供了极佳的工具,但对突触接触等结构进行详细观察和表征仍需依赖电子显微镜(EM),其分辨率可达0.5 nm。然而,电子显微镜观察要求样品必须死亡并在一定程度上经过化学固定剂处理和脱水等处理方式,以保持细胞结构的完整性。因此,由于电子束引起的辐射损伤、对比度低、膜结构的形变,或在脱水及环氧树脂包埋后可能出现的假象,高分辨率下生物样品的观察仍具有挑战性。8,9,10.
通过使用"Cryo EM of Vitrified Sections" 或 CEMOVIS 技术,可将样本以接近天然状态的形式保存,用于结构分析。该方法涉及将样本快速冷冻并包埋于玻璃态冰中,随后在低温电子显微镜下观察超薄切片11,12。此技术可在样本保持固态且充分水合的状态下进行观察,从而避免脱水过程所导致的结构伪影13。然而,该方法需要配备用于冷冻超薄切片的额外设备,以及对常规电镜进行低温观测所需的附加装置,导致显著增加的成本。此外,CEMOVIS 方法无法应用免疫标记技术,因为抗体通常需在室温(RT)下孵育。另一种替代方案是采用冷冻置换法,将冷冻固定的样本在低温保护性化学试剂中缓慢解冻,随后包埋于Lowicryl等特殊树脂中,从而实现超微结构分析与免疫组织化学的结合12。可在包埋后对此类样本进行免疫标记。然而,冷冻置换与冷冻固定技术耗时较长,需安装额外设备,且样本仍需暴露于有机溶剂和化学固定剂中,即使在低温条件下,也可能改变细胞的超微结构14,15。因此,尽管光学显微镜和电子显微镜技术均已取得显著进展,化学固定脑组织(特别是使用丙烯醛固定)仍是将免疫组织化学与电镜技术相结合的一种低成本且高效的方法16。
近几十年来,人们进行了许多尝试,以寻找能够提供最佳组织保存效果的醛类混合物。在20世纪60年代之前,唯一可用于电镜(EM)且效果可接受的化学固定剂是四氧化锇。然而,四氧化锇具有高度毒性和昂贵成本,限制了其通过血管系统用于固定脑等器官。丙烯醛于20世纪50年代末被引入,作为一种适用于电镜观察细胞结构的动物组织保存的可靠方法17。与其他醛类相比,丙烯醛在浸入式固定时能更深入地渗透组织,反应速度更快,并能良好保存细胞质成分,同时使组织收缩最小化17。这一特性使得丙烯醛固定在新鲜组织中的应用明显优于其他醛类,能够更准确地定位活体分子化合物,如酶和其他蛋白质18。事实上,多年来丙烯醛固定已被验证为一种简便、高效且低成本的电镜水平可视化方法,适用于多种物种(包括两栖类和啮齿类),因其能有效稳定肽和蛋白质、保留抗原性,并在与其他醛类固定剂联合使用时提供相对完整的超微结构16,18,19,20,21。针对啮齿类动物的丙烯醛固定方案此后已实现标准化并被广泛使用,尤其是Pickel研究组将其应用于电镜水平的双重免疫标记16,22。少数研究组已在非人灵长类脑组织中使用丙烯醛固定23。然而,据我们所知,目前仅有一篇已发表的方案详细描述了适用于非人灵长类且兼容电镜免疫标记的丙烯醛化学固定方法24。
本文提供了一种简便且可靠的方法,可使用丙烯醛对非人灵长类动物脑组织进行高效的化学固定,从而实现长期保存,并可用于包埋前免疫标记及透射电镜检查。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
伦理声明:所有涉及动物的实验方案均经拉瓦尔大学动物保护委员会(Comité de Protection des Animaux de l'Université Laval)批准,并遵循加拿大动物护理委员会《实验动物护理与使用指南》(第2版)的规定。本文所述方案针对体重约800 g的成年动物进行了优化。固定剂的用量应根据动物体型进行相应调整。
1. 心脏灌注溶液的制备
2. 经心脏灌注与脑组织解剖
3. 包埋前免疫组织化学(图1C)
4. 用于电子显微镜观察的四氧化锇固定与包埋
5. 透射电子显微镜超薄切片观察的样品制备
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本部分展示了在透射电子显微镜水平观察经3%丙烯醛与4%多聚甲醛混合液化学固定后的灵长类动物脑组织免疫染色样本所获得的代表性结果。超微结构保存良好,表现为髓鞘相对完整,双层膜结构清晰可见(图2A)。突触连接以及来自微环境的神经元结构可被明确识别(图2B)。在电镜下,以二氨基联苯胺(DAB)免疫沉淀物标记的神经元结构因其胞质或轴浆内充满沉淀物而得以辨认。质膜以及细胞器的外表面也通常可见电子致密沉淀物的包被(图3)。
在本实验中,我们使用了针对5-羟色胺转运体(SERT)、胆碱乙酰转移酶(ChAT)或酪氨酸羟化酶(TH)的抗体,以可视化松鼠猴苍白球外侧段(GPe)或内侧段(GPi)中经免疫标记的神经元结构(图3)。为此,我们采用了一种固定液组合,既能保持抗原性,又能保存超微结构,从而实现细致的形态学观察。尽管上述经心灌流固定...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文介绍了一种可靠的非人灵长类动物经心脏灌注及适用于电镜样本检测的包埋前免疫组织化学染色方案。尽管典型的冷冻电镜技术(如CEMOVIS)能够良好地保存脑组织超微结构,但其限制了免疫组织化学染色的应用12。其他技术,包括冷冻置换和Tokuyasu法,虽可实现包埋后免疫染色,但由于过程中需要额外设备,成本较高,且耗时较长、技术难度大12,14,15。此外,为了有效使用冷冻固定方法,样本必须相对较小(使用高压冷冻时厚度不超过200 µm28,常压下仅为10 µm29)。理想情况下,灵长类脑组织的冷冻固定需取自活检样本,这会导致难以准确定位目标区域。该问题必须通过立体定位坐标来规避。上述采用丙烯醛化学固定结合包埋前免疫染色的技术,为灵长类脑组织样本制备和电镜水平的免疫标记提供了一种简便、低成本、高效且可靠的方法。按照本...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
本研究由加拿大自然科学与工程研究理事会(NSERC,项目号 401848-2011,授予 M.P.)提供资助。M.P. 获得了魁北克健康研究基金会(Fonds de recherche du Québec-Santé (FRQ-S))的职业奖项。L.E. 获得了魁北克健康研究基金会的博士奖学金(FRQ-S 14D 29441)。我们感谢 Marie-Josée Wallman 提供的技术支持。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 无水磷酸氢二钠(Na2HPO4) | Fisher scientific | S374-500 | |
| 一水合磷酸二氢钠(NaH2PO4·H2O) | EM Science | SX0710-1 | |
| 氯化钠(NaCl) | Fisher scientific | S271-3 | |
| 羟甲基氨基甲烷(THAM) | Fisher scientific | T370-500 | |
| HCl | EMD | HX0603-3 | 1 N 稀释液。产品具有腐蚀性。使用时应采取适当防护措施。 |
| NaOH | EMD | SX0590-1 | 5 N 稀释液。产品具有腐蚀性。使用时应采取适当防护措施。 |
| 多聚甲醛(PFA) | Sigma | P6148 | 4% 稀释液。粉末形式高度挥发且剧毒。应在通风橱内谨慎操作,并采取适当防护措施。 |
| 丙烯醛(90%) | Sigma | 110221 | 3% 稀释液。产品剧毒。应在通风橱内操作,并采取适当防护措施。 |
| 尸体解剖通风台 | Mopec | CE400 | |
| 电子灌注泵 | cole parmer | masterflex L/S 7523-90 | |
| 灌注针头 | terumo | NN-1838R | 18 G 11/2 |
| 针头 | terumo | NN-2713R | 21 G 1/2 |
| 氯胺酮 | 20 mg/kg | ||
| 赛拉嗪 | 4 mg/kg | ||
| 乙酰丙嗪 | 0.5 mg/kg | ||
| 手术刀 | |||
| 手术刀片 | Feather lance | 201011 J9913 | 手术使用 No.22,电镜使用 No.11 |
| 手术剪 | |||
| 咬骨钳 | |||
| 振动切片机 | Leica | VT 1200S | 每次使用前校准刀片(在设备允许的情况下) |
| 振动切片机刀片 | Gillette | GIN 642107 | |
| 甘油 | Fisher scientific | G33-4 | 30% 稀释液 |
| 乙二醇 | Fisher scientific | E178-4 | 30% 稀释液 |
| 硼氢化钠(NaBH4) | Sigma | S-9125 | |
| 正常马血清(NHS) | Jackson immunoResearch Laboratories | 008-000-121 | 2% 稀释液 |
| 冷鱼明胶 | Aurion | 900.033 | 0.5% 稀释液。原始产品浓度为 40% |
| 一抗,SERT | Santa Cruz biotechnology | SC-1458 | 1/500 稀释 |
| 一抗,ChAT | Chemicon (Millipore) | AB144P | 1/25 稀释 |
| 一抗,TH | ImmunoStar | 22941 | 1/1,000 稀释 |
| 生物素化二抗,山羊来源 | Vector laboratories | BA-9500 | 1/1,000 稀释 |
| 生物素化二抗,小鼠来源 | Vector laboratories | BA-2000 | 1/1,000 稀释 |
| Vectastain Elite ABC 试剂盒 | Vector laboratories | PK6100 | 每毫升 A 和 B 各 8.8 µL |
| 3,3'-二氨基联苯胺(DAB) | Sigma | D5637 | 0.05% 稀释液。粉末形式高度挥发且有毒。废弃物不得倒入水槽。 |
| 过氧化氢(H2O2)30% | Fisher scientific | H-323 | 0.005% 稀释液 |
| 四氧化锇(OsO4) | Electron microscopic science | 2% 19152 4% 19150 | 原始溶液可为 2% 或 4%。注意计算最终 1% 稀释液时所用的浓度。产品对光极为敏感。锇具有高度毒性。仅可在通风橱内使用,并采取适当防护措施。 |
| Durcupan 防水环氧树脂 | Sigma | A: M 环氧树脂(44611) B: 固化剂 964(44612) C: 加速剂 960(DY 060)(44613) D: 增塑剂(44614) | 聚合前在 58 °C 下加热 48 小时,之后方可作为废弃物处理。 |
| 铝制样品杯 | Electron microscopic science | 70048-01 | |
| 乙醇 | commercial alcohols | 1019C | 用蒸馏水稀释至适当浓度 |
| 环氧丙烷 | Electron microscopic science | 20401 | 有机溶剂。高度挥发且有毒。应在通风橱内使用。 |
| 未镀膜中等载玻片 | brain research laboratories | 3875-FR | 用矿物油涂抹表面 |
| 塑料膜(Aclar 包埋膜) | Electron microscopic science | 50425-25 | 用矿物油涂抹表面 |
| 超薄切片机 | Leica UC7 | EM UC7 | |
| 钻石修块刀(ultratrim) | Diatome | UT 1081 | 也可使用玻璃刀替代 |
| 45° Diatome 钻石刀 | Diatome | MC13437 | 配备小舟 |
| 二甲苯 | Fisher scientific | X5SK-4 | |
| 150 目铜网 | Electron microscopic science | G150-cu | |
| 铜网盒 | Electron microscopic science | 71138 | 最多可存放 100 个铜网 |
| 柠檬酸钠 | Anachemia | 81983 | |
| 硝酸铅 | Sigma | L-6258 | 将 1.33 g 硝酸铅和 1.76 g 柠檬酸钠溶于 42 mL 预先煮沸并冷却的蒸馏水中,待硝酸铅完全转化为柠檬酸铅后,加入 8 mL 1 N NaOH,配制成储备液。pH 值应约为 12。溶液应储存于密封塑料瓶中,并避光保存。 |
| 注射器 | terumo | SS-05L | 5 mL |
| 注射器滤器 | Corning | 431222 | 0.2 µm |
| 吸水纸(bibulous paper) | Electron microscopic science | 70086-1 | |
| Parafilm 封口膜 | Laboratory film | PM-999 | |
| 矿物油 | Sigma | M5904 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。