本实验方案的目的是利用激光显微切割技术(LCM),从未经固定、新鲜切除的人类肠道组织中分离肠神经节,并获得高完整性的RNA样本。该方案包括制备速冻的人类肠道组织样本、冷冻切片、乙醇染色与脱水、激光显微切割以及RNA提取等步骤。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本实验方案的目的是利用激光显微切割技术(LCM),从未经固定、新鲜切除的人类肠道组织中分离肠神经节,并获得高完整性的RNA样本。该方案包括制备速冻的人类肠道组织样本、冷冻切片、乙醇染色与脱水、激光显微切割以及RNA提取等步骤。
本方法旨在利用激光显微切割技术(LCM),从未固定的新鲜切除的人类肠道组织中分离的肠神经节获取高完整性的RNA样本。我们已确定工作流程中的五个关键步骤,以确保从肠神经节中提取的RNA在质量和数量上均足以满足RNA测序的要求。第一,在制备肠道组织时,每个样本必须在将浆膜尽可能展平于大号底模底部之前,通过吸水纸彻底去除所有多余液体。随后,将样本迅速置于干冰与2-甲基丁烷混合物上进行速冻。第二,在组织切片过程中,应正确放置冷冻模具,使肠道切片与肌间神经丛的完整平面平行,从而在每张切片上获得最大面积的肠神经节暴露。第三,在激光显微切割过程中,采用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜载玻片可更快速、灵活地勾勒出肠神经节不规则的外形,便于高效收集。第四,为了在组织切片中清晰识别肠神经节,相较于水溶性染料,使用乙醇兼容性染料(如焦宁 Violet)能更好地保持RNA的完整性。最后,在从捕获的神经节中提取RNA时,我们发现不同商业RNA提取试剂盒在RNA产量和质量方面存在差异,其中某些试剂盒不仅能显著提高RNA的得率和纯度,还可有效去除DNA污染。在本方案中对上述各因素进行优化,可极大加快实验流程,并获得RNA质量和数量均极为优异的肠神经节样本。
本方法旨在利用激光捕获显微切割技术(LCM)从人肠道组织中获取高质量的肠神经节RNA样本。本文所述方案已优化,可获得适用于RNA测序(RNA-seq)的足够质量和产量的RNA,适用于新鲜切除、未经固定、速冻的人肠道组织。
功能性胃肠道疾病和肠道运动障碍影响着美国四分之一的人口。肠神经系统(ENS)通常被称为“第二大脑1”,在这些疾病中常处于核心地位,因为它在维持肠道稳态和运动功能中发挥着关键作用。目前对肠道运动的干预手段通常仅限于手术切除无神经节或无收缩功能的组织、长期饮食调整和/或药物治疗。令人意外的是,成年个体肠神经系统的完整转录组至今尚未完成测序,这极大地限制了我们识别肠神经系统中可用于药物靶向或干细胞治疗的分子的能力。
目前从人肠神经节中分离RNA的方法相对较少。第一种方法是细胞解离2,该方法需要较高的孵育温度和较长的孵育时间;而这两个因素均已被证实会促进RNA降解并改变转录组2,3。另一种替代方法——激光显微切割(LCM),能更可靠地保持转录组的完整性,并保护RNA的完整性。尽管已有若干研究采用LCM从新鲜冷冻的人类肠道组织中收集神经节4,5,6,但这些方法在实际操作中存在RNA质量与产量不佳、操作极为耗时,或需要对染色或RNA提取技术进行修改等问题。在LCM产品手册中发现的其他旨在保护RNA的LCM方案虽提供了进一步改进7,8,但在应用于肠神经节分离时仍需进行调整8,9。基于上述原因,我们结合这些资源开发了一种优化的实验方案,可从人肠神经节中获得大量高完整性的RNA,具有相对较快的操作流程,并能在大量样本中实现稳定一致的结果。
本研究概述了一套优化的实验流程,可从切除的人类肠道组织来源的肠神经节中分离出高完整性的RNA。我们的方法包含五个关键环节。首先,新鲜切除且未经固定的肠道样本应裁剪至合适尺寸,用实验室吸水纸去除所有多余水分,并置于大底座模具中压平,随后在干冰与2-甲基丁烷(2-MB)混合物上进行速冻。第二,应制备肠道组织的组织学切片,以在载玻片上获得肌间神经丛的完整平面,从而提供大量肠神经节。此步骤的成功在很大程度上依赖于组织制备过程。第三,由于肠神经系统(ENS)中神经节结构的不均一性,需使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜载玻片6,此类载玻片在激光显微切割(LCM)过程中具有最高的速度与精确度。第四,应选用与乙醇兼容的染料(如焦宁Y)对肠神经节进行染色,以保持RNA的完整性。最后,RNA提取过程对RNA测序(RNA-Seq)的成功至关重要。我们采用的RNA提取方法需满足以下要求:获得高完整性的RNA,当起始材料为少量肠神经节时仍能最大化RNA得率,彻底去除DNA污染,并尽可能保留多种RNA分子种类。
综上所述,本研究中对这些因素的优化显著加快了实验流程,并获得了RNA数量和质量均极佳的肠神经节样本。在大量样本中,实验结果具有高度一致性,表明该方法具有良好的可重复性。此外,我们已利用这些方法成功对数十个肠神经节RNA样本进行了测序。本文所强调的策略也可广泛适用于外周和中枢神经系统中特定神经节或细胞核的激光显微切割,以及其他需要分离高质量RNA的研究场景。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文所述所有方案均已获得范德堡大学机构审查委员会(IRB)批准。
1. 组织到达前的准备工作
2. 快速冷冻人肠道组织的制备
注意:整个过程可能需要45至80分钟每个肠段,具体时间取决于肠组织的质量。我们还建议在进行激光捕获显微切割(LCM)之前,收集质量控制样本以评估RNA质量和组织学特征。
3. 冷冻切片
4. 染色
注意:有关染色过程的概述,请参见表1。所有溶液均在标准的50 mL圆锥形离心管中配制。对管外表面使用RNase去污染溶液处理似乎并不能改善结果(数据未显示)。
5. 脱水
6. 激光显微切割(LCM)
7. RNA 提取
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
我们对现有方案进行了多项改进,能够利用激光显微切割技术(LCM)从人肠道样本中相对快速地采集肠神经节,并满足RNA测序(RNA-Seq)的质量标准。首先,我们优化了将肠道组织片段置于盛有干冰与2-甲基丁烷(2-MB)混合物的大型底模表面进行快速冷冻的步骤(图1B)。在冷冻切片及后续的激光显微切割过程中,最成功的做法是将肠段平放于底模内,黏膜面朝上(图1B-1C)。应确保底模底部尽可能平整,任何弯曲都会显著增加获取完整肌间神经丛横切面的难度。该方法可使组织轻松切出厚度为8 µm的切片(图1E),并完全省去染色过程中的组织固定介质(TFM)。我们发现TFM会干扰染色过程,从而影响肠神经节的识别。以该方向放置组织还可避免切到富含RNase的黏膜层12;尽管根据我们的经验,使用乙醇类染液在很大程度上可抑制这些RNa...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
该方法能够高效收集大量肠神经节,作为提取RNA用于RNA测序的来源。本文在最大限度保持RNA完整性的前提下,优化并加快了现有方案中的各个步骤。由于本实验流程中所有步骤相互关联,因此必须从研究初期即排除所有问题,并尽可能使所有样本的处理条件保持一致,以获得可靠的RNA测序结果。
从实验开始时起,如果器官捐献后组织采集与实验室接收处理之间的时间间隔(冷缺血时间)过长,RNA的完整性可能受到不利影响。鉴于这一问题,我们惊讶地发现,即使冷缺血时间长达24小时,仍能从肠道样本中提取出高质量的RNA。当肠道样本在低温保存液中被妥善冷藏和储存时,组织完整性和RNA质量可得到极好的保护。我们要求器官采集团队在采集时立即对肠道组织进行灌洗,以限制肠道暴露于消化酶、RNase及其他可能在此期间影响RNA质量的分子。我们发现,若肠道标本未完全灌洗,会显著降低样本的RIN值。
通过采用我们优化的肠道组织样本制备流程,能够避免将样本包埋在TFM中。由于TFM会与乙醇和二甲苯反应生成深棕色沉淀物,干扰肠神经节的观察,因此我们倾向于在样本中排除TFM的使用...
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。
我们感谢为本研究提供支持的捐献者及其家属。同时感谢国际医学研究所和田纳西器官捐献服务机构的工作人员,他们在本研究所需组织样本的采集协调工作中提供了帮助。本研究得到了美国国立卫生研究院(NIH)资助项目 OT2-OD023850(授予 EMS2)以及 NIH T32-DK007673 为 AMZ 提供的津贴支持。我们感谢范德堡大学转化病理共享资源中心工作人员提供激光显微切割仪的使用权限,并在组织制备方面给予指导。范德堡组织病理共享资源中心部分由 NIH 资助项目 P30-CA068485-14 和 U24-DK059637-13 支持。我们感谢华盛顿大学医学院遗传学系基因组技术应用中心在基因组分析方面提供的帮助。基因组技术应用中心部分由国家癌症研究所(NCI)癌症中心支持基金 #P30 CA91842(授予西特曼癌症中心)以及国家研究资源中心(NCRR,隶属于美国国立卫生研究院 NIH)和 NIH 医学研究路线图资助的 ICTS/CTSA 基金 #UL1TR002345 支持。本出版物的内容完全由作者负责,不代表 NCRR 或 NIH 的官方观点。
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 |
|---|---|---|---|
| 10% 中性缓冲福尔马林 | Sigma | HT501128-4L | |
| 2-甲基丁烷 | Fisher | O3551-4 | |
| 3 mL注射器 | BD | 309628 | |
| 50 mL 圆底离心管,聚丙烯材质 | 康宁 | 05-526B | |
| 一次性底模 37x24x5mm | 电子显微镜科学公司 | 5025511 | |
| Belzer UW 冷储存液 | 生命之桥 | N.A. | |
| CapSure 宏激光显微切割帽 | Arcturus, ThermoFisher | LCM0211 | |
| 保鲜膜,按压’n 封口 | 格拉德 | N.A. | |
| 乙酸焦油紫 | Acros Organics | AC405760025 | |
| 砧板 | 电子显微镜科学公司 | 63308 | |
| 乙醇,190-proof | Pharmco-AAPER | 111000190 | |
| 乙醇,200度 | Pharmco-AAPER | 111000200 | |
| 玻璃显微镜载玻片 | Fisher | 12-550-343 | |
| 手套,加长袖口 | Microflex | 19010144 | |
| 一次性外科手术服 | Kimberly-Clark | 19-088-2116 | |
| 托盘,20 L(大型聚丙烯灭菌盘) | Nalgene | 1335920B | |
| Kimwipes(大号) | Kimberly-Clark | 34120 | |
| Kimwipes(小号) | Kimberly-Clark | 34133 | |
| 激光捕获显微切割系统(ArcturusXT) | ThermoFisher | N.A. | |
| 徕卡冷冻切片机样本头,大型 40 mm | 东南病理仪器服务 | N.A. | |
| 光学显微镜 | Olympus | CX43 | |
| 显微镜物镜(20X) | 奥林巴斯 UPlanFl 20X/0.50 ∞/0.17 | N.A. | |
| 显微镜物镜(10X) | 奥林巴斯 UPlanFl 10X/0.25 ∞/- | N.A. | |
| 分子筛 | Acros Organics | AC197255000 | |
| 无核酸酶水 | Ambion | AM9937 | |
| PicoPure RNA 提取试剂盒 | 应用生物系统公司 | 12204-01 | |
| 研钵与研杵 | Kimble Kontes | 4621973 | |
| PEN膜LCM切片 | Arcturus, ThermoFisher | LCM022 | |
| 无RNase离心管,1.5 mL | Ambion | AM12400 | |
| RNaseZAP | Sigma | Sigma-R2020 | |
| RNA提取试剂盒 "A" (PicoPure) | 应用生物系统公司 | 12204-01 | |
| RNA提取试剂盒 "B" (RNeasy 微型试剂盒 | Qiagen | 74004 | |
| RNA提取方法 "C" (TRIzol) | Invitrogen | 15596-026 | |
| RNA提取试剂盒 "D" (RNeasy PLUS Mini试剂盒) | Qiagen | 74134 | |
| 防溅面罩,一次性面罩 | Fisher | 17-310 | |
| 手术剪,14.5 cm "锐-锐" | Fine Science Tools | 14002-14 | |
| 注射器滤器,醋酸纤维素(0.2 μm) | Nalgene | 190-2520 | |
| 组织冷冻介质 | 通用医疗健康数据 | TFM-5 | |
| 二甲苯 | Fisher | X3P1GAL |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。