透射电子显微镜与宫内转导相结合是一种研究神经系统发育过程中精细超微结构形态变化的有力方法。这种联合技术能够深入揭示神经可塑性相关结构细节的变化及其拓扑表征。
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透射电子显微镜与宫内转导相结合是一种研究神经系统发育过程中精细超微结构形态变化的有力方法。这种联合技术能够深入揭示神经可塑性相关结构细节的变化及其拓扑表征。
本研究结合子宫内转导与透射电子显微镜(TEM)技术,旨在对通过病毒转移方式将目标蛋白引入机体后所影响的明确解剖结构中的超微结构参数进行精确的形态计量学分析。这种联合方法可通过组织图谱中的解剖导航图,实现从宏观结构到超微结构识别的顺畅过渡。对子宫内转导组织进行高分辨率电镜观察,可揭示神经网的精细超微结构及其可塑性参数,包括突触小体横切面面积、小体内突触囊泡和线粒体的数量、突触接触长度、轴突横切面积、髓鞘厚度、髓鞘板层数量以及线粒体轮廓的横切面积等。对这些参数的分析可深入揭示神经系统中受遗传构建体病毒转移影响区域的超微结构可塑性变化。该联合方法不仅可用于研究基因工程生物分子和/或药物对神经可塑性的直接作用,还为研究子宫内神经可塑性修复提供了可能(例如在神经退行性疾病背景下)。
光子无法像电子一样穿透超薄组织样本达到其深度级别。这使得透射电子显微镜(TEM)在捕捉精细结构的纳米级分辨率图像方面相比光学显微技术具有不可估量的优势。例如,TEM可用于观察细胞内细胞器,如线粒体、黑色素体以及各种类型的分泌颗粒、微管、微丝、纤毛、微绒毛和细胞间连接结构(细胞表面特化结构),尤其是神经系统中的突触1,2,3,4。本方法学研究的总体目标是通过结合原位转导与透射电子显微技术的最新进展,揭示产前干预条件下神经可塑性发育过程中发生的超微结构变化。已有研究将病毒编码的目的蛋白通过原位转导方式导入中枢神经系统5,6,7,包括脊髓6。例如,原位转导联合TEM技术已被用于研究细胞黏附分子L1在L1缺陷型小鼠运动学习可塑性中的作用,特别是探讨L1与小脑神经元中核受体蛋白之间相互作用的影响7。
分析神经可塑性参数需要关于神经系统内最小区域定位的精确信息。因此,有必要描述超微结构细节及其相对于其他结构的精确拓扑方位。本研究介绍了一种特定的制备方法,旨在基于光学显微镜和电子显微镜对特定形态学区域进行详细研究。该方法结合了多种组织处理技术,首先对小鼠脑和脊髓进行子宫内转导,随后进行灌注固定、模具包埋,并将组织加工用于透射电子显微镜(TEM)观察。在包埋与组织用于TEM加工之间,一个关键步骤是利用干涉反射光技术对组织进行记录,该技术可实现组织样本的精确显微摄影和低倍率成像8,9,10。将该技术整合入本方法中,可使研究人员在组织进行TEM制样前,对其神经组织表面及切片剖面的拓扑结构和形态特征进行观察与分析。
一种用于切取全脑切片的特殊框架与立体定位坐标相对应。该框架有助于神经系统组织内特定区域的形态学三维(3D)重建,并可用于形态计量分析。可视化切片的宏观图像被赋予拓扑坐标,按序列编号的切片构成组织图谱中的定位图谱。
树脂处理后,根据上述组织图谱的地图,将包埋的组织切成含有选定区域的超薄切片(<70 nm)。对这些超薄切片进行透射电子显微镜(TEM)观察,以获得其内容物可塑性参数(例如突触小结或轴突纤维横截面轮廓面积)以及与复杂神经网内邻近结构形成接触的高分辨率图像。
通过本文所述方法,可实现从宏观结构到微观及纳米结构的平滑过渡,从而允许对神经元形态可塑性进行深入的比较研究 在子宫内 发育神经系统的转导
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所有涉及动物的实验程序均已获得德国汉堡州和北莱茵-威斯特法伦州各机构动物伦理委员会的批准。整个手术过程中须使用无菌器械、防护手套和无菌手术衣。
1. 子宫内转导
2. 分离组织的远程显微摄影
3. 透射电子显微镜用分离组织的制备
注意:所有后续孵育步骤均需在通风橱内的玻璃培养皿中进行,培养皿需带有可紧密封闭的盖子,并置于摇床上操作。
4. 超微结构神经可塑性参数的定量分析选择
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为了实现对小鼠可靠且快速的麻醉,已考虑了多种安全参数,结果表明麻醉设备的优化工作区是充分的(图1A)。该设备可精确控制液态异氟烷与环境空气的混合比例,满足对小鼠和大鼠等小型动物进行手术的要求。空气与异氟烷在蒸发器中按设定比例混合后,输送至麻醉箱或通过面罩给予动物(图1A)。废气清除系统可收集并灭活所产生的多余异氟烷气体,从而提供安全的工作环境。气体被收集后通过滤芯中的活性炭进行处理(图1A)。
一套经过优化的器械(图1B)使科研人员能够快速对怀孕小鼠实施手术。一种具有疏水特性的简单石...
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子宫内转导的一个关键步骤是注射操作。准确地将物质注射到脑室或其他目标区域需要丰富的经验和实际操作技巧。微毛细管的尖端越细,可能造成的组织损伤就越小;然而,这会增加注射所需的压力。与子宫内电穿孔19,20,21,22相比,子宫内转导后胚胎的存活率非常高。子宫角内的所有胚胎均可进行注射,即使胚胎位于子宫角根部,需要在子宫囊内重新调整位置。注射和分析的发育阶段可根据具体科学问题灵活调整。
当注射到脑室时,AAV1颗粒通过脑脊液分布至整个脑室系统。那些具有与脑脊液密切接触表面的发育中结构,例如海马和小脑,会被所施加的病毒颗粒转导5,6,7。对这些结构中...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢德国波鸿鲁尔大学医学院动物实验中心的同事们提供的支持与动物护理。
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