迭代漂白扩展多重性(IBEX)技术与商用核苷酸标记试剂盒(Click-iT EdU)相结合,能够在固定的冷冻小鼠组织切片中检测并分类高度动态过程中的分裂细胞类型。此外,一种新型的开源图像处理流程可实现高通量的图像采集与分析。
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迭代漂白扩展多重性(IBEX)技术与商用核苷酸标记试剂盒(Click-iT EdU)相结合,能够在固定的冷冻小鼠组织切片中检测并分类高度动态过程中的分裂细胞类型。此外,一种新型的开源图像处理流程可实现高通量的图像采集与分析。
皮肤损伤会启动一个复杂的再生级联反应,涉及多种细胞类型。其中,外周胶质细胞在确保修复过程成功中发挥关键作用。然而,由于现有技术的局限性,我们对这些过程的理解仍不完整。因此,本研究采用迭代漂白扩展多重性(IBEX)方法,利用针对参与组织再生的关键细胞类型和结构所表达蛋白的抗体,对皮肤细胞组成的变化进行表征。值得注意的是,针对细胞增殖标志物的抗体常常低估皮肤中分裂细胞的数量。为克服这一局限,将Click-iT EdU化学法与IBEX方法相结合,从而实现对增殖细胞类型的详细鉴定。通过使用全自动转盘共聚焦显微镜,建立了针对24孔板中切片样本的高通量迭代成像工作流程。该方法不仅拓展了IBEX技术在细胞状态评估中的应用 原位 使用Click-iT EdU,还引入了一种新型开源图像处理流程,可实现图像校正、拼接和配准,且无需研究人员具备丰富的编程经验即可使用。此外,还提供了关于处理和可视化高度多重成像数据的详细文档(使用包括Fiji和QuPath在内的常规图像分析软件)。总之,本方案突出了IBEX方案的多功能性,并展示了其在现有常规成像平台上的适用性。值得注意的是,将IBEX与Click-iT EdU标记相结合,能够在空间分辨率下检测并分类完整组织中以及高度动态过程中活跃分裂的细胞类型。
皮肤是人体最大的器官,也是保护机体免受外界环境侵害的原始屏障1。因此,皮肤暴露于多种外部挑战之下,这些挑战会损害其屏障功能。为此,皮肤已进化出复杂的机制,以在受损后恢复组织的完整性和功能。皮肤伤口愈合分为三个重叠的阶段:炎症期、增殖期和成熟/重塑期。这三个阶段涉及多种不同类型的细胞,如真皮成纤维细胞和免疫细胞,它们协同作用,恢复受伤皮肤组织原有的生物学特性1,2,3。
皮肤是一个神经支配密集的器官,已知神经支配对于成功的修复过程至关重要4,5,6。除了轴突信号传导4,7,8之外,通常包绕轴突的外周胶质细胞也参与了成功的组织再生过程9,10,11。然而,在皮肤组织再生等动态过程中,诸如外周胶质细胞这类低丰度细胞类型的生物学作用仍不清楚。为了更准确地确定这些细胞的功能,关键在于分析其细胞微环境以及在再生过程中可能与之相互作用的邻近细胞类型。此外,由于细胞增殖是组织再生的关键阶段,因此在整个修复过程中准确检测和分类增殖性细胞类型显得尤为重要。
多重、高内涵的光学成像方法(如IBEX12)已被开发用于表征细胞组成、可视化并量化细胞间相互作用,并在空间分辨率下解析复杂组织内的微环境模式。与其他多重检测方法需要专用仪器和 proprietary 试剂不同,IBEX 的一个显著优势在于,其可在标准研究环境中利用 commercially available 的抗体、试剂和显微镜以相对较低的成本建立。尽管在IBEX panel中常用的抗Ki-67抗体在多种组织中均能可靠地标记增殖细胞类型13,14,但在急性小鼠皮肤伤口的固定冷冻组织切片中,Ki-67阳性(Ki-67+)细胞数量相较于其他方法被发现低估。因此,我们将Click-iT EdU化学标记技术与IBEX相结合,发现EdU+细胞的数量更能准确反映其他方法所获得的增殖细胞总数。
此外,通过使用全自动转盘共聚焦显微镜,建立了高通量工作流程,用于对置于24孔板中的组织切片进行迭代成像。随后,通过将多个开源Python工具整合为一种新颖的图像处理流程,对所得图像进行处理,该流程可校正光照不均、完成单幅图像的拼接,并最终实现图像配准。具体而言,采用BaSiCPy库15进行光照校正,使用m2stitch库进行图像拼接,并利用相位互相关法进行周期间配准。配准后的图像以OME-TIFF格式保存,随后可导入常规图像分析软件(如Fiji17和QuPath18)中进行进一步处理,完成细胞类型分类以及其他测量分析,例如信号强度和距离计算。综上所述,本实验方案使我们能够对再生皮肤中的主要细胞类型进行详细且高效的表征,尤其聚焦于周围胶质细胞群体所处的细胞微环境。
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所有动物的繁育、饲养和实验均依照瑞士苏黎世州兽医办公室的指南进行。
1. 全层皮肤伤口(第0天)
2. 样品制备(第1天)
3. 组织包埋、EdU点击化学反应及抗体免疫标记,IBEX循环1(第1天)
4. 二抗免疫标记与细胞核复染(第2天)
5. 第一次IBEX循环(第2天)的显微镜设置与成像
6. 荧光团淬灭(第2天)
7. IBEX 循环(第 2 天)
8. 图像处理(第2天)
9. 图像分析(第2天)
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该方法通过将EdU Click-iT化学法与IBEX技术结合,可在固定的冷冻小鼠皮肤切片中充分检测增殖性细胞类型。我们比较了不同方法对增殖性细胞类型的检测效果,特别是使用Ki-67抗体标记增殖性细胞类型,以及采用EdU Click-iT化学法检测细胞增殖(图1)。我们观察到,在固定的冷冻小鼠皮肤切片中,Ki-67抗体标记低估了增殖细胞的数量(图1B、D),而EdU掺入法能准确反映增殖细胞的数量(图1A、C)。EdU掺入法所得结果与流式细胞术结果(图1G)以及经甲醛固定石蜡包埋(FFPE)组织切片上的Ki-67免疫标记结果(图1E–G)进行了比较。这些结果表明,在固定的冷冻小鼠皮...
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细胞增殖是皮肤修复的四个主要阶段之一,而炎症期向增殖期的过渡对于成功的修复过程至关重要20。良好的免疫应答调控十分关键,因为持续的炎症可能导致慢性伤口,这是一个重要的全球健康问题1,21。增殖是一个关键的生物学过程,不仅在组织修复中具有重要作用,也在生物体发育和疾病评估(包括癌变过程)中具有重要意义。目前存在多种测量细胞增殖的方法,既可通过细胞计数进行间接测定,也可通过免疫标记(如Ki-67标记)或DNA掺入试剂进行直接检测。Ki-67免疫标记作为一种广泛应用的诊断工具,已促成了Ki-67标记指数的建立,该指数被用于癌症患者的诊断与预后评估22,23,24。
在本实验方案中,我们通过广泛使用的细胞周期标志物Ki-67以及DNA掺入试剂...
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作者声明无竞争利益。
我们感谢显微镜与图像分析中心在MD ImageXpress显微镜使用方面提供的支持,以及实验动物服务中心在小鼠饲养方面的协助。L.S.的研究得到了瑞士国家科学基金会两项资助(310030_192075和310030_207801)、瑞士癌症研究基金会资助(KLS-5391-08-2021)以及SKINTEGRITY.CH合作研究联盟的支持。S.S.的研究得到了苏黎世大学博士后资助(FK-22-056)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 抗体和试剂 | 来源 | 标识符 | 备注 |
| 抗体 | |||
| CD31 Alexa Fluor 647(循环2) | BioLegend | Cat#102516 | 1:100 |
| AB_2161029 | |||
| CD45 Alexa Fluor 488(循环2) | BioLegend | Cat#103122 | 1:100 |
| AB_493531 | |||
| Ki-67 FITC(循环1) | BioLegend | Cat#151212 | 1:50 |
| AB_2814055 | |||
| Ki-67 鸡源抗体(ck) | LSBio | Cat#LS-C772946 | 1:800 |
| Ki-67 大鼠源抗体(rt) | BioLegend | Cat#652402 | 1:100 |
| AB_11204254 | |||
| 神经丝蛋白H&M(NF-H/NF-M)Alexa Fluor 647(循环3) | BioLegend | Cat#837710 | 1:300 |
| AB_2734613 | |||
| p75NTR(循环1) | Cell Signaling Technology | Cat#8238 AB_10839265 | 1:1500 |
| 波形蛋白Alexa Fluor 488(循环3) | BioLegend | Cat#699305 | 1:100 |
| AB_2888889 | |||
| Alexa Fluor 647 驴抗兔二抗 | Jackson ImmunoResearch | Cat#711-605-152 | |
| 试剂 | |||
| Cellvis 24孔玻璃底培养板 | Cellvis | P24-1.5H-N | |
| 铬明矾明胶 | Newcomer Supply | Cat#1033A | |
| Click-iT EdU试剂盒 | Thermo Fisher Scientific | C10637 | |
| Hoechst 33342 | Sigma-Aldrich | Cat#14533; CAS# 23491-52-3 | |
| LiBH4,硼氢化锂,95% | Thermo Fisher Scientific | Cat#10438443 | |
| Tissue-Tek O.C.T. 包埋剂(Sakura) | Biosystems Switzerland | Cat#7109-4583 | |
| PBS | Thermo Fisher Scientific | Cat#10010-015 | |
| Superfrost Plus黏附载玻片 | Epredia | Cat#J1800AMNZ | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | Cat#T8787 | |
| 设备 | |||
| 毛刷 | Faust AG | Cat#9172051 和 9172050 | |
| 切片机刀片 | Biosystems Switzerland | Cat#207500011 | |
| 显微镜 | Molecular Devices, ImageXpress Confocal HT.ai | ||
| 烘箱 | Thermo Fisher Scientific | Cat#HBMCR4220 | |
| 摇床振荡器 | Edmund Bühler GmbH | Cat#32310015 |
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