Name: 腭扩展口腔生物膜分析，荧光原位杂交和激光共聚焦显微镜 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-10-20T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 44 s
Description: 学习使用荧光原位杂交和激光共聚焦显微镜分析正畸矫治器上的天然口腔生物膜结构。该方法可识别不同细菌群的三维空间分布，为口腔微生物学和牙周病研究提供重要工具。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

本工作由格拉茨医科大学卫生基金（Hygiene Fonds）资助。所有受试者均签署了知情同意书。研究方案已获得格拉茨医科大学的机构批准。

1. 标本采集
<ol>
 <li>在口内使用4个月后拆除固定的腭部扩弓器。拆除前使用NOLA Dry Field System隔离矫治器（图1和图2）。</li>
 <li>使用已灭菌的钳子、手套和托盘拆除扩弓器，以避免引入污染（图3和图4）。</li>
 <li>将取出物置于Sarstedt 120 ml试管中，于-20°C保存。运送时保持冰上运输，并在24小时内送至实验室处理。</li>
</ol>
2. 生物膜固定
<ol>
 <li>使用无菌手术刀刮取生物膜碎片，或用无菌镊子收集生物膜片。</li>
 <li>加入冰浴的4% PFA溶液，直至完全浸没样品。</li>
 <li>将混合物在+4°C（切勿冷冻）孵育3至12小时。过长的固定时间或较高的固定温度可能导致革兰氏阴性菌细胞膜对寡核苷酸探针的通透性降低。</li>
 <li>去除PFA溶液，并用冰浴的1X PBS洗涤。重复此步骤2-3次，以彻底去除残留的PFA。</li>
 <li>将样品重悬于1体积冰浴的1X PBS中，再加入1体积冰浴的96%（v/v）乙醇。</li>
 <li>将样品储存于-20°C。按照本方案固定的样品可保存数月甚至数年。</li>
</ol>
3. 固定样品的脱水
<ol>
 <li>取5-30 μl经PFA固定的样品，滴加至载玻片上。</li>
 <li>在46°C下干燥约15分钟，或在室温下干燥更长时间。同时将溶菌酶和甲酰胺解冻。</li>
 <li>在室温下加入250 μl溶菌酶（1 mg/ml），作用10分钟，通过部分破坏细胞壁以促进探针进入细胞。</li>
 <li>将载玻片依次浸入50%、80%和96%（v/v）乙醇中，每种浓度各3分钟。乙醇浓度梯度的脱水作用将破坏细胞膜结构。</li>
 <li>在46°C下干燥载玻片10分钟。</li>
</ol>
4. 原位 杂交
<ol>
 <li>配制 1 ml 新鲜杂交缓冲液（各组分浓度见表1）。本研究中使用的甲酰胺浓度为：10%（EUBmix）、20%（Bac303、POGI、MUT590）或 45%（LGCmix）。</li>
 <li>解冻寡核苷酸探针溶液。解冻后的探针应置于冰上，并避免光照。</li>
 <li>将每种探针各取 2 μl 加入 200 μl 杂交缓冲液中，充分混匀后，将混合液加至载玻片上的脱水样品处。</li>
 <li>将一张滤纸放入方形培养皿中，并将剩余的杂交缓冲液倒在滤纸上。</li>
 <li>立即将载玻片水平放入培养皿中并盖上皿盖。于 46°C 恒温箱中孵育 1–5 小时（多数情况下 90 分钟即可）。该培养皿作为保湿室，防止杂交液从玻片上蒸发。特别是甲酰胺的蒸发可能导致探针非特异性结合至非靶细胞。</li>
 <li>配制 50 ml 洗涤缓冲液（各组分浓度见表2）。将洗涤缓冲液置于 50 ml 离心管中，并在水浴中预热至 48°C。洗涤步骤在 48°C 下进行。</li>
 <li>从杂交炉中取出含玻片的培养皿。立即用少量预热的洗涤缓冲液冲洗掉杂交缓冲液，然后将玻片转移至剩余的洗涤缓冲液中。</li>
 <li>将装有洗涤缓冲液和玻片的离心管放回水浴中，于 48°C 孵育 10–15 分钟。</li>
 <li>从离心管中取出玻片，迅速浸入冰冻的 ddH2O 中 2–3 秒，以去除残留的洗涤缓冲液。</li>
 <li>尽快将玻片晾干（建议使用压缩空气）。快速干燥可减少探针解离。</li>
 <li>干燥后的玻片可在避光条件下于 -20°C 保存数周，探针荧光信号不会显著减弱。</li>
</ol>
5. 显微镜观察
<ol>
 <li>FISH 及洗涤步骤完成后，在载玻片左右两端各加两滴抗荧光淬灭剂（冷冻切片在进行此步骤前应先恢复至室温）。</li>
 <li>盖上显微镜盖玻片，静置直至抗荧光淬灭剂均匀覆盖整个载玻片。注意抗荧光淬灭剂过量可能导致显微图像模糊。</li>
 <li>使用配备合适滤光片或激光器的共聚焦激光扫描显微镜观察样品。我们使用的是 Leica TCS 系统（HCX PL APO/63x；NA 1.2）。数据可使用 IMARIS 或 AMIRA 等软件进行分析。</li>
 <li>封片后含抗荧光淬灭剂的载玻片可在 +4°C（切勿冷冻）保存最多 7 天，之后探针荧光信号将开始减弱。或者，可用 ddH2O 去除抗荧光淬灭剂，将干燥后的载玻片于 -20°C 长期保存。</li>
</ol>
6. 代表性结果：
刮取固定正畸装置上的生物膜（图5）可获得适合的碎片（图6），可直接杂交到包被的玻片上用于显微镜观察。通过使用不同标记的特异性探针标记细菌rRNA，可在其天然的三维环境中识别口腔微生物组中不同类群的细菌（图7和图8）。在图7中，生物膜使用EUBmix（绿色，所有细菌）和LGCmix（黄色，厚壁菌门）染色。厚壁菌门呈现绿色，因其同时被黄色和蓝色染色。在图8中，生物膜使用EUBmix（红色，所有细菌）、Bac303（蓝色，拟杆菌门）和POGI（黄色，Porphyromonas gingivalis）染色。Porphyromonas gingivalis 显示为黄白色，因为三种探针均结合其DNA，颜色叠加后产生白色信号。还可识别不同类群细菌之间的形态学差异（图9和图10）。图9显示了球状细菌的大团簇，染色使用EUBmix（绿色，所有细菌）。图10展示了口腔细菌的不同形态，通过EUBmix（红色）染色可区分球状和丝状细菌。此外，还可通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）数据的三维建模处理生物膜典型的蘑菇样结构（图11和图12）<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/2967/Film1%20Klug%20Santigli%2001_2_JES_Web.mov">点击此处观看三维建模的动画视频。</a>
<img alt="上颌牙齿上的正畸扩弓装置；牙列排列与咬合矫正。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 1"> 
图1. 原位固定的腭部扩弓器 in situ。
<img alt="正畸扩弓器；牙科解剖结构；口内视图；腭部结构；牙齿间隙。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 2"> 
图 2. Nola Dry Field 系统。
<img alt="用于医疗操作的手术器械灭菌装置，包括器械、托盘和手套包装。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 3"> 
图 3. 已灭菌的镊子、手套和托盘。
<img alt="展示正畸颌骨扩张的牙科矫治器机制示意图。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig4.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 4"> 
图 4. 已移除的扩弓器。
<img alt="牙科模型修整，正畸研究；戴手套的手，精密切割工具，教学演示。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig5.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 5"> 
图 5. 使用无菌手术刀刮除生物膜。
<img alt="薄层色谱板、色谱过程、显示分离结果的斑点。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig6.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图6"> 
图6. 树脂碎片直接杂交到包被的玻片上。
<img alt="荧光显微镜图像、细胞结构、微生物相互作用、20μm比例尺。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig7.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图7"> 
图7. 共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像：特定细菌类群的区分。三维CLSM图像序列的二维叠加图。生物膜用EUBmix（绿色，所有细菌）和LGCmix（黄色，厚壁菌门）染色。
<img alt="荧光显微镜结果，用红色和蓝色蛋白标记物对细胞结构进行可视化。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig8.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图8"> 
图8. 共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像：特定细菌群的区分。三维CLSM图像堆栈的二维叠加图。生物膜使用EUBmix（红色，所有细菌）、Bac303（蓝色，拟杆菌门）和POGI（黄色，Porphyromonas gingivalis）染色。
<img alt="绿色荧光蛋白的显微图像，显示细胞培养中蛋白质的分布情况。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig9.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 9"> 
图 9. 共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像：特定形态的区分。三维CLSM图像堆栈的二维叠加。生物膜用EUBmix染色（绿色，所有细菌）。球菌细菌的大簇群（箭头所示）。
<img alt="荧光显微镜，红色荧光细菌分布，比例尺 20 μm，生物膜研究。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig10.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 10"> 
图 10. 共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像：特定形态的区分。三维CLSM图像堆栈的二维叠加。生物膜用EUBmix染色（红色，所有细菌）。可区分球状细菌（下方箭头）和丝状细菌（上方箭头）。
<img alt="共聚焦显微镜3D图像、光学切片、细胞结构可视化、荧光分析。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig11.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图11"> 
图11. 蘑菇状结构，从下方观察的3D视图。生物膜碎片堆叠（从正畸器具表面刮取），使用EUBmix染色，并通过IMARIS进行处理（CLSM图像）。
<img alt="共聚焦显微镜三维图像，光学切片，细胞结构可视化，荧光分析。" src="/files/ftp_upload/2967/2967fig11.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 11"> 
图12. 蘑菇状结构，三维侧视图。用IMARIS处理的生物膜碎片堆栈（从正畸器具表面刮取，CLSM图像）。
<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td colspan="4">杂交缓冲液（200 μl）</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>甲酰胺浓度</td>
 <td>10%</td>
 <td>20%</td>
 <td>45%</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>5 M NaCl</td>
 <td>36</td>
 <td>36</td>
 <td>36</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>1 M Tris-HCl</td>
 <td>4</td>
 <td>4</td>
 <td>4</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>2% SDS</td>
 <td>1</td>
 <td>1</td>
 <td>1</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>FA</td>
 <td>20</td>
 <td>40</td>
 <td>90</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>ddH2O</td>
 <td>138</td>
 <td>118</td>
 <td>68</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>任意FISH探针</td>
 <td>2</td>
 <td>2</td>
 <td>2</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>
表1. 杂交缓冲液的组分（体积单位为 μl）。
<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td colspan="4">洗涤缓冲液（50 ml）</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>甲酰胺浓度</td>
 <td>10%</td>
 <td>20%</td>
 <td>45%</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>5 M NaCl</td>
 <td>4500</td>
 <td>2150</td>
 <td>300</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>1 M Tris-HCl</td>
 <td>1000</td>
 <td>1000</td>
 <td>1000</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>0.5 M EDTA</td>
 <td>0</td>
 <td>500</td>
 <td>500</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>ddH2O</td>
 <td>44 500</td>
 <td>46 350</td>
 <td>48 200</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>
表2. 洗涤缓冲液的成分（体积单位为 μl）。
视频 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/2967/Film1%20Klug%20Santigli%2001_2_JES_Web.mov">点击此处观看视频。</a>

<ol><li>Sunde, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescence+in+situ+hybridization+%28FISH%29+for+direct+visualization+of+bacteria+in+periapical+lesions+of+asymptomatic+root-filled+teeth%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiology%22%5BJournal%5D)">Fluorescence in situ hybridization (FISH) for direct visualization of bacteria in periapical lesions of asymptomatic root-filled teeth.</a> Microbiology. 149, 1095-1102 (2003).</li>
<li>Sussman, M., Loya, Y., Fine, M., Rosenberg, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+marine+fireworm+Hermodice+carunculata+is+a+winter+reservoir+and+spring-summer+vector+for+the+coral-bleaching+pathogen+Vibrio+shiloi%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">The marine fireworm Hermodice carunculata is a winter reservoir and spring-summer vector for the coral-bleaching pathogen Vibrio shiloi.</a> Environ. Microbiol. 5, 250-255 (2003).</li>
<li>Kolenbrander, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Communication+among+oral+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiol.+Mol.+Biol.+Rev%22%5BJournal%5D)">Communication among oral bacteria.</a> Microbiol. Mol. Biol. Rev. 66, 486-505 (2002).</li>
<li>Zijnge, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oral+biofilm+architecture+on+natural+teeth%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Oral biofilm architecture on natural teeth.</a> PLoS One. 5, e9321-e9321 (2010).</li>
<li>Thurnheer, T., Gmur, R., Giertsen, E., Guggenheim, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+fluorescent+in+situ+hybridization+for+the+specific+detection+and+quantification+of+oral+streptococci+in+dental+plaque%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Microbiol.+Methods%22%5BJournal%5D)">Automated fluorescent in situ hybridization for the specific detection and quantification of oral streptococci in dental plaque.</a> J. Microbiol. Methods. 44, 39-47 (2001).</li>
<li>Hojo, K., Nagaoka, S., Ohshima, T., Maeda, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+interactions+in+dental+biofilm+development%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dent.+Res%22%5BJournal%5D)">Bacterial interactions in dental biofilm development.</a> J. Dent. Res. 88, 982-990 (2009).</li>
<li>Jung, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+of+initial+bacterial+colonization+on+dentine+and+enamel+in+situ%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Microbiol.+Methods%22%5BJournal%5D)">Visualization of initial bacterial colonization on dentine and enamel in situ.</a> J. Microbiol. Methods. 81, 166-174 (2010).</li>
<li>Al-Ahmad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+colonization+of+enamel+in+situ+investigated+using+fluorescence+in+situ+hybridization%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Med.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Bacterial colonization of enamel in situ investigated using fluorescence in situ hybridization.</a> J. Med. Microbiol. 58, 1359-1366 (2009).</li>
<li>Bryers, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Medical+biofilms%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Medical biofilms.</a> Biotechnol. Bioeng. 100, 1-18 (2008).</li>
<li>Cardinale, M., Vieira de Castro, J., Muller, H., Berg, G., Grube, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+analysis+of+the+bacterial+community+associated+with+the+reindeer+lichen+Cladonia+arbuscula+reveals+predominance+of+Alphaproteobacteria%5BTitle%5D)+AND+%22FEMS+Microbiol.+Ecol%22%5BJournal%5D)">In situ analysis of the bacterial community associated with the reindeer lichen Cladonia arbuscula reveals predominance of Alphaproteobacteria.</a> FEMS Microbiol. Ecol. 66, 63-71 (2008).</li>
<li>Aas, J. A., Paster, B. J., Stokes, L. N., Olsen, I., Dewhirst, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defining+the+normal+bacterial+flora+of+the+oral+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Clin.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Defining the normal bacterial flora of the oral cavity.</a> J. Clin. Microbiol. 43, 5721-5732 (2005).</li>
<li>Chin, M. Y., Busscher, H. J., Evans, R., Noar, J., Pratten, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+biofilm+formation+and+the+effects+of+antimicrobial+agents+on+orthodontic+bonding+materials+in+a+parallel+plate+flow+chamber%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Orthod%22%5BJournal%5D)">Early biofilm formation and the effects of antimicrobial agents on orthodontic bonding materials in a parallel plate flow chamber.</a> Eur. J. Orthod. 28, 1-7 (2006).</li>
<li>Loy, A., Maixner, F., Wagner, M., Horn, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((probeBase--an+online+resource+for+rRNA-targeted+oligonucleotide+probes%3A+new+features+2007%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic.+Acids.+Res%22%5BJournal%5D)">probeBase--an online resource for rRNA-targeted oligonucleotide probes: new features 2007.</a> Nucleic. Acids. Res. 35, (2007).</li>
<li>Diaz, P. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+characterization+of+subject-specific+oral+microflora+during+initial+colonization+of+enamel%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Environ.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Molecular characterization of subject-specific oral microflora during initial colonization of enamel.</a> Appl. Environ. Microbiol. 72, 2837-2848 (2006).</li>
<li>Dige, I., Nilsson, H., Kilian, M., Nyvad, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+identification+of+streptococci+and+other+bacteria+in+initial+dental+biofilm+by+confocal+laser+scanning+microscopy+and+fluorescence+in+situ+hybridization%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Oral+Sci%22%5BJournal%5D)">In situ identification of streptococci and other bacteria in initial dental biofilm by confocal laser scanning microscopy and fluorescence in situ hybridization.</a> Eur. J. Oral Sci. 115, 459-467 (2007).</li>
<li>Kolenbrander, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+interactions+and+successions+during+plaque+development%5BTitle%5D)+AND+%22Periodontology%22%5BJournal%5D)">Bacterial interactions and successions during plaque development.</a> Periodontology. 42, 47-79 (2000).</li>
<li>Kolenbrander, P. E., Palmer, R. J., Periasamy, S., Jakubovics, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oral+multispecies+biofilm+development+and+the+key+role+of+cell-cell+distance%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Oral multispecies biofilm development and the key role of cell-cell distance.</a> Nat. Rev. Microbiol. 8, 471-480 (2010).</li>
<li>Chalmers, N. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+quantum+dot+luminescent+probes+to+achieve+single-cell+resolution+of+human+oral+bacteria+in+biofilms%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Environ.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Use of quantum dot luminescent probes to achieve single-cell resolution of human oral bacteria in biofilms.</a> Appl. Environ. Microbiol. 73, 630-636 (2007).</li>
<li>Wecke, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+technique+for+monitoring+the+development+of+bacterial+biofilms+in+human+periodontal+pockets%5BTitle%5D)+AND+%22FEMS+Microbiol.+Lett%22%5BJournal%5D)">A novel technique for monitoring the development of bacterial biofilms in human periodontal pockets.</a> FEMS Microbiol. Lett. 191, 95-101 (2000).</li>
<li>Moter, A., Gobel, U. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescence+in+situ+hybridization+%28FISH%29+for+direct+visualization+of+microorganisms%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Microbiol.+Methods%22%5BJournal%5D)">Fluorescence in situ hybridization (FISH) for direct visualization of microorganisms.</a> J. Microbiol. Methods. 41, 85-112 (2000).</li>
</ol>

未声明任何利益冲突。

本文所述方案是一种适用于对从硬质材料采集的生物膜进行染色的高效可行方法。取样和杂交是最关键的步骤。在取样过程中，必须确保获取适当厚度的切片，以维持生物膜结构的完整性。在杂交过程中，必须避免温度的剧烈波动，从而防止荧光标记探针发生非特异性结合或结合信号丢失。该FISH方案是一种优雅的方法，可直接在玻片上对结构正常的异质性生物膜进行染色，且不破坏其组成。染色后的玻片可立即用于显微镜观察，无需再次转移样品。这种方法相较于在离心管中染色的优势在于，对生物膜施加的剪切力更小。厚度 &gt; 50 μm 的切片亦可采用此方式制备并进行观察。

通过荧光原位杂交与共聚焦激光扫描显微镜对腭部扩弓器进行口腔生物膜分析

Oral Biofilm Analysis of Palatal Expanders by Fluorescence In-Situ Hybridization and Confocal Laser Scanning Microscopy

目前，借助一系列全面的染色技术，可对天然异质性生物膜进行共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察，其中一种技术即为荧光原位杂交（FISH）。1,2 我们开展了一项初步研究，采集固定式正畸装置（腭扩张器）上的口腔生物膜样本，采用FISH染色，旨在评估天然生物膜的三维结构及牙菌斑的积聚情况。3,4 FISH技术利用荧光标记的16S rRNA靶向探针，可在天然生物膜环境中对细胞进行特异性染色。4-7,19 与免疫荧光标记等其他技术相比，该方法成本较低、精确且操作简便，适用于研究混合生物膜群落中的不同细菌类群。18,20 本研究使用了针对真细菌（EUB338 + EUB338II + EUB338III；下文简称EUBmix）8-10、厚壁菌门（LGC354 A-C；下文简称LGCmix）9,10 和拟杆菌门（Bac303）11 的通用探针。此外，还使用了特异性结合Streptococcus mutans（MUT590）12,13 和Porphyromonas gingivalis（POGI）13,14 的探针。由于所涉及表面材料（不锈钢和丙烯酸树脂）硬度极高，我们不得不探索新的生物膜制备方法。由于这些材料难以用冷冻切片机直接切片，因此尝试了多种取样方法以获取完整的口腔生物膜。本文介绍的是其中最可行的操作方案：使用无菌手术刀从携带生物膜的丙烯酸树脂表面刮取微小碎片，过程中注意不破坏生物膜结构；使用镊子从金属表面收集生物膜。采集后，将样本固定并直接置于多聚赖氨酸包被的载玻片上。随后在载玻片上直接进行上述探针的FISH操作。我们整合并优化了多种FISH实验方案，建立了一种易于操作的新流程。5,10,14,15 随后通过共聚焦激光扫描显微镜对样本进行分析。可清晰观察到已知的生物膜结构3,4,16,17，包括蘑菇状结构以及被通道贯穿的球菌样细菌簇。此外，还分析了这些典型生物膜结构的细菌组成，并生成了二维与三维图像。

我们提出了一种用于对正畸矫治器上自然形成的口腔生物膜进行结构与成分分析的实验方案，该方案结合了 原位 荧光原位杂交（FISH）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）。口腔生物膜样本采集自腭扩张器，通过刮取其表面的丙烯酸树脂碎片并送至分子处理。

共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）对天然异质性生物膜的研究，如今得益于一系列全面的染色技术，其中之一是……

本实验的总体目标是从腭扩张器中获取天然口腔生物膜，用于荧光原位杂交。首先取出患者的腭扩张器，其中携带了已形成四个月的生物膜。随后，从腭扩张器上刮取含有生物膜的丙烯酸树脂碎片。然后，直接在包被的载玻片上对固定后的生物膜进行C2杂交荧光染色。最后，利用共聚焦激光扫描显微镜对染色后的生物膜进行分析。最终，通过荧光原位杂交与共聚焦激光扫描显微镜揭示细菌生物膜群落的结构与组成。当我们在正畸扩弓器上观察到肉眼可见的厚实生物膜时，首次提出了该方法的构想。这些发现使我们开始思考它们与牙周病之间可能存在的关联。该方法有助于回答口腔微生物学领域的一些关键问题，例如天然口腔生物膜的空间结构与组成。该方法具有跨学科性质，需要由不同领域的专家共同完成。因此，Elizabeth 是一位正畸医生，而 Barbara 是一位分子实验室生物学家。首先，在使用 NOLA 干燥术区系统四个月后，隔离固定的腭部扩展器以避免污染。使用已灭菌的镊子、手套和托盘将装置从患者口腔中取出。将样品置于120毫升小瓶中，在-20摄氏度保存。运输时使用冰袋送至实验室，并在24小时内进行处理以固定样本。使用无菌手术刀刮取生物膜碎片，或用无菌镊子收集碎片。必须刮取足够厚度的丙烯酸树脂碎片，以确保生物膜结构在冰冻条件下保持完整，直至样品被4%戊二醛溶液充分覆盖。将混合物在4°C下孵育3至12小时。较长的固定时间或较高的固定温度可能导致革兰氏阴性菌的细胞包膜对寡核苷酸探针的通透性降低。孵育结束后，移除聚甲醛溶液，并用冰上预冷的1倍PBS洗涤一次。重复此步骤两到三次，以彻底去除残留的聚甲醛。将样本重悬于一体积冰上预冷的1倍PBS中，再加入一体积冰上预冷的96%乙醇，于-20 °C保存样本。样品可保存数月到数年以使样品脱水。首先，将5至30微升经戊二醛固定的样品置于显微镜载玻片上，在46摄氏度下干燥15分钟，或在室温下更长时间干燥，以便在样品干燥过程中使溶菌酶和甲醛部分降解细胞壁。为了提高探针的进入效率，加入250微升浓度为1毫克/毫升的溶菌酶溶液，在室温下作用10分钟，然后将载玻片依次浸入50%、80%和96%的乙醇中，每种浓度各3分钟。乙醇浓度梯度的脱水作用可破坏细胞膜结构，从而促进寡核苷酸探针的吸收。最后，在46摄氏度下干燥载玻片，以进行原位杂交。首先配制1毫升新鲜杂交缓冲液，并预热至47摄氏度。将寡核苷酸探针溶液在冰上解冻，并避免光照。将一张滤纸放入方形培养皿中，然后用移液器将800微升杂交缓冲液滴加到滤纸上。由于缓冲液中含有甲酰胺，请立即关闭孵育室，将每种探针各取两微升加入到200微升剩余的杂交缓冲液中。充分混匀后，立即将混合液加至载玻片上的脱水样本处，将载玻片水平放入培养皿中并盖好。将培养皿置于46摄氏度的烘箱中孵育一至五小时。该培养皿用作保湿室，可防止杂交溶液从载玻片上蒸发。特别是甲酰胺的蒸发可能导致探针非特异性结合至非靶细胞。准备 50 毫升洗涤缓冲液，并在水浴中预热至 48 摄氏度。从杂交炉中取出装有切片的培养皿。立即用少量预热的洗涤缓冲液洗去杂交缓冲液，并将切片转移至剩余的洗涤缓冲液中。将装有洗涤缓冲液和切片的管子放回水浴中，在48摄氏度下孵育10至15分钟。若需使用多种探针对样品进行染色，在洗去洗涤缓冲液后重复之前的步骤，注意从浓度较温和的最高形式开始。将玻片从管中取出，浸入冰中。用冷的双蒸水冲洗两到三秒。为去除残留的洗涤缓冲液，应尽快将玻片晾干，因为快速干燥可减少探针解离。将干燥的载玻片避光保存于零下20摄氏度，数周内探针赋予的荧光信号无明显损失。成像时，在载玻片左右两端附近各加两滴Antifa试剂，然后加盖盖玻片。使用配备合适滤光片或激光器的共聚焦激光扫描显微镜观察样品。载玻片可在4摄氏度保存最多7天，或用双蒸水洗涤后于零下20摄氏度长期保存。这是固定正畸装置上的生物膜切片。您将获得适合的薄片，可直接杂交到包被的玻片上用于显微镜观察，例如，通过特异性探针可识别口腔微生物组的不同类群，以及三维结构中的细菌。在此图中，生物膜使用EUB混合探针和LGC混合探针染色，其中呈现绿色的菌群因分别被黄色和蓝色染色而显色。此处生物膜使用EUB混合探针303和POGI进行染色。细菌dts类群的细菌呈粉红色和贫红色。由于三种探针均结合到其DNA上，颜色重叠产生白色信号，因此牙龈卟啉单胞菌呈现淡黄色白色。形态学。还可以识别不同细菌群之间的差异，以及某些特定结构，例如较大的球菌细菌簇。此处展示了使用 EUB 混合物染色后观察到此类菌簇的示例。此外，可通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）数据的三维建模来分析生物膜典型的蘑菇样结构。这是EUB混合染色生物膜的3D动画。该方法可为正畸诱导的生物膜形成提供深入见解，也可应用于人体内任何携带具有潜在致病性的复杂生物膜结构的人工表面。观看本视频后，您应充分了解如何制备天然口腔生物膜，用于荧光原位杂交和共聚焦激光扫描显微镜观察。需要牢记的是，这是一个跨学科领域，只有通过团队合作才能取得成功，因此请始终友善对待您的同事。

oral-biofilm-analysis-palatal-expanders-fluorescence-situ

Research

科研

JoVE Journal

Medicine

医学

腭扩展口腔生物膜分析，荧光原位杂交和激光共聚焦显微镜

在牙面形成的生物膜具有高度复杂性，并持续暴露于各种内在和外源性的环境挑战中，这些挑战会调控其结构、生理状态及转录组。我们开发了一套工具箱，用于研究口腔生物膜的组成、结构组织及基因表达，该工具箱亦可适用于其他生物膜研究领域。...

用于全面分析由变异链球菌介导的口腔生物膜的生化、结构及转录组学评估工具箱

来源：Tay, S. B., et.al. 利用工程化群体感应淬灭乳糖酶实现对致病性生物膜的抗毒力破坏。 J. Vis. Exp.

酶介导抑制生物膜形成的显微评估

本视频展示了一种利用pH敏感型比率探针实时监测牙科生物膜胞外pH值的检测方法。当原位生长的细菌生物膜暴露于葡萄糖时，细菌生物量附近的胞外pH值降低，导致探针质子化，从而增加其在细菌内部的浓度。通过质子化与非质子化探针发射波长的差异，可计算生物膜胞外基质中的pH值，并实时追踪pH变化。...

一种用于实时监测牙科生物膜胞外pH的检测方法

本文介绍了一种同时定量和比较生物膜中三种细胞内及细胞外组分的实验方案。该方法涉及共聚焦激光扫描显微镜、生物膜结构分析与可视化软件以及统计分析软件的使用。...

生物膜中细胞与胞外组分的同时定量

本方法学论文的目的是介绍一种微流控系统的使用，用于构建包含人类龈上牙菌斑中常见菌种的多物种生物膜。 文中重点阐述了描述生物膜结构、生物膜活性的方法，以及一种用于培养依赖性或培养非依赖性分析的生物膜收获技术。...

高通量技术的应用 体外 用于构建口腔多物种生物膜的微流控系统

采用一种pH敏感型比率染料，结合共聚焦激光扫描显微镜和数字图像分析技术，实时监测牙科生物膜中的胞外pH值。...

牙科生物膜中细胞外pH的比率成像

本方案描述了一种在真菌菌丝上培养并利用共聚焦显微镜和电子显微镜对细菌生物膜进行定性分析的新方法。...

一种利用共聚焦显微镜和电子显微镜对丝状真菌菌落上细菌生物膜进行定性多尺度分析的新方法

儿童时期口腔微生物组的变化日益受到关注。不同微生物组研究之间的比较揭示了采样方案缺乏标准化。由于空间有限，对儿童健康的龈下沟进行采样具有挑战性。本文详细介绍了纸尖采样法作为该区域首选的采样方法。...

健康儿童口腔生物膜取样用于微生物组分析

本文介绍了一种用于评估口腔修复体基台用钛和氧化锆材料上口腔生物膜形成的实验方案，包括对细菌细胞活性及形态特征的分析。in situ...

不同材料 dental implant 口腔生物膜形成

本方案描述了由白色念珠菌（Candida albicans）和变异链球菌（Streptococcus...

利用共聚焦显微镜监测跨物种生物膜中的胞外pH

本实验方案旨在通过在牙龈表面局部应用不同分子量的荧光标记葡聚糖，对小鼠牙龈上皮屏障的完整性进行定量评估，提供一种标准化的方法。 体内，随后 离体 使用单光子显微成像系统进行成像。...

利用荧光示踪剂评估小鼠牙龈上皮屏障功能

学习使用荧光原位杂交和激光共聚焦显微镜分析正畸矫治器上的天然口腔生物膜结构。该方法可识别不同细菌群的三维空间分布，为口腔微生物学和牙周病研究提供重要工具。

通过荧光原位杂交与共聚焦激光扫描显微镜对腭部扩弓器进行口腔生物膜分析

探索更多视频