2018年9月18日
本文介绍一种可同时对多只动物的脑组织进行冷冻切片的实验方案,作为替代单个处理脑组织的省时方法。该方法可降低免疫组织化学染色过程中的变异性和减少冷冻切片及成像所需的时间。
这种省时的方法通过将多个大脑组合成一个冷冻组织块,减少了神经科学研究中免疫组织化学实验各轮次之间的差异,从而优化了组织解剖结构、局部蛋白及组织的可视化效果。该技术的主要优势在于缩短了冰冻切片和贴片脑组织所需的时间。尽管该技术主要针对啮齿类动物脑组织的冠状切片进行优化,但也可调整用于矢状切片、横断切片,或其他类型的组织(如肌肉或肝脏)。
成功进行经心脏灌注后,将动物的脑组织置于含有25毫升4%多聚甲醛PBS溶液的容器中后固定24小时。随后,使用钝头镊子将脑组织从多聚甲醛中取出,转移至含有约20毫升TBS配制的30%蔗糖溶液的容器中。
将脑组织和溶液保留,直至它们沉入小瓶底部。接着,将一个500毫升的玻璃烧杯放置在冰桶中盛有干冰的基底上,然后向烧杯中倒入300至400毫升的异戊烷。
将异戊烷温度维持在负45至负50摄氏度之间。在实验台上,取一次性包埋模具,加入约一半体积的OCT包埋剂(Optimal Cutting Temperature compound)。用针头去除模具中的任何气泡。
使用钝头镊子将第一只脑组织从蔗糖溶液中取出。然后使用新的剃刀刀片切除小脑和嗅球,再分离半球。接下来,为脑组织建立数字编号系统。
使用钝头镊子将脑组织拾起并放置于位置二,调整方向使需首先切割的一侧朝上。将脑组织缓慢放入OCT包埋剂中,并用镊子调整其位置,直至能够独立直立。该技术的一个关键改进是在位置一处留出空白区域。
此区域用于方便识别大脑的方向,从而确定每个大脑所对应的动物。待所有大脑均放置于模具中后,加入足够的OCT包埋剂以完全覆盖大脑顶部,然后使用针头去除所有气泡。用镊子夹住模具的一角,确保镊子不会部分浸入OCT中。
然后,将模具放入异戊烷中,使模具底部的三分之一浸没其中。30秒后,将整个模具完全浸入异戊烷,并用镊子松开模具。三分钟后,用镊子将模具从异戊烷中取出。
立即用铝箔包裹模具及其内容物,并做好适当标记。将megabrain转移至-20 °C的冷冻箱中,冷冻至少24小时。首先,将冷冻切片机舱室的温度设置为-19 °C。
从冷冻箱中取出大脑样本,放入冷冻切片机中。然后将样本夹头和两支细头画笔放入冷冻切片机。接着,用大脑样本的编号和玻片编号标记载玻片,并将载玻片放置在玻片加热板上。
接下来,打开megabrain,使用剃刀片切割模具的角落。将一层薄薄的OCT分散到样品台(chuck)上,然后迅速将megabrain放置在样品台上。
待 OCT 完全冻结后,在巨脑组织周围侧面涂上一层 2 毫米厚的 OCT,并使其沿侧面流至样品台底部。使用剃刀刀片去除样品台侧面和底部多余的 OCT。首先,将装有巨脑组织的样品台固定在冷冻切片机的样品头位置上。
然后将切片机设定至所需的切片厚度。根据需要修整OCT包埋剂和组织,以暴露目标脑区用于组织取样。接着降低防卷板,使其贴附在载物台上,转动切片机手柄,切出单个切片。
缓慢取下防卷板,注意不要触碰到组织切片。用画笔轻轻将组织切片展开,直至其完全平铺。如有需要,可用画笔固定OCT包埋剂,防止其卷曲。
然后从载玻片加热板上取下载玻片,将载玻片标签面朝下悬于megabrain切片上方,使其粘附到载玻片上。迅速在组织切片上滴加一滴PBS。用蘸有PBS的细头画笔轻刷组织切片中的气泡,并将组织展开,使其平整地贴附在载玻片上。
最后,将切片置于切片加热板上干燥45分钟,并将切片储存在负80摄氏度条件下。在本实验方案中,同时制备并进行冷冻切片处理来自九只动物的脑组织。完成冷冻切片后,可进行苏木精-伊红(H&E)染色以评估冷冻保护的质量。
小胶质细胞的离子化钙结合接头分子1(Iba1)染色代表性结果表明,在单个大腦切片(megabrain)上,各研究脑组织之间的染色具有一致性。在进行该操作时,重要的是需持续监测大腦切片(megabrain)冷冻过程中的温度,以防止组织出现裂纹,或发生组织解冻后再冻结的情况,这些都会导致组织完整性异常。不建议将不同处理组分别置于不同的大腦切片(megabrain)中,因为这可能在染色过程中引入组间差异,并在成像与分析时增加偏差和主观性。
请注意,使用多聚甲醛可能具有极高危险性,进行此操作时必须采取防护措施,例如穿戴个人防护装备(PBE)并在通风橱中操作。
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本研究介绍了一种可同时冷冻和切片多只动物脑组织的省时方案,可减少免疫组织化学染色过程中的变异性。该方法优化了对解剖结构和局部蛋白的可视化效果,特别适用于啮齿类动物脑组织的冠状切片,同时可灵活适用于不同类型的切片和组织。
本方案通过实现多个啮齿类动物脑组织的同时冷冻切片,解决了临床前神经科学研究中的一个关键瓶颈,从而缩短了处理时间并减少了染色差异。通过提高样本间免疫组织化学染色的一致性,增强了靶点验证和机制研究的数据可靠性。该方法支持更高通量的组织制备,对于降低神经治疗药物早期发现工作流程中的风险以及优化研发管线决策至关重要。
该方法适用于早期发现阶段的连续流程,特别支持在组织采集后、免疫组织化学染色前基于组织学的读数,从而在神经药理学工作流程中连接解剖与分析阶段。