将小鼠大脑显微切割成功能和解剖学上不同的区域
February 15th, 2021
我们提出了一个动手的，一步一步的，快速的方案，用于从新鲜脑组织中去除小鼠大脑和解剖离散区域。获取用于分子分析的大脑区域已成为许多神经科学实验室的常规。这些大脑区域立即被冷冻，以获得高质量的转录组学数据，用于系统级分析。
研究不同的大脑区域是理解大脑分子和结构复杂性的垫脚石。该协议描述了小鼠大脑的系统解剖以分离不同的大脑区域。从大脑解剖学的角度来看，这是一种易于复制的自上而下的方法。
该协议的优点是双重的。首先，这种方法为理解小而关键的大脑区域的分子基础提供了机会。其次，整个解剖过程足够短，以确保保持分子完整性，这是背部和分子测定的关键先决条件。
这个过程涉及练习和精细的处理。在这里，维护结构地标的时机非常关键，可以通过适当的培训和练习来实现。展示小鼠大脑切除过程的将是Seid Muhie，我们实验室的研究化学家和生物信息学家。
进一步展示小鼠脑解剖程序的将是来自我们实验室的神经科学家James Meyerhoff。首先，清洁并去除皮肤以获得良好的抓地力。用止血器夹住被斩首头部的上颌骨，并用纱布将头皮反射到嘴部。
将细弯曲的剪刀插入大孔中，以分离粘附的脑膜。然后将剪刀插入脊髓通过的颅底开口处，刀片垂直指向，但平行并压在基底板骨的内表面，刀片向左侧旋转 45 度，然后向右侧旋转。去除顶骨内枕骨以暴露小脑。
将剪刀沿矢状中缝线向上推进到前膛，向上抬起剪裁，以避免大脑皮质撕裂伤。当顶骨被抬起时，识别并切断剩余的脑膜附着物。在矢状面上做两个平行的切口，去除额骨的碎片，避免撕裂脑表面。
在切割脑膜附着物和颅神经时，倒置颅骨以允许重力帮助将大脑取出到预先装满盐水溶液的小杯子中。保持听大疱完整，以便识别垂体解剖结构。在固定垂体的膜帐篷的脊部两侧做一个极小的颌旁切口，并用超细镊子提起垂体的后叶。
在最近的三叉神经垂体前叶的侧缘之间做一个矢状切口，然后抬起垂体前叶。将白光源引导到组织上。将大脑放在预冷的不锈钢块上，并通过在冰冷的盐溶液中用冰包围块来保持块冷。
定期用冰冷的盐水溶液润湿组织以保存结构。将大脑定位为大脑皮质朝上。使用弯曲的小镊子，取出小脑。
使用背侧方法，将小弯曲镊子的闭合刀片滑到胼胝体下方，并轻轻张开以双侧收缩新皮层，以保留关键突出的中线标志。最终面朝上，视交叉、下丘脑、嗅球、延髓、垂体和脑桥等结构将可见。尝试分隔半球。
向上翻转大脑腹侧部位，从大脑半球嗅球之间的背部开始进行中矢状切口。去除髓质，然后轻轻分开两个半球。接下来，在池塘的内缘进行冠状切口，以获得后脑，并在池塘的后缘分离髓质。
翻转脑组织以仔细分离两个大脑半球。在此步骤中取下嗅球。在胼胝体前方一毫米处做一个冠状切口，去除附属嗅球，然后将内侧和外侧前额叶皮层分开。
从侧脑室前角下方的中线水平或冠状切开部分水平或冠状切开，以释放背侧隔核和腹侧纹状体。从侧表面去除少量皮层以去除屈服核和嗅结节。通过外囊外切的弯曲手术刀将纹状体的喙部与上覆的皮层分开。
识别隔膜核或隔膜，并将其与该部分隔离。在此步骤中，进行弯曲切口以分离下丘脑。这将使用体后方的部分冠状切口来完成，该切口仅向下丘脑沟横向延伸。
然后沿着下丘脑沟的长度用矢状旁切开下丘脑横截面。埃弗特侧脑室，以揭示剩余边缘系统组件中额外的边缘内连接。在内皮层的内侧，打开心室后观察到扇形结构。
使用内嗅皮层中的扇形结构确定边缘以进行解剖，然后识别并去除杏仁核、内嗅皮层、后扣带皮层和海马体。通过观察丘脑背表面在中线皮质平面延伸的髓纹来确认丘脑的识别。通过冠状切口将丘脑与中脑完全分开。
该方案可用于立即从颅骨中取出大脑，然后进行解剖。根据研究的要求，解剖的组织可以保存和稍后处理。从多个解剖组织中提取的RNA可以测定基因表达。
代表性结果是使用收获的大脑获得的，这些大脑在RNA提取前在零下80摄氏度下储存数月。在研究创伤后应激障碍的侵略者暴露社会压力模型下收集了不同的大脑区域以及体重数据。此处显示了RNA浓度和分光光度读数。
遵循此协议时，通过将大脑保持在冰钢块上并定期用冰盐水浇灌组织来确保组织始终冷却。一旦收集组织并立即冷冻，它们就可以在以后用于转录组学、代谢组学和蛋白质组学等测定。
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概述
本文介绍了一种实用的、逐步的小鼠脑部移除和解剖协议，用于分离不同脑区。该方法确保了组织的分子完整性，为关键脑区的高质量转录组分析提供了便利。该协议设计简单且易于复制，适用于神经科学中的分子研究。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 脑解剖学
- 分子分析
背景
- 了解大脑的分子和结构复杂性对神经科学的进步至关重要。
- 分离不同脑区允许进行有针对性的分子研究。
- 在解剖过程中保持组织完整性对于后续分析至关重要。
- 正确执行解剖需要训练和实践。
研究目的
- 提供一个高效的小鼠脑部解剖协议。
- 实现对小但关键的脑区进行分子分析。
- 提高从分离脑区获得的转录组数据的质量。
使用的方法
- 该协议包括从颅骨系统移除小鼠大脑，随后解剖特定区域。
- 关键步骤包括小心切割和处理以保留结构并最大化分子完整性。
- 解剖的组织用于RNA提取，可以分析基因表达。
主要结果
- 该协议确保快速且精确地解剖小鼠脑区，同时保持分子完整性。
- 允许提取RNA用于下游转录组测定，增强分子分析。
- 有助于识别和分离对进一步研究至关重要的脑结构。
结论
- 本研究提供了一个详细的小鼠脑部解剖方法，这对分子神经科学研究至关重要。
- 保存的组织可以用于转录组研究，加深对大脑功能的理解。
- 该研究的意义扩展到更好地理解神经元机制和在疾病理解中的潜在应用。
常见问题
Executive Industry Relevance
Precise anatomical dissection of mouse brain regions enables targeted molecular analysis critical for neuroscience target validation. This protocol supports phenotypic screening and mechanistic de-risking by isolating functionally relevant structures for downstream assays. Maintaining tissue integrity ensures reliable transcriptomic data for preclinical model development and biomarker discovery.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through region-specific gene expression analysis.
- Operational Value: Provides anatomically defined samples for validating target engagement in disease-relevant systems.
- Predictive Value: Supports biological de-risking by linking molecular changes to specific brain structures.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for standardized assay development in neuropharmacology.
- Operational Value: Ensures reproducibility and quantitative outputs essential for screening campaign consistency.
- Scalability: Facilitates platform reuse across multiple target classes and compound libraries.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Maintains continuity from discovery through preclinical validation by preserving region-specific molecular profiles.
- Operational Value: Enables risk-adjusted advancement decisions via consistent tissue preparation across studies.
- Translational Biomarker Alignment: Supports identification of region-specific biomarkers correlating with phenotypic outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target identification through lead optimization by enabling region-resolved molecular profiling.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via anatomically precise tissue isolation.
- Screening: Delivers assay-ready samples with preserved molecular integrity for reliable compound evaluation.
- Analytics: Generates quantitative RNA expression readouts that facilitate cross-condition comparison and target prioritization.
- Translational Research: Connects discovery findings to preclinical continuity through preserved structural and molecular context.
- Enterprise Reuse: Establishes a standardized dissection capability applicable across multiple neuroscience projects and therapeutic areas.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in brain region-specific studies.
- Operational Value: Delivers standardization, reproducibility, and scalability for multi-site neuroscience research programs.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions through better target validation and reduced late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization based on region-specific molecular data from validated preclinical models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neuroanatomy and microsurgical techniques for precise landmark identification.
- Dependent on instrumentation including fine curved scissors, forceps, and cooled dissection surfaces.
- Necessitates cross-team standardization of dissection protocols to ensure inter-laboratory reproducibility.
- Involves adaptation considerations when applying the method to different mouse strains or developmental stages.
- Limited by tissue degradation risks if dissection timing or temperature control is not maintained per protocol.
