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Die Fähigkeit, komplette neuroanatomische Strukturen abzubilden, ist immens wertvoll für das Verständnis des Gehirns in Gesundheit und Krankheit. Traditionell war bei der 3D-Bildgebung ein Gewebeschnitt erforderlich, um die axiale Auflösung zu gewährleisten und tiefe anatomische Strukturen sichtbar zu machen. Dieser Ansatz kann hochauflösende Datensätze erzeugen, erfordert jedoch ausgefeilte Bildrekonstruktionstechniken und ist sehr arbeitsintensiv. Infolgedessen war es auf die Bildgebung kleiner Gewebevolumina1-3 beschränkt. Das optische Schneiden hingegen eignet sich gut, um hochauflösende 3D-Bilder von fluoreszenzmarkierten Geweben zu erstellen. Da der optische Schnitt von Natur aus dreidimensional ist, sind keine umfangreichen Berechnungen erforderlich, um ein 3D-Bildvolumen zu erzeugen. Lichtstreuung und Gewebetrübung begrenzen jedoch die Tiefe, in der Gewebe optisch geschnitten werden kann. Die Abbildungstiefe ist bei der konfokalen Laserscanning-Mikroskopie auf etwa 150 μm und bei der Zwei-Photonen-Anregungsmikroskopie4-8 auf weniger als 800 μm begrenzt.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurden kürzlich mehrere optische Clearing-Techniken entwickelt und dann weiter verfeinert, um die tiefenmikroskopische Bildgebung von intaktem Gewebe zu ermöglichen. Die Verwendung von Benzylalkohol und Benzylbenzoat (BABB), um fixiertes Gewebe transparent zu machen, gehörte zu den frühesten Ansätzen9. Dieser Ansatz war jedoch durch das Quenchen der Fluoreszenz in den Proben und die unvollständige Beseitigung von hochmyelinisierten Strukturen eingeschränkt10. Verfeinerungen dieser Technik, wie z. B. die 3D-Bildgebung von solvent Cleared Organs (3DISCO), haben zu einer sehr schnellen und vollständigen Gewebereinigung geführt, leiden aber immer noch unter einem schnellen Verlust von Fluoreszenzsignalen, insbesondere des gelb fluoreszierenden Proteins (YFP)10. Wässrige Clearing-Lösungen wie Sca/e11 und SeeDB12 bewahren Fluoreszenzsignale, beseitigen aber hochmyelinisiertes Gewebe nicht vollständig. Clear, Unobstructed Brain Imaging Cocktails and Computational Analysis (CUBIC) ist eine vielversprechende neue optische Clearing-Technologie, die die Einschränkungen zuvor entwickelter wasserbasierter Clearing-Lösungen zu überwinden scheint13. Im Gegensatz zu anderen optischen Clearing-Techniken bettet das mit Clear Lipid-exchange Acrylamide-hybridisierte Rigid Imaging-kompatible Tissue-hYdrogel (CLARITY)14 das Gehirn in eine poröse Matrix ein, die Proteinen, Nukleinsäuren und kleinen Molekülen strukturelle Integrität verleiht, während die Lipide ungebunden bleiben. Die Lipide werden dann elektrophoretisch entfernt, was zu einem optisch gereinigten Gehirn führt, das mit allgemein verfügbaren Techniken leicht visualisiert und ebenso leicht untersucht werden kann.
Elektrophoretische Gewebereinigung (ETC) wird verwendet, um Lipide aus in Hydrogel eingebetteten Geweben in CLARITY zu entfernen, jedoch kann es schwierig sein, ETC konsistent zu implementieren und Gewebe, die der Elektrophorese unterliegen, können Gewebeverzerrung, Bräunung, Verlust der Fluoreszenz und Antikörperreaktivität aufweisen. Passives Lipidclearing vermeidet diese Einschränkungen, erfordert jedoch längere Clearingzeitenvon 15-17. Das passive Clearing ermöglicht auch das parallele Clearing einer großen Anzahl von Proben, da es nicht durch die Anzahl der verfügbaren ETC-Geräte begrenzt ist. Die Verringerung der Konzentration von Paraformaldehyd und der Ausschluss von Bis-Acrylamid aus dem Hydrogel haben zu einer starken Steigerung der Clearing-Geschwindigkeit auf Kosten einer stärkeren Gewebeausdehnung geführt16. Es wurden kostengünstigere Alternativen zur Brechungsindexanpassungslösung entwickelt, die in der ursprünglichenCLARITY-Technik verwendet wurde 17-19. 2,2'-Thiodiethanol (TDE) ist ein kostengünstiges und schnelles Clearingmittel für das Gehirn, das einen Teil der Gewebeausdehnung, die bei der Lipidentfernung auftritt, rückgängig macht18. Dieser Bericht beinhaltet die passive Reinigung von in Hydrogel eingebettetem Gewebe und die Verwendung von TDE als Brechungsindex-Matching-Lösung für die ursprüngliche CLARITY-Technik, um ein hochgradig reproduzierbares und kostengünstiges Protokoll für die optische Reinigung des Zentralnervensystems der Maus zu erstellen.