Hier wird ein Verfahren zur wiederholten 2P-Bildgebung der dorsalen CA1 bei lebenden Mäusen beschrieben. Nach der Operation erholt sich die Maus in der Regel innerhalb von 2 Tagen. Das Verfahren induziert minimale Astrogliose26,43. Blutungen und Ödeme, die auf die Operation folgen könnten, werden in der Regel innerhalb von 10 bis 14 Tagen erneut adsorbiert. In der Regel ist das Präparat ab 14 Tagen nach der Implantation ausreichend klar, um eine intravitale Bildgebung durchzuführen. Der Erfolg der Operation hängt nicht von der Arbeit in einer sterilen Umgebung ab. Es ist jedoch entscheidend, ein hohes Maß an Hygiene aufrechtzuerhalten, um Komplikationen aufgrund von chirurgisch-assoziierten Infektionen zu vermeiden. Dies wird durch eine sorgfältige Reinigung der chirurgischen Instrumente vor und nach der Operation und durch Wärmesterilisation unmittelbar vor jeder Anwendung (Schritt 2.1.1) erreicht. Die optische Kanüle wird in einem sauberen, sterilisierten Behälter aufbewahrt und kurz vor der Implantation mit steriler Saline abgeführt. Die Durchführung gängiger chirurgischer Praxen der Händedesinfektion und Reinigung der chirurgischen Station ist ebenfalls sehr wichtig. Das Präparat bleibt stabil und ermöglicht eine zelluläre und subzelluläre Auflösung simperge Für mehrere Wochen26,35.
Kritische Schritte, Änderungen und Fehlerbehebung.
Es ist wichtig, die äußere Kapsel zu schälen, bis die tiefsten Fasern freigelegt sind. Wenn der Alveus nicht entlarven wird, kann dies dazu führen, dass er sich nicht auf den Soma von PNs konzentrieren kann, oder in einer reduzierten Auflösung, die dendritische Stacheln abbilden, wenn kommerzielle Ziele mit 3- oder 4-mm-WD verwendet werden. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, den Neocortex sehr langsam mit einer Nadel mit 0,9 mm Durchmesser abzustreifen und dann auf eine 0,3-0,5 mm Durchmessernadel (24-29 Gauge) umzuschalten, um eine feinere Kontrolle der Absaugung beim Entfernen der dorsalsten Fasern zu erhalten. Alternativ können feine Zangen verwendet werden, um den verbleibenden Kortex nach der Faserexposition36zu entfernen.
Blutungen während der Operation können problematisch sein, da Blut die Sicht versperrt. Es wird empfohlen, auf die Bildung des Gerinnsels zu warten und dann mit Derinline zu spülen, um Restblut wegzuwaschen. Wiederholen Sie dies bei Bedarf.
Eine enge Passform zwischen kanülen und der Kraniotomie trägt dazu bei, die Stabilität der Zubereitung zu erhöhen, indem die Kanüle vor dem Auftragen des Zements an Ort und Stelle gehalten wird, besonders wenn der äußere Rand der Kanüle mit dem Schädel bündig ist. Da die Größen des Trephinbohrers und der Kanüle aufeinander abgestimmt sind, kann eine lockere Passform aufgrund von Unregelmäßigkeiten an der Kanüle - die etwas größere Craniotomien erfordern (siehe Schritt 2.3.14) - oder einer unregelmäßigen Kraniotomie entstehen. Alle Kanülenunregelmäßigkeiten müssen abgelegt werden (Schritte 1.3 und 1.12) und das Trephin muss senkrecht zum Schädel gehalten werden, bis die Kraniotomie abgeschlossen ist (Schritt 2.3.12). Das Entfernen des Trephins aus dem Schädel, bevor die Kraniotomie abgeschlossen ist, kann zu unregelmäßigen Craniotomien führen.
Einschränkungen- Invasivität und Stabilität des Präparats.
Es ist schwierig, die Wirkung der kortikalen Ablation zu bewerten, da es mühsam ist, die betroffenen Gebiete direkt und indirekt genau zu definieren. Im Allgemeinen entfernt die Operation einen Teil des parietalen Kortex und einen Teil des visuellen und hinteren Sinnesrinds21. Der ablated Kortex projiziert nicht direkt auf den Hippocampus und Hippocampusgewebe wird weder berührt noch verletzt. Wichtig ist, dass die Implantation einer bildgebenden Kanüle die Hippocampusfunktion und insbesondere das hippocampalabhängige Lernennichtgrob verändert. 39. Dennoch wäre es wichtig zu quantifizieren, inwieweit sowohl die Kanüle als auch der äußere Teil des Implantats (Kopfhalterplatte und Zahnacrylkappe) chronische Stressoren sind, indem man die Corticosteron-Blutspiegel und das Nebennierengewicht im Vergleich zu unimplantierte Mäuse.
Die Zubereitung bleibt in der Regel von Wochen bis Monaten stabil26. Langfristig neigen Haut- und Knochenwachstum dazu, die Acrylkappe zu verdrängen und die Instabilität der bildgebenden Zubereitung zu erhöhen.
Optische Einschränkungen.
Herkömmliche 2P-Mikroskopie ermöglicht die Bildgebung bis zu etwa 1 mm tief in neokortikales Gewebe40,41. In Übereinstimmung damit ist es möglich, Dendriten und dendritische Stacheln im SR (Abbildung 2D-F) oder SLM36abzubilden. Die Bildgebung durch eine Kanüle stellt jedoch Einschränkungen für die effektive NA dar. Um die maximale Auflösung zu erreichen, sollten Durchmesser und Tiefe der bildgebenden Kanülen auf die bildgebende NA abgestimmt werden, da kleinere Durchmesser und längere Tiefen das Licht von hohen NA-Objektiven abschneiden. Bei der Bildgebung mit einem 1,0 NA-Wassertauchobjektiv durch eine 1,6 mm lange Kanüle wird beispielsweise ein Innendurchmesser von 3,65 mm benötigt, um die volle NA zu halten. Jedoch, mit einer Kanüle dieses Durchmessers wird die Kompression auf dem Hippocampus erhöhen und könnte die Gesundheit des Gewebes beeinflussen, aus diesem Grund verwenden wir eine Kanüle mit einem kleineren Durchmesser. Bei der Bildgebung mit einem Wassertauchobjektiv von 0,8 NA durch eine 1,6 mm lange Kanüle würde ein Innendurchmesser von 2,5 mm ausreichen, um die volle NA zu halten. Allerdings haben 0,8 NA-Wassertauchziele eine kürzere WD (3 mm in unserem Fall), die verhindern kann, dass sie sich auf den SP konzentrieren.
Diese Berechnungen gelten für die Mitte des Sichtfeldes am unteren Rand der Kanüle. Das seitliche Verschieben des bildgebenden Sichtfeldes - näher an den Rändern der Kanüle - oder die tiefere Fokussierung in das Gewebe - weiter von der Glasoberfläche der Kanüle entfernt - verringert jedoch die effektive NA an der Brennebene weiter und reduziert so die Auflösung. Dies führt zu einer nicht homogenen Auflösung über die verschiedenen Volumina des abgebildeten Gewebes hinweg und kann ein Problem für die quantitative Bildgebung bei subzellulärer Auflösung sein, insbesondere bei der Verwendung von Super-Resolution-Techniken wie der 2P-STED-Mikroskopie42. Diese Probleme sind weniger wichtig, wenn es um die Bildgebung bei zellulärer Auflösung geht.
Gewebebewegung.
Die Bewegung im Gewebe - die von Atmung und Herzschlag bei anästhesierten Tieren herrühren - neigt dazu, mit zunehmender Entfernung von der bildgebenden Kanüle schwerer zu werden. Dies liegt möglicherweise daran, dass die bildgebende Kanüle mechanischen Druck auf das Gehirn ausübt und somit einen Teil der Bewegung in der Nähe der Kanüle entgegenwirkt (ähnlich wie neokortikale Präparate). Obwohl die Abbildung von dendritischen Stacheln in SR und SLM in unseren Händen möglich ist, ist sie in unseren Händen am robustesten dorsal bis zur SO bis zu 200 m von der Oberfläche der Kanüle entfernt. Um Die Bewegung zu kompensieren, verwenden wir Resonanzscanner und Offline-Mittelung. Mehrere Bilder (4 bis 6 Wiederholungen) werden pro Bildebene eines Z-Stacks mit der maximal verfügbaren Geschwindigkeit (30 Frames/s) aufgenommen. Alle Wiederholungen für jede Z-Ebene werden dann dekonvolved (mit der kommerziellen Software, AutoQuant), registriert (mit ImageJ) und gemittelt in einem einzigen Bild26. Für die Abbildung von Somata ist die Bewegung bei Anästhesie oft vernachlässigbar35 und zwei Durchschnitte reichen oft aus, um Bewegungsartefakte zu kompensieren.
Zukünftige Anwendungen oder Anweisungen der Methode .
Die Zubereitung kann mit Mikroendoskopen26,43kombiniert werden. Mikroendoskope sind starre optische Sonden, die Gradienten-Refractive Index (GRIN)-Mikrolinsen verwenden, um Licht zu und von tiefem Gewebe zu leiten18. Die Verwendung von Mikroendoskopen ermöglicht Kanülen mit kleineren Durchmessern oder gar keine Kanülen. Kommerzielle Mikroendoskope sind jedoch weniger gut für optische Aberrationen korrigiert und haben niedrigere NA als kommerzielle Ziele. Die Stromsonden erreichen seitliche und axiale Auflösungen von 0,6-1 m, 10-12 m bzw.17,18,44. Der Einsatz von Mikroendoskopen ermöglicht auch die Kombination dieser Zubereitung mit kopfmontierten integrierten Weitfeldmikroskopen45,46,47.
Die Methode eignet sich auch in nicht-anästhesierten Mäusen zu verwenden, und es wurde verwendet, um zelluläre Aktivität mit Ca2+ Sensoren in wachen Kopf-fixierten Mäusen21,37,48,49zu untersuchen. In diesen Fällen ist es aufgrund der schnellen Zeitskalen der Fluoreszenzänderungen ratsam, die Zeilenregistrierung50zu implementieren. Es ist auch möglich, die Vorbereitung für die Bildgebung anderer Hippocampus-Unterregionen wie den tate gyrus (DG)39,51,52anzupassen. Durch die Kombination dieses Präparats mit 3P Anregung53,54 mit 1 MHz Frequenz pulsiertlaser auf 1400 nm abgestimmt, waren wir in der Lage, tiefer in die Hippocampus-Formation zu bilden, die die molekulare Schicht, Granulat-Zell-Schicht und die der GD (Abbildung 4), ohne die überlagernde CA1 zu entfernen.
Zusammenfassend stellen wir eine Methode vor, die einen optischen Zugang zum dorsalen Hippocampus ermöglicht und längs- und korrelative Untersuchungen der Dynamik der Hippocampusstruktur und -aktivität ermöglicht. Diese Technik erweitert die Möglichkeiten der Analyse der Hippocampusfunktion unter physiologischen und pathologischen Bedingungen.