Das vorliegende Protokoll beschreibt eine praktische Strategie, um den Verifizierungsschritt stereotaktischer Injektionskoordinaten zu beschleunigen, bevor die Virusverfolgung mit Farbstoffen und Gefrierschnitten durchgeführt wird.
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Das vorliegende Protokoll beschreibt eine praktische Strategie, um den Verifizierungsschritt stereotaktischer Injektionskoordinaten zu beschleunigen, bevor die Virusverfolgung mit Farbstoffen und Gefrierschnitten durchgeführt wird.
Die stereotaktische Injektion einer bestimmten Hirnregion stellt eine grundlegende experimentelle Technik in den Neurowissenschaften dar. Forscher stützen sich bei der Wahl der stereotaktischen Injektionsparameter häufig auf Hirnatlanten von Mäusen oder veröffentlichten Materialien, die verschiedene Populationen/Altersgruppen von Mäusen und unterschiedliche stereotaktische Geräte verwendeten, was eine weitere Validierung der stereotaktischen Koordinatenparameter erforderlich machte. Die Wirksamkeit von Calcium-Bildgebung, chemogenetischen und optogenetischen Manipulationen beruht auf der präzisen Expression von Reportergenen innerhalb der interessierenden Region, die oft mehrere Wochen Aufwand erfordert. Daher ist es eine zeitaufwändige Aufgabe, wenn die Koordinaten der Zielhirnregion nicht im Voraus verifiziert werden. Mit einem geeigneten Farbstoff anstelle eines Virus und der Durchführung von Kryosektionen können die Forscher die Injektionsstelle unmittelbar nach der Farbstoffverabreichung beobachten. Dies ermöglicht eine rechtzeitige Anpassung der Koordinationsparameter in Fällen, in denen Diskrepanzen zwischen der tatsächlichen Injektionsstelle und der theoretischen Position bestehen. Solche Anpassungen verbessern die Genauigkeit der viralen Expression innerhalb der Zielregion in nachfolgenden Experimenten erheblich.
Nahezu alle modernen Neuromodulationswerkzeuge, einschließlich der In-vivo-Kalziumaufzeichnung, optogenetischer und chemogenetischer Werkzeuge, erfordern die Verwendung stereotaktischer Koordinaten, um den interessierenden Hirnbereich zu erreichen 1,2,3, was die Grundlage der neuronalen Manipulation bildet. Stereotaktische Koordinaten für Hirnregionen von Mäusen werden in Beziehung zu Bregma und Lambda, den knöchernen Landmarken auf dem Schädel, definiert, die das sogenannte skull-derived stereotaxic coordinate system bilden. Als Nullpunkt der dreidimensionalen Koordinaten kann entweder Bregma oder Lambda dienen. Die drei Achsen sind anteroposterior (AP), mediolateral (ML) und dorsoventral (DV) und stellen die y-, x- und z-Achsen auf der digitalen Anzeige stereotaktischer Instrumente dar. Für bekannte Hirnregionen können die stereotaktischen Koordinatenparameter eines bestimmten Bereichs aus Maushirnatlanten4 (z.B. Paxinos und Franklins Mausgehirn in stereotaktischen Koordinaten) und/oder der veröffentlichten Literatur 5,6 gewonnen werden. Eine weitere Validierung ist jedoch aufgrund von Unterschieden in der stereotaktischen Ausrüstung und dem Alter/der Populationen von Mäusen, die von verschiedenen Forschern verwendet werden, erforderlich.
Struktur ist die Basis der Funktion. Neuronale Schaltkreise bilden die Grundlage für viele Gehirnfunktionen, wie z. B. kognitive Aktivitäten, Emotionen, Gedächtnis, sensorische und motorische Funktionen1. Die Markierung der Struktur und die Manipulation der Aktivität neuronaler Schaltkreise sind entscheidend für das Verständnis der Funktion eines bestimmten neuronalen Schaltkreises. In den letzten Jahrzehnten haben sich neuronale Tracer über viele Generationen hinweg entwickelt; Frühe Forschungen verwendeten Weizenkeimaggglutinin (WGA) und Phaseolus vulgaris Agglutinin (PHA) als anterograde Tracer und Fluorgold (FG), Choleratoxin-Untereinheit B (CTB) und Carbocyanin als retrograde Tracer. Im Gegensatz zu viralen Tracern können diese herkömmlichen neuronalen Tracer jedoch keine exogenen Gene in den Wirt integrieren und weisen auch keine Zelltypselektivität auf. Heutzutage ist die virale Strategie zu einem wichtigen Vorschlag in der neurowissenschaftlichen Grundlagenforschung geworden. Für unterschiedliche Forschungszwecke können verschiedene virale Werkzeuge ausgewählt werden 7,8. Es gibt nicht-transsynaptische Viren, trans-multisynaptische Viren (retrograd und anterograde) und trans-monosynaptische Viren (retrograd und anterograd). Jede Kategorie enthält mehrere Typen mit entsprechenden Merkmalen.
Der Prozess der viralen Verabreichung und Expression ist sehr zeit- und ressourcenintensiv und dauert oft Wochen oder sogar länger. Unter den verschiedenen viralen Vektoren wurde das Adeno-assoziierte Virus als vielversprechendes Mittel für die Genübertragung identifiziert, das ein breites Zeitfenster von 3 bis 8 Wochen nach der Injektion für das experimentelle Verfahren bietet 7,8. Mit fortschreitender AAV kann die Analyse 2-3 Wochen nach der Verabreichung durchgeführt werden 9,10. Andere Tracer für neuronale Schaltkreise, wie z. B. das Pseudotollwutvirus (PRV) und das Tollwutvirus (RV), erfordern ebenfalls einen Rückverfolgungszeitraum von mindestens 2-7 Tagen 11,12,13,14,15. Daher ist eine vorläufige Überprüfung der Injektionsstelle vor der Beobachtung von Fluoreszenzsignalen sowohl zeit- als auch kosteneffizient.
Um eine einfache und schnelle Überprüfung von stereotaktischen Injektionen zu ermöglichen, wird in dieser Studie ein Farbstoff vor viralen Vektoren verabreicht, und die Kryosektion ermöglicht es den Forschern, die Injektionsstelle zu beobachten und innerhalb von 30 Minuten nach der Injektion zu verfolgen.
Alle Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien für Tierversuche (Animal Research Reporting In Vivo Experiments, ARRIVE) und dem Leitfaden der National Institutes of Health für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt. Die vorliegende Studie wurde vom Animal Care and Use Committee des Renji Hospital der Shanghai Jiaotong University School of Medicine genehmigt. Für die vorliegende Studie wurden acht Wochen alte männliche Mäuse des Typs C57BL/6J verwendet. Die Tiere wurden kommerziell gewonnen (siehe Materialtabelle) und in Standardkäfigen untergebracht (22 °C ± 2 °C, 12 h/12 h Hell-/Dunkelgang, Futter und Wasser ad libitum).
1. Auswahl der Zielregionen des Gehirns
HINWEIS: Dies ist ein steriles Verfahren. Stellen Sie sicher, dass alle chirurgischen Instrumente sterilisiert sind. Sprühen Sie die Handschuhe vor dem Kontakt mit chirurgischen Instrumenten mit Alkohol ein. Vermeiden Sie es, die Spitze der Instrumente oder den Operationsbereich mit Handschuhen zu berühren. Stellen Sie sicher, dass die Maus vor Beginn des Eingriffs ausreichend betäubt ist, indem Sie auf den Verlust der Aufrichtreflexe und keine Reaktion auf die kutane Stimulation prüfen. Überwachen Sie vor dem Bohren und Injizieren genau die Atemfrequenz (60-220 Atemzüge pro Minute, durchschnittlich 100-150 Atemzüge pro Minute) und die Atemamplitude (sollte gleichmäßig und nicht zu flach oder tief sein). Signifikante Veränderungen der Atemfrequenz oder -amplitude sollten vermerkt werden.
2. Vorbereitung der Farbstofflösung und der Mikroinjektion des Gehirns
3. Entnahme von Hirngewebe und Kryosektion
4. Bildgebung
In dieser Studie wurde die Injektionsstelle innerhalb von 30 Minuten mit der demonstrierten Methode erfolgreich identifiziert. Zunächst wurde eine SDS-PAGE-Probenladelösung, die Bromphenolblau enthielt, in das LDTgV in den C57/BL-Mäusen injiziert. Abbildung 1A zeigt eine schematische Darstellung der Injektion der Farbstofflösung. Die Verteilung des blauen Farbstoffs im LDTgV ist in Abbildung 1B dargestellt.
Bromphenolblau wurde auch in den prälimbischen Kortex des mPFC, den infralimbischen Kortex des mPFC und die basomediale Amygdala (BMA) injiziert, um die Universalität dieses Protokolls zu bewerten. Wie in Abbildung 1C-E und Abbildung 2A gezeigt, war der blaue Farbstoff im prälimbischen mPFC-Kortex, im infralimbischen mPFC-Kortex und im BMA verteilt.
Darüber hinaus wurde ein Adeno-assoziiertes Virus, das ein fluoreszierendes mCherry-Protein trägt, in das LDTgV injiziert (die Koordinaten wurden mit der Farbstofflösung verifiziert). Die Ausprägung des Virus dauerte vier Wochen. Die Verteilung der mCherry+-Neuronen im LDTgV ist in Abbildung 2B dargestellt.

Abbildung 1: Injektion der Farbstofflösung. (A) Schematische Darstellung der Injektion der Farbstofflösung. (B) Verteilung des blauen Farbstoffs im LDTgV. (C) Verteilung des blauen Farbstoffs im prälimbischen Kortex des mPFC. (D) Verteilung des blauen Farbstoffs im infralimbischen Kortex von mPFC. (E) Verteilung des blauen Farbstoffs in BMA. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Verteilung des blauen Farbstoffs und der mCherry-Verteilung unter dem Mikroskop. (A) Verteilung des blauen Farbstoffs im prälimbischen Kortex des mPFC (10-fache Vergrößerung, Maßstabsbalken = 500 μm). (B) Repräsentatives Bild der mCherry-Verteilung im LDTgV-Bereich, aufgenommen durch Fluoreszenzmikroskopie (10-fache Vergrößerung, Maßstabsbalken = 500 μm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
In diesem Artikel wurde eine stabile Strategie beschrieben, um die Genauigkeit von stereotaktischen Hirninjektionen 5,6 schneller und einfacher vor der Virusverfolgung zu überprüfen, aber der unersetzliche Aspekt der Reportergenexpression in der Gehirnregion ist entscheidend für die Markierung von Hirnregionen. Der von uns verwendete blaue Farbstoff ermöglichte die unmittelbare Visualisierung der Injektionsstelle.
Mehrere kritische Schritte in diesem Protokoll tragen dazu bei, die Genauigkeit der Injektionsstelle zu verbessern. Erstens, Sicherstellung der Links-Rechts-Nivellierbarkeit des Gehirns im stereotaktischen Instrument aus Schritt 1.5; Dieser Schritt erfordert, dass der Bediener mit der Anatomie des Schädels vertraut ist, um sicherzustellen, dass die Ohrbügel in der richtigen Position platziert sind. Die Skalen an den Ohrbügeln und der stereotaktische Rahmen dienen ebenfalls als Referenz. Zweitens, den genauen Nullpunkt, das Bregma, in Schritt 1.6 und Schritt 2.3 zu finden. Gelegentlich ist eine signifikante Diskrepanz in den Koordinaten der Schritte 1.6 und 2.3 auf einen erheblichen Unterschied in der Nullpunktpositionierung zurückzuführen. Dies kann dazu führen, dass die Mikroinjektornadel nicht in der Lage ist, das Schädelfenster zu durchdringen. In solchen Fällen ist es notwendig, den Nullpunkt neu zu positionieren und bei Bedarf ein neues Schädelfenster zu erstellen. Trotzdem ist es immer noch unerlässlich, den Nullpunkt wiederherzustellen und die Koordinaten in Schritt 2.3 neu zu finden; Man kann die Mikrospritze nicht direkt aus dem zuvor hergestellten Schädelfenster einführen.
Verglichen mit dem Schneiden eines nicht gefrorenen Gehirns in einer Maus-Gehirnschnittform liefert diese Strategie ein genaueres Ergebnis, da der feste Probenblock verhindert, dass die Klinge das Gehirn zusammendrückt und der Farbstoff von den Injektionspunkten verdrängt wird. Darüber hinaus sind Hirnschnitte, die mit einer Hirnschnittform geschnitten werden, relativ dicker und es ist nicht möglich, kleine Hirnkerne zu lokalisieren. Verglichen mit dem Standard-Kryosektionsverfahren für Hirngewebe 11,12,13,14,15 verkürzten wir jedoch die Verarbeitungsdauer um mindestens 72 Stunden, indem wir die Dehydratisierungsschritte übersprangen, was dazu führte, dass die Hirnschnitte zerbrechlicher und schwieriger auf einem Objektträger aufzunehmen waren, was eine große Schwäche dieses Protokolls darstellt.
Bei der Herstellung der Schädelfenster für die Farbstoffinjektion erleichtert die feste Befestigung des Zahnbohrers am stereotaktischen Arm, anstatt ihn mit der Hand zu halten, die Steuerung der Bohrtiefe mit dem Feineinstellknopf, wodurch die Möglichkeit einer Schädigung des Hirngewebes verringert wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie eine vielversprechende Methode zur vorläufigen Überprüfung der genauen stereotaktischen Koordinaten vor der Virusverfolgung bereitgestellt hat, wodurch der anschließende Prozess der Neuronenmarkierung und -verfolgung zuverlässiger wird.
Die Autoren erklären, dass keine konkurrierenden Interessen bestehen.
National Natural Science Foundation of China (Stipendium Nr. 82101249 an XY Sun), Postdoctoral Research Foundation of China (Stipendium Nr. 2022M722125 an XY Sun). Shanghai Sailing Program (Zuschuss Nr. 21YF1425100 an SH Chen). Sonderprojekt für klinische Forschung der städtischen Gesundheitskommission von Shanghai (Zuschuss Nr. 202340088 an J Zhou). Nationale Naturwissenschaftliche Stiftung Chinas (Stipendium Nr. 82101262 an X Zhang, Stipendium Nr. 82101287 an SH Chen).
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 1.0 &Mikro; L, Neuros Spritze, Modell 7001 KH, 32 G, Point Style 3 | Hamilton | 65458-01 | |
| 200 μ L Pipettenspitzen | Biosharp | BS-200-T | |
| 20 mL Spritze | Kindly Gruppe | ||
| 3%H2O2 Lösung | Lircon Company | ||
| 6-Well-Platte | Shengyou Biotech | 20006 | |
| Anerdian | Likang High-Tech | 31001002 | |
| Anti-Rollplatte | Leica | 14047742497 | |
| BD Insulin Spritze | Becton,Dickinson and Company | 328421 | |
| Bend gezahnte Präparierzange | Jinzhong | JD1050 | |
| Cellsens Dimension Software | Olympus | ||
| Wattestäbchen | Fisher Scientific | 23-400-122 | |
| Dapi-Fluoromount-G | Southernbiotech | 0100-20 | |
| Bohrer | Longxiang | ||
| Feine Bürsten | HWAHONG | ||
| Feine Schere | Jinzhong | y00030 | |
| Fluoreszenzmikroskopie | Olympus | BX63 | |
| Gefriermikrotom | Leica | CM1950 | |
| Hämostatische Pinzette gerade mit Zahn | Jinzhong | J31010 | |
| Infusionsnadel 0,7 mm | Freundliche Gruppe | ||
| Lidocainhydrochlorid-Injektion | Harvest Pharmaceutical Company | 71230803 | |
| Lupe | M& G Chenguang Stationery | ||
| Männliche C57/BL Mäuse | Das Shanghai Institute of Planned Parenthood Research– BK Labor | ||
| Mäuse koronale Hirnschnittform | RWD Life Science | 68713 | |
| Mikrozentrifugenröhrchen | Biosharp | BS-02-P | |
| Mikrotomklingen | Leica | 819 | |
| Ophthalmische Salbe | Cisen Pharmaceutical Company | G23HDM9M4S5 | |
| Paraformaldehyd | Biosharp | BL539A | |
| Schlauchpumpen | Harvard Apparatus | 70-4507 | |
| Phosphatgepufferte Kochsalzlösung | Servicebio | G4202 | |
| Piette 2-200 μ L | Thermofisher | 4642080 | |
| SDS-PAGE Probenbeladung mit Bromphenolblau | Beyotime | P0015A | |
| Rasierklingen | BFYING | 91560618 | |
| Objektträger | Citotest Scientific | 188105 | |
| Stereotaktisches Gerät | RWD Life Science | 68807 | |
| Geradzahnige Präparierzange | Jinzhong | JD1060 | |
| Spritzenhalter | RWD Life Science | 68206 | |
| Gewebeschere | Jinzhong | J21040 | |
| Tissue-Tek O.C.T. Verbindung | Sakura | 4583 | |
| Tribromethanol | Aibei Biotechnologie | M2910 |
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