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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Les microglies sont des cellules immunitaires du cerveau qui enquête et réagissent à la physiologie du cerveau altéré par des modifications morphologiques qui peuvent être évalués quantitativement. Ce protocole décrit un ImageJ base protocole d’analyse pour représenter la microglie morphologie comme continue des données selon des indicateurs tels que la ramification de la cellule, la complexité et la forme.
Les microglies sont des phagocytes de cerveau qui participent à l’homéostasie du cerveau et d’enquête en permanence leur environnement pour dysfonctionnement, les blessures et la maladie. Comme les premiers intervenants, la microglie ont des fonctions importantes pour atténuer la dysfonction neurone et cellule gliale, et dans ce processus, ils subissent un large éventail de modifications morphologiques. La microglie morphologies peuvent être classés de manière descriptive ou, alternativement, peuvent être quantifiés comme une variable continue des paramètres tels que la ramification de la cellule, la complexité et la forme. Méthodes pour quantifier les cellules microgliales sont appliquées à des cellules individuelles, peu de techniques s’appliquent aux multiples microglies dans un ensemble photomicrographie. Cette méthode vise à quantifier les multiples et des cellules individuelles à l’aide de protocoles de ImageJ facilement disponibles. Ce protocole est un résumé des étapes et plugins ImageJ recommandé pour convertir les images binaires et squelettisés représentant photomicrographies fluorescence et lumineux-zone et de les analyser à l’aide de logiciels plugins AnalyzeSkeleton (2D/3D) et FracLac pour la collecte de données de morphologie. Les sorties de ces plugins résument la morphologie cellulaire en ce qui concerne les points finaux de process, jonctions et longueur ainsi que complexité, la forme des cellules et des descripteurs de taille. Le protocole d’analyse squelette décrit ci-après est bien adapté pour une analyse régionale des microglies multiples au sein d’un ensemble photomicrographie ou d’une région d’intérêt (ROI), tandis que FracLac fournit une analyse de cellules individuelles complémentaires. Combinés, le protocole prévoit un objectif, un outil d’évaluation sensibles et complète qui peut être utilisé pour stratifier entre microglie diverses morphologies présentes dans le cerveau en bonne santé et blessé.
La microglie ont une réponse morphologique immédiate et diverse altérations dans cerveau physiologie1 selon un continuum de possibilités allant de morphologies hyper-ramification et extrêmement complexes aux morphologies hors ramifiés et amiboïdes2 . La microglie peut-être aussi devenir polarisée et bâtonnets3. Ramification de cellules de la microglie est communément définie comme une forme complexe ayant plusieurs processus et est souvent rapportée que le nombre de points de terminaison par cellule et la longueur des prolongements cellulaires. Puisque les microglies sont finement réglé à fonction neuronale et gliale et cellules continue diaphonie et in vivo la motilité4,5, microglie morphologies pouvant servir comme indicateurs de fonctions cellulaires variés et dysfonctionnements dans le cerveau. Une approche quantitative est nécessaire pour décrire adéquatement la diversité de ces modifications morphologiques et de distinguer les différences entre les cellules ramifiées qui se produisent avec subtiles perturbations physiologiques (tels que l’épilepsie5,6 et7de la commotion cérébrale) en plus de blessures brut (par exemple, accident vasculaire cérébral,8). Une utilisation accrue de morphologie quantification7,8,9,10,11,12,13,14 révélera toute la gamme des microglies morphologies au cours de la santé et la maladie. La présente étude détails l’utilisation progressive des plugins ImageJ nécessaire de résumer les microglies morphologie de fluorescents ou non fluorescent photomicrographies des microglies acquis dans les tissus de rongeurs fixe après l’immunohistochimie (IHC).
Centrale pour les techniques d’analyse décrites ici sont le ImageJ plugins AnalyzeSkeleton (2D/3D)15, développé en 2010 afin de quantifier les grandes structures mammaires et FracLac16, développé en 2014 pour intégrer l’analyse ImageJ et fractale à quantifier les formes individuelles de la microglie. Ces plugins fournissent une analyse rapide de la ramification de la microglie dans photomicrographies entières ou plusieurs cellules microgliales d’un retour sur investissement défini dans une microphotographie. Cette analyse peut être utilisée seul ou en complément avec l’analyse fractale. L’analyse fractale de cellule unique (FracLac) nécessite un investissement de temps mais offre plusieurs sorties de morphologie au sujet de la complexité de la microglie, forme et taille. L’utilisation de ces deux outils n’est pas superflue, comme cellule de ramification est complémentaire à la complexité de la cellule et la combinaison de plusieurs paramètres peut-être servir à distinguer les microglies diverses morphologies dans datasets12,17.
Toutes les expériences ont été approuvés par et interprétés conformément aux directives établies par l’Université de l’Arizona institutionnels animalier et utiliser Comité et les NIH guidelines pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire. Il a pris soin de minimiser l’inconfort et la douleur animale. Méthodes d’euthanasie sont selon un protocole approuvé et se composent de décapitation cervicale sous anesthésie isoflurane.
1. préparation du tissu
NOTE : Procéder de la microglie morphologie analyse sur des échantillons de tissus cryoprotected fixe, afin de préserver la morphologie cellulaire. Ce qui suit est un protocole standard utilisé pour préparer et découper directement des tissus fixes pour fluorescence IHC.
2. immunohistochimie
Remarque : Les méthodes d’analyse de squelette et fractale peuvent être appliqués à fluorescence ou 3, IHC 3′-diaminobenzidine (DAB). Ce qui suit est un protocole standard de fluorescence d’IHC et peut-être être substitué au besoin. Fluorescence IHC rendements supérieure visualisation des prolongements cellulaires comparativement aux DAB IHC.
3. imagerie
4. squelette analyse
Problèmes communs résultant en squelettes non représentatif et proposé des solutions :
5. analyse fractale
Remarque : FracLac est en mesure d’exécuter un certain nombre d’analyses de forme différente qui ne sont pas couverts par le présent protocole. Pour une explication plus détaillée des FracLac de diverses fonctions, consulter le manuel de FracLac à < https://imagej.nih.gov/ij/plugins/fraclac/FLHelp/Introduction.htm> et références associées 2,16,19. Analyse fractale utilise les étapes du protocole 4.1 à 4.7 décrit ci-dessus.
Les protocoles d’analyse de la morphologie microglie décrits ci-après résument les étapes utiles dans le traitement des fluorescentes et microphotographies DAB pour analyse morphométrique. Ces étapes sont visuellement résumées dans la Figure 2 et Figure 3. L’objectif de ces mesures est de créer une image représentative de binaire et squelette qui modélise correctement la photomicrographie original telles que les données recueillies sont valides. Après l’application du protocole, le plugin AnalyzeSkeleton génère une image squelette marquée dont le nombre de points de terminaison et branche (i.e., processus) lengthcan être résumé à partir des fichiers de sortie qui en résulte. Points de terminaison et traiter les données de longueur sont ensuite utilisées pour estimer l’étendue de la ramification des microglies dans la photomicrographie ou le retour sur investissement. Figure 4 résume les données qui en résulte (points de terminaison/cellule et processus longueur/cellule) recueillies avec et sans l’application du protocole. Alors que des tendances similaires existent, les données résumées dans la Figure 4F sont moins variables que celles de la Figure 4E. En outre, ces données montrent une sensibilité accrue pour détecter les différences entre les groupes lorsque le protocole est appliqué. Enfin, les soins doivent être prises concernant la variabilité inter-utilisateur dans l’application du protocole. Ces différences sont résumées par la Figure 5 où le même ensemble de données a été analysé par deux utilisateurs indépendants selon un protocole identique résumées ci-dessus.
Morphologie supplémentaires données proviennent de cellules individuelles isolées à partir des images binaires créés lors de l’application du protocole. Les étapes du protocole pour analyser la morphologie des microglies avant et en utilisant le plugin FracLac sont résumées dans la Figure 6. Nous illustrons cette analyse dans les deux blessés (Figure 6 a) et blessé des tissus (Figure 6 b). Images représentatives du binaire, décrite, convexe coque/encapsulation cercle et case comptage des exemples pour chaque cellule analysée avec et sans le protocole application sont indiquées dans la Figure 6–F. Ces images aident à illustrer les origines des différences dans les données de morphologie qui sont résumées dans la Figure 6.

Figure 1. Illustrations des microglies squelette avec un circulaire soma (sous-optimal) versus un soma de même origine (optimal) et la superposition correspondante entre la cellule de squelette et la photomicrographie original. Echelle = 10 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2. Protocole d’application de microphotographies fluorescents. Illustrations du protocole squelette analyse appliqué à une microphotographie fluorescente avec une seule cellule recadrée pour afficher les détails. Echelle = 10 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3. Application du protocole de lumineux-zone DAB photomicrographies. Illustrations du protocole squelette analyse appliqué à une microphotographie DAB lumineux-zone avec une seule cellule recadrée pour afficher les détails. Echelle = 10 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4. Analyse des données avec et sans l’application du protocole. (A) une microphotographie exemple d’IHC fluorescent et recadrée cellule correspondant à la boîte jaune (B). Images de binaire et squelettisés exemple avec (C) et sans (D), le protocole appliqué comme décrit. Données sommaires de microglie points de terminaison/cellule et processus longueur/cellule dans indemnes (blanc) et blessé le tissu cortical (gris) avec (E) et sans (F) le protocole appliqué. Analyse statistique au moyen de l’élève test t et n = 3, ** dénote p < 0,01. Echelle = 10 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5. Différences d’utilisateur associé à l’application du protocole. Un exemple d’une conversion image et protocole original d’images binaires et squelettes par utilisateur 1 et utilisateur 2. Différences entre les deux images sont mises en évidence avec des cercles colorés. Graphiques sommaires des microglies points de terminaison/cellule et processus des données longueur/cellule dans des régions de cerveau blessé et blessé par utilisateur 1 et utilisateur 2. Analyse statistique ANOVA et échantillon taille est n = 3 ; p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001. Echelle = 10 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 6. Analyse fractale avec et sans l’application du protocole. Exemple de recadrée photomicrographies des microglies dans le blessé (A) et blessé (B) cortex avec binaire correspondant (C) et des images de contour (D) qui entraînent avec et sans le protocole appliqué. L’enveloppe convexe associé (bleu) et en joignant le cercle (rose) pour les formes de contour correspondant (E) sont utilisés pour calculer la densité de la forme, span ratio et circularité (G). La zone de comptage méthode est illustrée en (F) et utilisée pour la dimension fractale (D,B) et lacunarité (λ) calculs (G). Echelle = 10 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Les microglies sont des cellules immunitaires du cerveau qui enquête et réagissent à la physiologie du cerveau altéré par des modifications morphologiques qui peuvent être évalués quantitativement. Ce protocole décrit un ImageJ base protocole d’analyse pour représenter la microglie morphologie comme continue des données selon des indicateurs tels que la ramification de la cellule, la complexité et la forme.
Cette étude a reçu le soutien financier de NINR (F32NR013611). Nous tenons encore à remercier les développeurs de AnalyzeSkeleton(2D/3D) et FracLac (Arganda-Carreras et coll. et Karperien et al., respectivement) sans laquelle l’analyse décrite dans les présentes ne serait pas possible.
| anticorps anticorps primaire anti-IBA1 | Wako  ; | 019-19741 | lapin hôte |
| Vectashield montage souple | Vector Labs | H-1000 | |
| Anticorps secondaire | Jackson ImmunorResearch | 711-545-152 | âne hôte |
| mL flacon en verre | Wheaton | UX-08923-11 | |
| Triton X-100 | Fisher Scientific  ; | BP151 | |
| Azoture de sodium (NaN3) | Sigma | S-8032 | |
| lamelle en verre | Fisher Scientific  ; | Référence 12-544-G |