הדמיה של מיאלינציה היא מטרה חשובה עבור חוקרים רבים החוקרים את מערכת העצבים. CARS היא טכניקה התואמת את האימונופלואורסצנציה שיכולה לדמות באופן טבעי שומנים בתוך רקמות כגון המוח המאיר מבנים מיוחדים כגון מיאלין.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
הדמיה של מיאלינציה היא מטרה חשובה עבור חוקרים רבים החוקרים את מערכת העצבים. CARS היא טכניקה התואמת את האימונופלואורסצנציה שיכולה לדמות באופן טבעי שומנים בתוך רקמות כגון המוח המאיר מבנים מיוחדים כגון מיאלין.
ספקטרוסקופיית ראמן קוהרנטית נגד סטוקס (CARS) היא טכניקה המשמשת באופן קלאסי על ידי כימאים ופיזיקאים כדי לייצר אות קוהרנטי של תנודות חתימה של מולקולות. עם זאת, חתימות רטט אלה אופייניות גם למולקולות בתוך רקמה אנטומית כמו המוח, מה שהופך אותו יותר ויותר שימושי וישים עבור יישומים במדעי המוח. לדוגמה, CARS יכולה למדוד שומנים על ידי קשרים כימיים מרגשים במיוחד בתוך מולקולות אלה, מה שמאפשר כימות של היבטים שונים של רקמות, כגון מיאלין המעורב בהעברה עצבית. בנוסף, בהשוואה לטכניקות אחרות המשמשות בדרך כלל לכימות מיאלין, ניתן גם להגדיר את CARS כך שיהיה תואם לטכניקות אימונופלואורסצנטיות, מה שמאפשר תיוג משותף עם סמנים אחרים כגון תעלות נתרן או רכיבים אחרים של העברה סינפטית. שינויים במיאלינציה הם מנגנון חשוב מטבעו במחלות דה-מיאלינציה כגון טרשת נפוצה או מצבים נוירולוגיים אחרים כגון תסמונת X שביר או הפרעות בספקטרום האוטיזם הוא תחום מחקר מתפתח. לסיכום, ניתן להשתמש ב-CARS בדרכים חדשניות כדי לענות על שאלות בוערות במדעי המוח ולספק ראיות למנגנונים בסיסיים הקשורים למצבים נוירולוגיים רבים ושונים.
פוטנציאל פעולה הוא יחידת המידע הבסיסית במוח, ופוטנציאל פעולה המתפשט באמצעות אקסונים מהווה נדבך אחד של עיבוד מידע 1,2,3. תאי עצב בדרך כלל מקבלים קלטים ממספר תאי עצב אחרים ומשלבים את הקלטים האלה בחלון זמן צר נתון 4,5. לכן, מנגנוני הפעולה של התפשטות פוטנציאלית באקסונים קיבלו כמות משמעותית של תשומת לב מהחוקרים.
בעת התפשטות דרך אקסון, פוטנציאל פעולה מתחדש שוב ושוב לאורך האקסון כדי להבטיח התפשטות אמינה6. ברוב תאי העצב של בעלי חוליות לסתות (gnathostomes) אקסונים מוקפים בנדן של מיאלין, שהוא חומר עשיר בשומנים המיוצר על ידי אוליגודנדרוציטים סמוכים או תאי שוואן, שהם סוגים של תאי גליה (שנסקרוב-7,8). מעטפת המיאלין הזו מבודדת חשמלית את האקסון, מפחיתה את קיבוליותו ומאפשרת התפשטות פוטנציאלית של פעולה ביעילות, במהירות ובצריכת אנרגיה נמוכה יותר. המיאלין אינו מכסה את האקסון באופן אחיד, אך הוא עוטף את האקסון במקטעים שיש ביניהם רווחים קצרים, הנקראים הצמתים של Ranvier (נסקרב-9,10). הן עובי המיאלינציה, השולט ברמת הבידוד החשמלי של אקסון, והן הריווח של הצמתים של Ranvier, השולטים בתדירות שבה פוטנציאל הפעולה מתחדש לאורך אקסון, משפיעים על מהירות התפשטות פוטנציאל הפעולה (נבדק ב-11).
ישנה ספרות גדולה המציעה כי עובי המיאלינציה משפיע על מהירות ההתפשטות הפוטנציאלית של הפעולה באקסונים12,13,14. יתר על כן, שינויים במיאלינציה של האקסון יכולים לגרום למספר גירעונות CNS 15,16,17,18,19,20,21. לכן אין זה מפתיע שהתמקדות במאמצי מחקר רבים כרוכה במדידה ואפיון של אקסון מיאלינציה. מדידות של עובי המיאלין נעשו לרוב באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים, טכניקה הדורשת כמות משמעותית של הכנת רקמות ומאתגרת לשימוש בשילוב עם אימונוהיסטוכימיה. עם זאת, יש גם טכניקה מהירה ופשוטה יותר למדידת מיאלינציה של אקסון המבוססת על ספקטרוסקופיית ראמן קוהרנטית נגד סטוקס (CARS). ניתן לכוונן לייזר CARS לתדרים שונים וכאשר מכוונים אותו לתדרים המתאימים לעורר שומנים, ניתן לדמות את המיאלין ללא צורך בתוויות נוספות22. ניתן לשלב את הדמיית השומנים עם אימונוהיסטוכימיה סטנדרטית כך שניתן לדמות שומנים יחד עם מספר תעלות פלואורסצנטיות23. הדמיה של מיאלינציה עם CARS מהירה משמעותית ממיקרוסקופיית אלקטרונים ויש לה רזולוציה שהיא, אם כי נמוכה יותר מ- EM, מספיקה כדי לזהות אפילו הבדלים קטנים במיאלינציה באותו סוג של אקסונים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים עמדו בכל החוקים החלים, הנחיות המכונים הלאומיים לבריאות, ואושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת קולורדו אנשוץ.
1. בעלי חיים
2. הכנת רקמות
3. מכתים

איור 1: ניתן לשלב הדמיית CARS עם הדמיה אימונופלואורסצנטית. הגרפים מראים כי הדמיית CARS מתרחשת בספקטרום אות אדום 660/640 ננומטר26. אורך גל זה רחוק מספיק מתחום הירוק, הכחול או ה-UV, מה שמאפשר שילוב של אות ה-CARS עם אימונופלואורסצנציה בטווחים אלה. באופן ספציפי, הגרף מציין גם את העירור והפליטה עבור ניסל המתויג עם פלואורופור כחול, אשר שולב עם CARS במהלך איסוף התוצאות הייצוגיות עבור פרסום זה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
4. הדמיה
הערה: מערך הלייזר של CARS מכיל לייזר סיבים המספק את השעון של 80 MHz, ולייזר OPO (מתנד פרמטרי אופטי) עם טווח כוונון של 770-990 ננומטר כאשר קרן סטוקס קבועה ב- 1031 ננומטר, הדרושים לאיסוף אות ה- CARS. יש צמצם אחד לשתי הקורות.

איור 2: דיאגרמת מכשירים של CARS המציגה לייזרים של CARS (חיצים אדומים) וזיהוי קדימה שאינם מסולפים (NDD) המשולבים בקונפוקל סריקת לייזר. ב-NDD קדימה אנו רוכשים CARS עבור אג"ח C-H (חיצים אדומים כהים) ו-SHG (ג'נרטואין הרמוני שני) ב-515 ננומטר (חץ כתום). באפי NDD, אנו רוכשים CARS עבור קשרי C-H (חיצים אדומים כהים) ו-2PE (פליטת שני פוטונים) אוטופלואורסצנטיות (חץ כחול בהיר). ברצף, ניתן לרכוש תמונות קונפוקליות פלואורסצנטיות (חיצים ירוקים ללייזר גלוי, חצים כחולים לזיהוי קונפוקלי). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

איור 3: מכוניות יכולות להאיר מיאלין (מגנטה) ברקמת המוח (גזע המוח) תוך הדמיה של סימוני ניסל (ציאן) או פלואורסצנטיים. שני הפאנלים מראים תוצאות מייצגות מגרביל מונגולי (תמונה בודדת M. unguiculatus, איור 3A,C,E) ועכבר (z-stack max projection M. musculus, איור 2B,D,F), מה שמצביע על כך שניתן להשתמש בטכניקה זו בין מינים שונים. איור 3A,B המציג את Nissl בציאן, C,D מראים את אות ה-CARS במגנטה, E,F משלבים את אותות ניסל ו-CARS עם כל פאנל עבור גרביל או עכבר, בהתאמה. שתי קבוצות התמונות מציגות מקטע של הגרעין המדיאלי של גוף הטרפז (MNTB) בגזע המוח. נוירונים ב-MNTB מקבלים קלטים מאקסונים בעלי מיאלינציה כבדה, המסתיימים בקליקס של הולד, סוג של סינפסה ענקית27. סרגל קנה המידה הוא 20 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אחד היתרונות הגדולים ביותר של מיקרוסקופיית CARS על פני טכניקות אחרות הוא התאימות עם הדמיה פלואורסצנטית23. איור 1 מראה את ספקטרום ה-CARS בהשוואה ל-Nissl המתויג עם סמן אימונופלואורסצנטי המציג חפיפה מועטה/ללא חפיפה בספקטרה. איור 2 ממחיש את מערך הלייזר עבור מכוניות בשילוב עם מיקרוסקופיה קונפוקלית. איור 3 מדגים שתי תמונות מייצגות, אחת כערימה בודדת ואחת כהקרנה מקסימלית של z-stack מגרביל ועכבר שניתן לקבל באמצעות הדמ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גוף הולך וגדל של ספרות מדגיש את תפקידו של המיאלין בתפקוד המוח 13,16,21,28. יתר על כן, אנו יודעים כי עובי המיאלינציה ודפוס המיאלינציה יכולים להשתנות במספר מצבים נוירולוגיים כגון טרשת נפוצה (נבדק ב -29), הזדקנות (נבדק ב -30), אוטיזם20,31, ורבים אחרים. לכן אין זה מפתיע שיותר ויותר חוקרים צריכ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים על היעדר ניגוד עניינים.
נתמך על ידי NIH R01 DC 17924, R01 DC 18401 (קלוג), ו- NIH 1R15HD105231-01, T32DC012280 ו- FRAXA (מק'קולה). הדמיית CARS בוצעה בחלק הליבה של מיקרוסקופיית האור המתקדמת של המרכז לנוירוטכנולוגיה בקמפוס הרפואי של אוניברסיטת קולורדו אנשוץ, הנתמך בחלקו על ידי NIH P30 NS048154 ו-NIH P30 DK116073.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזק>הרדמה: < / חזק> | |||
| 1 מ"ל מזרק חד פעמי עם מחט 27 GA x 0.5 אינץ' | Exel int | 260040 | |
| קטלני + | Vortech | ||
| <חזק>ניתוח: < / מספריים חזקים> | |||
| קפיצים - 8 מ"מ | כלי מדע עדינים | 15024-10 | |
| פינצטה סטנדרטית | כלי מדע עדינים | 11027-12 | |
| <חזק>זלוף: | |||
| 4% פרפורמלדהיד | פישר כימיקל | SF994 (CS) | |
| מספריים עדינים - Sharp | Fine Science Tools | 14063-11 | |
| Kelly hemostats | Fine Science Tools | 13019-14 | |
| Millipore H2קצה מחט O | |||
| , 23 GA x 1 אינץ' | BD דיוק גלישה | 305193 | |
| פוספט חוצץ מלח (PBS): | |||
| אשלגן כלורי | Sigma | P9333 | |
| אשלגן פוספט מונו-בסיס | משאבת Sigma | P5655 | |
| עם זרימה משתנה או שווה ערך | |||
| נתרן כלורי | פישר כימיקל | s271-1 | |
| סודיום פוספט דו-בסיסי | סיגמא | S7907 | |
| <חזק>דיסקציה: בקבוקון | |||
| 50 מ"ל עם 4% PFA | |||
| Bochem Chemical Spoon 180 מ"מ | Bochem | 230331000 | |
| מספריים עדינים - Sharp | Fine Science Tools | 14063-11 | |
| Noyes מספריים אביביים | כלי מדע עדינים | 15011-12 | |
| זוג פינצטה עדינה (Graefe) | Fine Science Tools | 11050-10 | |
| מגש זכוכית או פלסטיק רדוד, כ-10 אינץ' x 10 אינץ' | |||
| פינצטה | סטנדרטית Fine Science Tools | 11027-12 | |
| מספריים כירורגיים - מדע משובח קהה | כלים | 14000-20 | |
| <חזק>חיתוך: | |||
| אגר, צמח | RPI | 9002-18-0 | |
| Vibratome | Leica | VT1000s | |
| צלחת באר | Alkali Sci. | TPN1048-NT | |
| חזק>מכתים: < / חזק> | |||
| AB מדיה: | 1n 1,000 מ"ל של Millipore H2< / sub>O | ||
| פוספט חוצץ (PB): | |||
| אשלגן פוספט מונובסיס | סיגמא | P5655 | |
| נתרן פוסוהאט דו-בסיסי | סיגמא | S7907 | |
| BSA (אלבומין בסרום בקר) | סיגמא מדעי החיים | A2153-100 גרם | |
| נתרן כלורי | פישר כימיקל | s271-1 | |
| טריטון X-100 | סיגמא - אולדריץ' | x100-500 מ"ל | |
| ניסל 435/455 | Invitrogen | N21479 | |
| <חזק>מכוניות: | |||
| APE לייזר פיקואמרלד | Angewandte Physik & אלקטרוניק מסנן פס פס GmbH | ||
| (420-520 ננומטר) | Chroma Technology | HQ470/100m-2P | |
| מסנן פס פס (500-530 ננומטר) | Chroma Technology | HQ515/30m-2P | |
| מסנני פס פס (640-680 ננומטר) | Chroma Technology | HQ660/40m-2P | |
| מיקרוסקופ קונפוקלי | אולימפוס | FV1000 | |
| חתוך העברת פישר | 13-711-7M | ||
| מעבר ארוך דיכרואי 565 ננומטר | טכנולוגיית Chroma | 565dcxr | |
| מעבר ארוך דיכרואי 585 ננומטר | טכנולוגיית Chroma | 585dcxr | |
| מעבר קצר דיכרואי 750 ננומטר | Chroma Technology | T750spxrxt | |
| צלחת תרבות תחתונה זכוכית | MatTek | P35G-0-10-C | |
| משקל זכוכית (10 מ"מ x 10 מ"מ מוט בורו) | אלן סיינטיפיק זכוכית בע"מ | ||
| מסנן פליטת קצר מולטיפוטון 680 ננומטר | Chroma Technology | ET680sp-2p8 | |
| PBS |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.