הפרוטוקול הנוכחי מתאר אסטרטגיה מעשית לזרז את שלב האימות של קואורדינטות הזרקה סטריאוטקסיות לפני ביצוע מעקב נגיפי באמצעות צבעים ומקטעים קפואים.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
הפרוטוקול הנוכחי מתאר אסטרטגיה מעשית לזרז את שלב האימות של קואורדינטות הזרקה סטריאוטקסיות לפני ביצוע מעקב נגיפי באמצעות צבעים ומקטעים קפואים.
הזרקה סטריאוטקסית של אזור מסוים במוח מהווה טכניקה ניסיונית בסיסית במדעי המוח הבסיסיים. חוקרים בדרך כלל מבססים את בחירתם בפרמטרים של הזרקה סטריאוטקסית על אטלסים של מוח עכבר או חומרים שפורסמו שהשתמשו באוכלוסיות/גילאים שונים של עכברים ובציוד סטריאוטקסי שונה, מה שמחייב אימות נוסף של פרמטרי הקואורדינטות הסטריאוטקסיות. היעילות של דימות סידן, מניפולציות כימוגנטיות ואופטוגנטיות מסתמכת על ביטוי מדויק של גנים מדווחים באזור המעניין, הדורש לעתים קרובות מספר שבועות של מאמץ. לכן, זוהי משימה גוזלת זמן אם הקואורדינטות של אזור המוח היעד אינן מאומתות מראש. באמצעות שימוש בצבע מתאים במקום וירוס ויישום קריוסקציה, החוקרים יכולים לצפות באתר ההזרקה מיד לאחר מתן הצבע. זה מאפשר התאמות בזמן כדי לתאם פרמטרים במקרים שבהם קיימים פערים בין אתר ההזרקה בפועל לבין המיקום התיאורטי. התאמות כאלה משפרות באופן משמעותי את דיוק ביטוי הנגיפים באזור המטרה בניסויים הבאים.
כמעט כל הכלים הנוירומודולטיביים המודרניים, כולל רישום סידן in vivo, כלים אופטוגנטיים וכימוגנטיים, דורשים שימוש בקואורדינטות סטריאוטקסיות כדי להתמקד באזור המוח המעניין 1,2,3, ויוצרים את הבסיס למניפולציה עצבית. קואורדינטות סטריאוטקסיות עבור אזורי מוח של עכברים מוגדרות ביחס לברגמה ולמבדה, ציוני הדרך הגרמיים על הגולגולת, ויוצרים את מה שמכונה מערכת קואורדינטות סטריאוטקסית שמקורה בגולגולת. ברגמה או למדא יכולות לשמש כנקודת האפס של הקואורדינטות התלת-ממדיות. שלושת הצירים הם אנטרופוסטריורי (AP), בינוני (ML) ודורסו-ונטרלי (DV), המייצגים את צירי y, x ו-z בתצוגה דיגיטלית של מכשירים סטריאוטקסיים. עבור אזורי מוח ידועים, ניתן לקבל את פרמטרי הקואורדינטות הסטריאוטקסיות של אזור מסויםמאטלסים 4 של מוח עכבר (למשל, מוח העכבר של פקסינוס ופרנקלין בקואורדינטות סטריאוטקסיות) ו/או מהספרות שפורסמה 5,6. עם זאת, יש צורך בתיקוף נוסף בשל שינויים בציוד סטריאוטקסי ובגיל/אוכלוסיות העכברים המשמשים חוקרים שונים.
מבנה הוא הבסיס לתפקוד. מעגלים עצביים מהווים את הבסיס לתפקודי מוח רבים, כגון פעילויות קוגניטיביות, רגש, זיכרון, תפקודים חושיים ומוטוריים1. תיוג המבנה ומניפולציה של הפעילות של מעגלים עצביים חיוניים להבנת תפקודו של מעגל עצבי מסוים. במהלך העשורים האחרונים, עוקבים עצביים התפתחו במשך דורות רבים; מחקרים מוקדמים אימצו את נבט החיטה אגלוטינין (WGA) ופאזולוס וולגריס אגלוטינין (PHA) כעוקבים אנטרוגרדיים, ואת פלואורוגולד (FG), תת-יחידה B של רעלן כולרה (CTB), קרבוציאנין כעוקבים מדרדרים. עם זאת, שלא כמו נותבים נגיפיים, עוקבים עצביים מסורתיים אלה אינם יכולים לשלב גנים אקסוגניים בפונדקאי, וגם אין להם סלקטיביות מסוג התא. כיום, האסטרטגיה הוויראלית הפכה להצעה חשובה במהלך מחקר בסיסי במדעי המוח. למטרות מחקר שונות, ניתן לבחור כלים ויראליים שונים 7,8. ישנם וירוסים שאינם טרנססינפטיים, וירוסים טרנס-מולטיסינפטיים (מדרדרים ואנטרוגרדים), ונגיפים טרנס-מונוסינפטיים (מדרדרים ואנטרוגרדים). כל קטגוריה מכילה מספר סוגים עם מאפיינים מתאימים.
תהליך הניהול והביטוי של הנגיפים הוא עתיר זמן ומשאבים, ולעתים קרובות לוקח שבועות ואף יותר. בין וקטורים נגיפיים שונים, וירוס הקשור באדנו זוהה כאמצעי מבטיח להעברת גנים, ומספק חלון רחב הנע בין 3 ל 8 שבועות לאחר ההזרקה להליך הניסוי 7,8. ככל ש- AAV מתפתח, ניתוח יכול להתבצע 2-3 שבועות לאחר מתן 9,10. עוקבים אחרים של מעגלים עצביים, כגון וירוס פסאודורבי (PRV) ונגיף הכלבת (RV), דורשים גם הם תקופת מעקב של לפחות 2-7 ימים 11,12,13,14,15. לפיכך, אימות ראשוני של אתר ההזרקה לפני צפייה באותות פלואורסצנטיים הוא גם זמן וגם חסכוני.
כדי לאפשר אימות פשוט ומהיר של הזרקות סטריאוטקסיות, במחקר זה, צבע ניתן לפני וקטורים נגיפיים, והקפאה מאפשרת לחוקרים לצפות באתר ההזרקה ולעקוב אחריו תוך 30 דקות לאחר ההזרקה.
כל הניסויים בבעלי חיים נערכו בהתאם להנחיות Animal Research Reporting In Vivo Experiments (ARRIVE) ולמדריך המכונים הלאומיים לבריאות לטיפול ושימוש בחיות מעבדה. המחקר הנוכחי אושר על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים של בית החולים רנג'י, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'יאוטונג בשנחאי. במחקר הנוכחי נעשה שימוש בעכברים זכרים C57BL/6J בני שמונה שבועות. בעלי החיים הושגו באופן מסחרי (ראו טבלת חומרים) ושוכנו בכלובים סטנדרטיים (22°C ±-2°C, 12 שעות/12 שעות מחזור אור/חושך, מזון ומים עד לליביטום).
1. בחירת אזורי מטרה במוח
הערה: זהו הליך סטרילי. ודא שכל כלי הניתוח מעוקרים. יש לרסס את הכפפות באלכוהול לפני מגע עם כלי ניתוח. הימנע מלגעת בקצה המכשירים או באזור הניתוח עם כפפות. ודא שהעכבר מורדם כראוי לפני תחילת ההליך על ידי בדיקת אובדן רפלקסים נכונים וללא תגובה לגירוי עורי. לפני הקידוח וההזרקה, עקוב מקרוב אחר קצב הנשימה (60-220 נשימות לדקה, ממוצע 100-150 נשימות לדקה) ומשרעת הנשימה (צריכה להיות עקבית ולא רדודה או עמוקה מדי). יש לציין כל שינוי משמעותי בקצב הנשימה או באמפליטודה.
2. הכנת תמיסת צבע ומיקרו-הזרקה למוח
3. קצירת רקמת מוח והקפאה
4. הדמיה
מחקר זה זיהה בהצלחה את אתר ההזרקה תוך 30 דקות באמצעות השיטה שהודגמה. בתחילה, תמיסת טעינת דגימות SDS-PAGE המכילה ברומופנול כחול הוזרק לתוך LDTgV בעכברי C57/BL. איור 1A מראה ייצוג סכמטי של הזרקת תמיסת הצבע. התפלגות הצבע הכחול ב-LDTgV מודגמת באיור 1B.
ברומופנול כחול הוזרק גם לקליפת המוח הקדם-מצחית האמצעית (mPFC), לקליפת המוח האינפרא-לימבית של קליפת המוח הקדם-מצחית האמצעית ולאמיגדלה הבסומדיאלית (BMA) כדי להעריך את האוניברסליות של פרוטוקול זה. כפי שניתן לראות באיור 1C-E ובאיור 2A, הצבע הכחול התפזר בקליפת המוח הקדם-מצחית האמצעית (mPFC), בקליפת המוח האינפרא-לימבית של קליפת המוח הקדם-מצחית האמצעית וב-BMA.
יתר על כן, וירוס הקשור לאדנו הנושא חלבון mCherry פלואורסצנטי הוזרק לתוך LDTgV (הקואורדינטות אומתו באמצעות תמיסת הצבע). הביטוי של הנגיף לקח ארבעה שבועות. ההתפלגות של תאי עצב mCherry+ ב-LDTgV מתוארת באיור 2B.

איור 1: הזרקת תמיסת צבע. (A) תרשים סכמטי של הזרקת תמיסת הצבע. (B) התפלגות הצבע הכחול ב-LDTgV. (C) התפלגות הצבע הכחול בקליפת המוח הפרה-לימבית mPFC. (D) התפלגות הצבע הכחול בקליפת המוח האינפרא-לימבית mPFC. (E) התפלגות הצבע הכחול ב-BMA. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: התפלגות הצבע הכחול והתפלגות mCherry שנצפו במיקרוסקופ. (A) התפלגות הצבע הכחול בקליפת המוח הקדם-מצחית האמצעית (הגדלה פי 10, סרגל קנה מידה = 500 מיקרומטר). (B) תמונה מייצגת של התפלגות mCherry באזור LDTgV שנרכשה במיקרוסקופ פלואורסצנטי (הגדלה פי 10, סרגל קנה מידה = 500 מיקרומטר). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
מאמר זה תיאר אסטרטגיה יציבה לאימות הדיוק של זריקות מוח סטריאוטקסיות 5,6 מהר יותר ופשוט לפני מעקב נגיפי, אך ההיבט חסר התחליף של ביטוי גנים מדווח באזור המוח הוא חיוני לתיוג אזור המוח. הצבע הכחול בו השתמשנו איפשר הדמיה מיידית של אתר ההזרקה.
מספר שלבים קריטיים בפרוטוקול זה תורמים לשיפור הדיוק של אתר ההזרקה. ראשית, הבטחת רמת שמאל-ימין של המוח במכשיר הסטריאוטקסי משלב 1.5; שלב זה דורש מהמפעילים להכיר את האנטומיה של הגולגולת, ולוודא שמוטות האוזניים ממוקמים במיקום הנכון. המאזניים על מוטות האוזניים והמסגרת הסטריאוטקסית משמשים גם הם כהתייחסויות. שנית, מציאת נקודת האפס המדויקת, הברגמה, בשלב 1.6 ושלב 2.3. לעיתים, פער משמעותי בקואורדינטות שנמצאו בשלבים 1.6 ו-2.3 נובע מהבדל ניכר במיקום נקודת האפס. זה יכול לגרום לכך שמחט המיקרו-מזרק לא תוכל לחדור את חלון הגולגולת. במקרים כאלה, יש צורך למקם מחדש את נקודת האפס ואם יש צורך, יש ליצור חלון גולגולת חדש. למרות זאת, עדיין חיוני להקים מחדש את נקודת האפס ולמצוא את הקואורדינטות מחדש בשלב 2.3; לא ניתן להכניס ישירות את המיקרו-מזרק מחלון הגולגולת שנעשה בעבר.
בהשוואה לחיתוך מוח לא קפוא בתבנית פרוסת מוח של עכבר, אסטרטגיה זו מספקת תוצאה מדויקת יותר מכיוון שגוש הדגימה המוצק מונע מהלהב לסחוט את המוח ולגרום לעקירת הצבע מנקודות ההזרקה. יתר על כן, חלקי מוח שנחתכו על ידי תבנית פרוסת מוח הם עבים יחסית ואינם אפשריים למיקום גרעיני מוח קטנים. עם זאת, בהשוואה לתהליך ההקפאה הסטנדרטי של רקמת המוח 11,12,13,14,15, קיצרנו את משך העיבוד בלפחות 72 שעות על ידי דילוג על שלבי ההתייבשות, מה שהביא לכך שחלקי המוח היו שבירים יותר וקשים יותר להרים על מגלשת זכוכית, מה שמייצג חולשה גדולה של פרוטוקול זה.
בעת יצירת חלונות הגולגולת להזרקת צבע, הצמדת מקדח השיניים בחוזקה לזרוע הסטריאוטקסית, במקום להחזיק אותו ביד, מקלה על השליטה בעומק הקידוח באמצעות ידית הכוונון העדינה, ובכך מצמצמת את האפשרות לפגיעה ברקמת המוח.
לסיכום, מחקר זה סיפק שיטה מבטיחה לאימות ראשוני של הקואורדינטות הסטריאוטקסיות המדויקות לפני המעקב הנגיפי, מה שהופך את תהליך התיוג והמעקב אחר תאי העצב שלאחר מכן לאמין יותר.
המחברים מצהירים כי אין אינטרסים מתחרים.
הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק מס '82101249 ל- XY Sun), קרן המחקר לפוסט-דוקטורט של סין (מענק מס '2022M722125 ל- XY Sun). תוכנית השייט של שנחאי (מענק מס' 21YF1425100 לש.ש. צ'ן). פרויקט מיוחד למחקר קליני של ועדת הבריאות העירונית של שנחאי (מענק מס '202340088 לג'יי ג'ואו). הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק מס '82101262 ל- X Zhang, מענק מס '82101287 ל- SH Chen).
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1.0 ומיקרו; L, מזרק נוירוס, דגם 7001 KH, 32 גרם, פוינט סטייל 3 | המילטון | 65458-01 | |
| 200 μ L קצות פיפטה | biosharp | BS-200-T | |
| 20 מ"ל מזרק | חביב קבוצה | ||
| 3% H2O2 פתרון | Lircon Company | ||
| 6 בארות צלחת | Shengyou Biotech | 20006 | |
| Anerdian | Likang היי-טק | 31001002 | |
| אנטי גלגול צלחת | Leica | 14047742497 | |
| BD אינסולין מזרק | בקטון, דיקינסון ושות' | 328421 | |
| כיפוף מלקחיים לניתוח שיניים | Jinzhong | JD1050 | |
| Cellens תוכנת מימד | אולימפוס | ||
| צמר גפן | פישר סיינטיפיק | 23-400-122 | |
| Dapi-Fluoromount-G | Southernbiotech | 0100-20 | |
| מקדחה | Longxiang | ||
| מברשות עדינות | HWAHONG | ||
| מספריים עדינים | Jinzhong | y00030 | |
| מיקרוסקופיה פלורסנט | אולימפוס | BX63 | |
| מיקרוטום מקפיא | Leica | CM1950 | |
| מלקחיים המוסטטיים ישר עם שן | Jinzhong | J31010 | |
| מחט עירוי 0.7 מ"מ | קבוצה חביבה | ||
| הזרקת לידוקאין הידרוכלוריד | חברת התרופות קציר 71230803 | ||
| זכוכית מגדלת | M& G Chenguang נייר מכתבים | ||
| זכר C57/BL עכברים | מכון שנחאי לחקר הורות מתוכננת– BK מעבדה | ||
| עכברים עובש פרוסת מוח קורונלית | RWD מדעי החיים | 68713 | |
| צינור מיקרוצנטריפוגה | biosharp | BS-02-P | |
| להבי מיקרוטום | Leica | 819 | |
| משחת עיניים | חברת התרופות Cisen G23HDM9M4S5 | ||
| פרפורמלדהיד | Biosharp | BL539A | |
| משאבות פריסטלטיות | מנגנון הרווארד | 70-4507 | |
| פוספט חוצץ מלח | Servicebio | G4202 | |
| Piette 2-200 μ L | thermofisher | 4642080 | |
| SDS-PAGE טעינת דגימה המכילה ברומופנול כחול | Beyotime | P0015A | |
| להבי גילוח | BFYING | 91560618 | |
| Slides | Citotest Scientific | 188105 | |
| מכשיר סטריאוטקסי | RWD Life Science | 68807 | |
| מלקחיים לניתוח שיניים ישרות | Jinzhong | JD1060 | |
| מחזיק מזרק | RWD Life Science | 68206 | |
| מספריים לרקמות | Jinzhong | J21040 | |
| Tissue-Tek O.C.T תרכובת | סאקורה | 4583 | |
| טריברומו-אתנול | Aibei ביוטכנולוגיה | M2910 |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה