עבודה זו מציגה פרוטוקול קריו-סקציה המשתמש בייצוב שרף הניתן לריפוי UV כדי לשמור על שלמות ממשק השתל-רקמה תוך שמירה על נגישות האנטיגן, ומאפשר ניתוח אימונופלואורסצנציה אמין ברזולוציה גבוהה של שתלים פולימריים סינתטיים.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
עבודה זו מציגה פרוטוקול קריו-סקציה המשתמש בייצוב שרף הניתן לריפוי UV כדי לשמור על שלמות ממשק השתל-רקמה תוך שמירה על נגישות האנטיגן, ומאפשר ניתוח אימונופלואורסצנציה אמין ברזולוציה גבוהה של שתלים פולימריים סינתטיים.
הערכה היסטולוגית של שתלים סינתטיים וביוקומפטיביים מציבה אתגרים טכניים משמעותיים בשל אי התאמה בין שיטות עיבוד רקמות קונבנציונליות לבין התכונות הפיזיקוכימיות של חומרים אלו. גישות עכשוויות המשתמשות בהטמעת שרף מלא מספקות שימור מבני מספק אך פוגעות קשות בנגישות האפיטופים, ובכך מגבילות יישומים איממונוהיסטוכימיים חיוניים לאפיון תגובות חיסוניות של המארח. לעומת זאת, הטמעת פרפינים קונבנציונלית מציגה הידבקות לקויה לסובסטרטים סינתטיים ומגבילה את בחירת הנוגדנים לפרופיל אימונולוגי מקיף. פרוטוקולי הקריוסגרציה הסטנדרטיים משפרים תאימות איממונוהיסטוכימית על ידי שיפור שימור האנטיגן; עם זאת, שיטות אלו לעיתים קרובות גורמות לחוסר שלמות מבנית של דגימות המכילות שתל, מה שפוגע בהערכה מורפולוגית ובאיכות החיתוך. כדי להתמודד עם מגבלות אלו, פותח פרוטוקול עיבוד חדשני הכולל שרף שניתן לריפוי ב-UV לייצוב סלקטיבי של מבני רקמת שתל לפני הקרוגה. שיטה זו עושה שימוש בשרף פוטופולימריזביל כדי לספק תמיכה מכנית תוך שמירה על נגישות אפיטופים ודטרמיננטים אנטיגניים, שלרוב נפגעים על ידי פולימריזציה מלאה של שרף. הפרוטוקול מאפשר יצירת חתכים איכותיים בעובי אופטימלי להערכת אימונופלואורסצנציה, ומשיג שימור מבני טוב יותר בהשוואה לחתך קפוא סטנדרטי, ללא קישור צולב נרחב שמגביל את חדירת הנוגדנים בדגימות מוטמעות בשרף קונבנציונלי. גישה זו מייצגת פתרון מעשי וחסכוני לעיבוד היסטולוגי של שתלים סינתטיים, ומציעה יכולות אנליטיות משופרות להערכת תאימות ביולוגית ומקלה על אפיון מפורט של תגובות חיסוניות מקומיות בממשקי שתל-רקמה.
מיקרוסקופ אימונופלואורסצנציה הוא טכניקה אנליטית חיונית במחקר רפואה רגנרטיבית, המסייעת להמחשת ארכיטקטורת הרקמה והרכב התאים באמצעות נוגדנים מצומדים בפלואורופור. שיטה זו משלבת את הספציפיות המולקולרית של זיהוי אימונוכימי עם הרגישות והגמישות של זיהוי פלואורסצנציה, ומאפשרת תצפית מפורטת על התפלגויות המטרות התאיות בתוך מיקרו-סביבות הרקמה שלהן. גישות אימונופלואורסצנציה כוללות אסטרטגיות תיוג ישירות ועקיפות, כאשר פרוטוקולי אימונופלואורסצנציה עקיפים מספקים הגברה מוגברת של אותות באמצעות מערכות נוגדנים משניות המקושרות לפלואורופורים מגוונים החוצים את הספקטרום הנראה והקרוב באינפרא אדום1. היכולת המובנית של המתודולוגיה לזהות רב-מטרות בו-זמנית באמצעות הפרדה ספקטרלית מאפשרת אפיון פנוטיפי מקיף של אוכלוסיות תאיות הטרוגניות והקשרים המרחביים שלהן בתוך מיקרוסביבות רקמות מורכבות2.
היכולות הטכניות של מיקרוסקופ אימונופלואורסצנציה חורגות מעבר ללוקליזציה קונבנציונלית של חלבונים וכוללות יישומים אנליטיים כמותיים, כולל מדידות עוצמת פלואורסצנציה, ניתוחי קולוקליזציה והערכות התפלגות מרחביות הקריטיות להבנת תפקוד התאים וארגון הרקמות3. בהקשר של מחקר תאימות ביולוגית של שתלים, ניתוח אימונופלואורסצנציה מספק תובנות קריטיות לגבי תגובות חיסוניות של המארח, כולל תגובות גופים זרים, מפלים דלקתיים ותהליכי אינטגרציה של רקמות שקובעים את קבלת או דחיית השתל ברמות התאית והמולקולרית4.
יישום מוצלח של פרוטוקולי אימונופלואורסצנציה דורש התייחסות זהירה לשיטות עיבוד רקמות השומרות על שלמות מורפולוגית תוך שמירה על אות פלואורסצנטי ומזעור אוטופלואורסצנציה ברקע. בחירת מדיה משובצת מסורתית תלויה בסוג הרקמה, בדרישות האנליטיות בהמשך הזרם, ובאנטיגנים הספציפיים הרלוונטיים. לגבי חומרים סינתטיים ושתלים, הספרות הנוכחית ממליצה בעיקר על הטמעת דומה מלאה לשמירה על יציבות מבנית במהלך פרוצדורות חתך5. עם זאת, גישה זו מציבה מגבלות משמעותיות בשל הצורך באולטרה-מיקרוטומים ולהבים מיוחדים לחתך בלוקי שרף פולימריזציים, המייצגים השקעה משמעותית בציוד ובמומחיות טכנית. הטמעת פרפין, תוך שהיא מספקת תמיכה מבנית מספקת לחתכים, מביאה שינויים קונפורמציה לדטרמיננטים אנטיגניים במהלך קיבוע ועיבוד באמצעות ייבוש נרחב, הקשחה כימית וחדירה לממסים אורגניים שיכולים לפרק חלבונים ולהסתיר אפיטופים. עיבוד פרפין גם מייצר הפרעות אוטופלואורסצנציה פנימיות שפוגעות בזיהוי אות ובניתוח כמותי. שינויים אלו מחייבים הליכי שליפת אנטיגן, בדרך כלל כוללים שחזור אפיטופים מושרה על ידי חום (HIER) או שליפת אפיטופים מונעים פרוטאוליטי (PIER), כדי להחזיר את הנגישות לנוגדנים6. למרות התערבויות אלו, נוגדנים רבים זמינים מסחרית אינם תואמים לדגימות מוטמעות בפרפין, ותנאי השליפה הקשים עלולים לפגוע עוד יותר באיכות אות הפלואורסצנטי ולגרום ליצירת ארטיפקטים של הלבנת פוטו.
קריוסקציה מציעה שיטת עיבוד חלופית ליישומי אימונופלואורסצנציה. ניתן להשתמש בשתי שיטות קריושימור להכנת רקמות. הגישה הראשונה כוללת הקפאה מהירה על ידי טבילה ישירה של דגימות רקמה טריות באמבט איזופנטן מקורר מראש עם חנקן נוזלי להשגת טמפרטורות מתחת ל-20 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן חתך באמצעות מיקרוטומים קריוסטטים המצוידים בתאי חיתוך מבוקרי טמפרטורה. הפרוטוקול השני עושה שימוש בתקופת קיבוע קצרה בפראפורמלדהיד (PFA) או פורמלין, ואחריה הגנה קריוגנרית באמצעות חדירת סוכרוז מדורגת לפני ההקפאה. תהליך השימור בהקפאה יוצר מטריצה קשיחה השומרת על שלמות הרקמה תוך שמירה על מבנה החלבון המקומי החיוני לזיהוי נוגדנים. חתך קפוא שומר על רקמות במצב כמעט טבעי עם שינויים כימיים מינימליים7, ובכך מפחית את הצורך בהליכים קשים לשאיבת אנטיגנים ומאפשר שימוש במגוון רחב יותר של נוגדנים ראשוניים, כולל כאלה שאינם תואמים לרקמות הטבועות בפרפין עקב מסכת אפיטופים או דנאטורציה8.
תהליך הקריוחתך בדרך כלל עושה שימוש בתרכובת טמפרטורת חיתוך אופטימלית (OCT), מדיום הטמעה מסיס במים המורכב מאלכוהול פוליוויניל ופוליאתילן גליקול, המספק תמיכה מבנית במהלך החתך תוך שמירה על שקיפות ותואמת למערכות זיהוי פלואורסצנטיות. הטמעת OCT מאפשרת יצירת חתכים דקים ואחידים בעובי של 5–15 מיקרון, בהתאם לדרישות האנליטיות הספציפיות ולמאפייני הרקמה9. שימור קונפורמציות חלבון טבעיות בחתכים קפואים שומר על יחסי אות לרעש אופטימליים החיוניים לניתוח אימונופלואורסצנציה כמותי, תוך שמירה על אפיטופים שלמים המאפשרים שימוש במגוון רחב יותר של נוגדנים ראשוניים, כולל כאלה שאינם תואמים לרקמות מוטמעות בפרפין8.
עם זאת, חתך רקמות קפוא מציב אתגרים טכניים ייחודיים, במיוחד בעת עיבוד חומרים סינתטיים בעלי תכונות פיזיקוכימיות מובחנות לעומת רקמות ביולוגיות מקומיות. ההתפשטות התרמית השונה בין פולימרים סינתטיים לממשקי רקמה ביולוגית במהלך ההקפאה עלולה לגרום למתח מכני מקומי שפוגע בשלמות המבנה ויוצר ארטיפקטים של חתך10. יתרה מזאת, הקשיחות הטבועה בחומרים סינתטיים רבים ביחס לרקמות ביולוגיות קפואות עלולה לגרום לסטיית להב במהלך החיתוך, מה שמוביל לעובי חתך לא אחיד ולנזק הן לדגימה והן לציוד החיתוך. מגבלות טכניות אלו מחייבות פרוטוקולי עיבוד מיוחדים שיכולים להתאים לדרישות הייחודיות של דגימות המכילות שתלים, תוך שמירה על יתרונות החתך הקפוא ליישומי אימונופלואורסצנציה.
כדי להתמודד עם מגבלות אלו, מחקר זה פיתח פרוטוקול קריוסגרציה המשלב ייצוב שרף סלקטיבי שניתן לריפוי ב-UV עם פרמטרי חתך קריוסטט מבוקרים, כדי לאפשר ניתוח אימונופלואורסצנציה ברזולוציה גבוהה ורב-פרמטרית של מבני רקמת שתל.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מחקר זה בוצע בהתאם להנחיות ועדת הטיפול והשימוש בבעלי חיים של Mayo Clinic (IACUC) תחת מספר אישור A00003765-18-24. כל ההליכים הכוללים שתלים ביוקואמיטיביים סינתטיים בוצעו בתנאים סטריליים, בהתאם לפרוטוקולי בטיחות ביולוגית מתאימים.
1. עיבוד דגימה והגנה קריו-פרוגרטיבית
הערה: יש לטפל בפורמלין אך ורק במכסה אדים כימי ולבוש ציוד מגן אישי (PPE) מתאים, משום שפורמלין מכיל פורמלדהיד, מגרה חזק, רגיש ומסרטן.
2. הגדרת קריוסטאט וחתך ראשוני
3. יישום שרף שניתן לריפוי ב-UV
הערה: יש לטפל בשרף שניתן לרפא על ידי UV באזור מאוורר היטב תוך כדי לבישת ציוד מגן מתאים ולהגן על העיניים והעור מפני אור LED ו-UV. שרפים אלו מכילים מגרים שיכולים לגרום לתגובות עור ועיניים, וחשיפה ל-LED ו-UV עלולה לגרום לפגיעת עיניים הנגרמת מ-UV.
4. שחזור חתכים והכנת מגלש
5. אחסון ושימור
6. פרוטוקול צביעת אימונופלואורסצנציה
הערה: יש לטפל בפפסין עם ציוד מגן מתאים, שכן הוא מגרה בעור ובנשימה.
7. מיקרוסקופ פלואורסצנטי ורכישת תמונה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הערכת איכות החלק ואופטימיזציה
לאחר ייצוב וחתך בשרף UV בעובי 8 מיקרון, אספו חתכים על שקופיות דבק והערכנו לבקרת איכות. חתכים איכותיים מראים מורפולוגיה שלמה ללא סדקים משמעותיים או ארטיפקטים שבורים, עם ארכיטקטורת רקמה רציפה וממשק שתל-רקמה משומר (איור 2A). מקטעים המציגים נזק מבני משמעותי, כולל סדקים או הפרדת רקמות משטח השתל המיושב בשרף, אינם נכללים בניתוח נוסף (איור 2B). ראוי לציין כי יישום שרף שניתן לריפוי ב-UV ל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שיטת ייצוב שרף הניתנת לריפוי UV מספקת גישה חלופית לחתך דגימות רקמה מוטמעות-OCT המכילים חומרים סינתטיים שקשה לעבד אותם באמצעות טכניקות חתך קפוא סטנדרטיות. למרות שיש מגוון אפשרויות דבק, כגון מחסניות טעונות, סרטי הדבקה לרקמה ותמיכות דביקות נוספות, כדי לסייע במניעת ניתוק חלקי רקמה או דגימות שבירות במהלך הטיפול, מוצרים אלו מציעים הידבקות למחסנית ואינם מספקים את החיזוק המכני הנדרש בממשק השתל-רקמה במהלך החיתוך. יתרה מזאת, כיום אין שרפים ניתנים להתפשטות עם ייפוי UV המיועדים ליישום דק ואחיד ישירו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
המחקר שדווח בפרסום זה נתמך על ידי המכון הלאומי לחירשות ותקשורת אחרת של המכון הלאומי לבריאות תחת פרס מספר R01DC019114.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| אור אולטרה סגול צוואר אווז 5W 395– 405 ננומטר לייבוש שרף | אמזון | UPC & lrm; 603335835561 | |
| נוגדן - אנטי-F4/80 (מונוקלונלי) | אבקאם | AB300421 | 1:500 |
| נוגדן - קולגן IV (פוליקלונלי) | אבקאם | ab6586 | 1:100 |
| נוגדן - Donkey Anti-Rabbit IgG AlexaFluor Plus 555 | Invitrogen | A32794 | 10 מיקרוג'/מ"ל |
| נוגדן - עז אנטי-ארנב IgG AlexaFluor 488 | Invitrogen | A-11008 | 10 מיקרוג'/מ"ל |
| נוגדן - למינין (פוליקלונלי) | Invitrogen | PA1-16730 | 1:500 |
| BioMed Clear | פורמלאבס | FLBMCL01 | חומר ביוקומוניטיבי #1 |
| BioMed Durable | פורמלאבס | FLBMDU01 | חומר ביוקואמיטיבלי #2 |
| 10% פורמלין ממופר | קרדינל הלת' | C4320-101 | |
| מסנן BZ-X Cy5 | קיינס | OP-87766 | סט פילטרים |
| BZ-X פילטר DAPI | קיינס | OP-87762 | סט פילטרים |
| מסנן BZ-X GFP | קיינס | OP-87763 | סט פילטרים |
| מסנן BZ-X TRITC | קיינס | OP-87764 | סט פילטרים |
| תוכנת מנתח BZ-X800 | קיינס | BZ-X800 | תוכנה משולבת |
| Fisherbrand Premium Coverglass 50 x 24 מ"מ | פישר סיינטיפיק | 12-544-14 | |
| מדפסת תלת-ממד Form4B | FormLabs | מדפסת F4B | |
| מיכל שרף Form4 | פורמלאבס | RT-F4-01 | |
| סרום עזים | גיבקו | 16210064 | |
| HM525 NX Cryostat | אפרדיה | 956641EC | |
| מיקרוגל ביתי | פנאסוניק | NN-S766BA | הספק של 1000 וואט |
| כיסויי פלסטיק IHC-Tek בגודל 24 מ"מ x 60 מ"מ | IHC World | IW-2601 | כיסוי זמני |
| JDiction שרף UV נמוך צמיגות | אמזון | 6974143904430 | אוטופלואורסצנציה גבוהה |
| Keyence BZ-X800 | קיינס | BZ-X800 | |
| בואו נעשה שרף שרף UV שרף שקוף מסוג קשה | אמזון | ALR00038 | אוטופלואורסצנציה גבוהה |
| בואו נבדוק שרף UV שקופ מסוג צמיגות גבוהה | אמזון | ALR00048 | |
| סליידי זכוכית מיקרו של Matsunami MAS | Newcomer Supply | SUMAS1190 | סלייד דביק |
| שתל ניתוחי מדפור | סטרייקר | 8662 | חומר ביוקומוניטיבי #3 |
| מר שרף UV שרף צלול | אמזון | B08FRF9QTB | אוטופלואורסצנציה גבוהה |
| להב MX35 אולטרה מיקרוטום | אפרדיה | 3053835 | |
| Parafilm M Laboratory Film | פאראפילם | P7543-1EA | |
| פפסין | סיגמא | R2283-15ML | |
| pH 7.4 במי מלח מפושט בפוספט | Sigma | P3813 | |
| Plan Apo & lambda; 40X | קיינס | BZ-PA40 | עדשת אובייקטיבית |
| Plan Apo & lambda; 4X | קיינס | BZ-PA04 | עדשת אובייקטיבית |
| גלגל תפר פוליאוריתן | אמזון | 682698799567 | |
| התקנת אנטי-פייד זכוכית ProLong עם כתם NucBlue | Invitrogen | P36985 | Hoechst 33342 Counterstain |
| סאפונין | מיליפור | 558255-100GM | |
| StainTray | Simport | M920-2 | |
| יריעת סיליקון סטרילית | בנטק | PR72034-51N | |
| תמיסת שחזור מטרות, pH6 של ציטראט | אג'ילנט | S236984-2 | |
| תרכובת O.C.T של Tissue-Tek | סאקורה | 4583 | |
| אגלוטינין חיטה אלקסהפלואר 647 | Invitrogen | W32466 | 5 מיקרוגרם/מ"ל |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה