A Tissue Clearing Method for Neuronal Imaging from Mesoscopic to Microscopic Scales

Kenta Yamauchi; Shinichiro Okamoto; Megumu Takahashi; Masato Koike; Takahiro Furuta; Hiroyuki Hioki

doi:10.3791/63941

שיטת ניקוי רקמות להדמיה עצבית מסולמות מזוסקופיים למיקרוסקופיים

JoVE Journal
Neuroscience

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Journal Neuroscience

A Tissue Clearing Method for Neuronal Imaging from Mesoscopic to Microscopic Scales

שיטת ניקוי רקמות להדמיה עצבית מסולמות מזוסקופיים למיקרוסקופיים

Full Text

3,548 Views

07:20 min

May 10, 2022

DOI: 10.3791/63941-v

Kenta Yamauchi^1,2, Shinichiro Okamoto^1,2,3, Megumu Takahashi^1,2,4,5, Masato Koike^2,3, Takahiro Furuta⁶, Hiroyuki Hioki^1,2,7

¹Department of Neuroanatomy,Juntendo University Graduate School of Medicine, ²Department of Cell Biology and Neuroscience,Juntendo University Graduate School of Medicine, ³Advanced Research Institute for Health Sciences,Juntendo University, ⁴Department of Neuroscience, Graduate School of Medicine,Kyoto University, ⁵Japan Society for the Promotion of Science, ⁶Department of Oral Anatomy and Neurobiology, Graduate School of Dentistry,Osaka University, ⁷Department of Multi-Scale Brain Structure Imaging,Juntendo University Graduate School of Medicine

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a detailed protocol for neuronal imaging in brain slices using a novel tissue clearing method called ScaleSF. The technique allows for high-resolution visualization of neuronal structures, facilitating investigations from circuit to component scales, crucial for understanding brain function.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Cell Biology
Imaging Techniques

Background

Neuronal cells display intricate processes and specialized structures.
Tissue clearing techniques enhance imaging capabilities in neuroscience.
ScaleSF provides effective clearing without compromising tissue integrity.
Detailed imaging methods are essential for elucidating neuronal mechanisms.

Purpose of Study

To develop a reliable protocol for imaging neuronal structures in brain slices.
To utilize the ScaleSF technique for simultaneous visualization of various neuronal scales.
To enhance understanding of neuronal mechanisms and information processing in the brain.

Methods Used

Ex vivo brain slices were utilized for imaging studies.
The biological model involved mouse brain tissue, specifically PV-FGL mice.
No multiomics workflows were mentioned.
Key steps included solution preparation, incubation, and confocal microscopy setup.
3D reconstruction of neuronal structures was performed using confocal laser scanning microscopy.

Main Results

The ScaleSF method preserved fluorescence and structural integrity of brain tissues.
Clear visualization of EGFP-positive neurons allowed for detailed imaging of dendritic and axonal structures.
Findings emphasize the importance of refractive index matching for effective imaging.
3D imaging successfully captured the complexity of neuronal morphologies.

Conclusions

This study demonstrates the effectiveness of ScaleSF in neuronal imaging.
Enhanced imaging techniques will enable better understanding of neuronal circuits and mechanisms.
The protocol opens avenues for detailed exploration of neuronal processes in health and disease.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of the ScaleSF clearing method?

The ScaleSF clearing method offers potent tissue transparency while preserving cellular structures, allowing for high-resolution imaging of both large circuits and small subcellular features.

How are the brain slices prepared for imaging?

Brain slices are incubated in specific ScaleS solutions at controlled temperatures, followed by careful mounting in an imaging chamber for confocal microscopy.

What type of data is obtained from the imaging process?

The protocol provides detailed images of neuronal structures, including dendritic arbors and axonal terminals, enabling 3D reconstructions of neuronal connectivity.

Can this method be adapted for other types of tissues?

While the study focuses on brain tissue, the protocols may be adapted for other neural tissues or biological samples requiring high-resolution imaging.

What limitations should be considered when using this method?

Key limitations include the necessity for precise refractive index matching and potential challenges in processing certain tissue types.

How does this technique contribute to understanding brain function?

By enabling detailed imaging of neuronal structures, this technique facilitates insights into neuronal connectivity, mechanisms of information processing, and potential disease models.

הפרוטוקול מספק שיטה מפורטת של הדמיה עצבית בפרוסת המוח באמצעות שיטת ניקוי רקמות, ScaleSF. הפרוטוקול כולל הכנת רקמות מוח, הבהרת רקמות, טיפול בפרוסות מנוקות והדמיית מיקרוסקופיה של סריקת לייזר קונפוקלית של מבנים עצביים מרמות מזוסקופיות למיקרוסקופיות.

הפרוטוקול שלנו יקל על חקירה של מבנים עצביים מקנה מידה של מעגלים לרכיבים, מה שחיוני להבנה טובה יותר של תפקודי המוח. טכניקת הסליקה שלנו, ScaleSF מפעילה יכולת ניקוי חזקה, כמו גם רמה גבוהה של שימור רקמות הנדרשת להדמיה סימולטנית של מבנים בקנה מידה גדול וקטן כאחד. הפרוטוקול שלנו יעיל במיוחד במוח שבו תאי עצב מפגינים תהליכים משוכללים, קשרים אדירים ומסדרים מבנים תת-תאיים עדינים מיוחדים.

לפני תחילת הניסוי, הכינו פתרונות Sca/eS כפי שמוצג בטבלה זו וכסו את הדגימות בנייר כסף. התחל את ההליך על ידי הוספת שמונה מיליליטרים כל אחד מתמיסות ScaleS0 ו- ScaleS4 לשתי בארות נפרדות של צלחת תרבית תאים של שש בארות וחמם מראש את הצלחת ל -37 מעלות צלזיוס באינקובטור. מעבירים את פרוסות המוח לתמיסת ScaleS0 שחוממה מראש עם מרית ומדגרים את הפרוסות למשך שעתיים בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס באינקובטור רועד ב-90 סל"ד.

View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos