ここに提示されるのは、覚醒した頭部拘束マウスにおける脳細胞の縦方向イメージングのための慢性頭蓋窓の移植のためのプロトコルである。
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ここに提示されるのは、覚醒した頭部拘束マウスにおける脳細胞の縦方向イメージングのための慢性頭蓋窓の移植のためのプロトコルである。
行動する動物におけるニューロンおよびグリアの細胞生理機能を完全に理解するためには、それらの形態を視覚化し、行動するマウス における生体内で のそれらの活性を記録する必要がある。この論文では、覚醒した頭部拘束マウスの脳細胞の縦方向イメージングを可能にするために、慢性頭蓋窓を移植する方法について説明する。遺伝的戦略およびウイルス注射と組み合わせて、特定の細胞および関心のある領域を構造的または生理学的マーカーで標識することができる。このプロトコルは、頭蓋窓を通して両方の細胞を同時にイメージングするために、皮質内のGCaMP6発現アストロサイトの近傍のニューロンを標識するためにウイルス注射を組み合わせる方法を実証する。同じ細胞の多光子イメージングは、目を覚まし、行動する動物で数日、数週間、または数ヶ月間行うことができる。このアプローチは、研究者に細胞ダイナミクスをリアルタイムで表示するための方法を提供し、神経科学における多くの質問に答えるために適用することができます。
マウスの皮質においてin vivo多光子蛍光顕微鏡検査を行う能力は、細胞シグナル伝達および構造1、2、3、4、5、6、7、8、9、疾患病理学10、11、および細胞発生12,13の研究にとって最も重要である。.慢性頭蓋窓の移植により、縦方向の画像化が可能であり、生きた動物において皮質領域の数日、数週間、または数ヶ月13,14の反復画像化を可能にする。多光子顕微鏡は、深度プロービングの改善と使用される赤外線レーザーに関連する光損傷の低減により、in vivo、反復イメージングに最適です。これにより、様々な皮質領域における特定の細胞の分子動態および細胞動態の研究が可能になる。
多光子顕微鏡は、マウス15、16、17、18、19、20におけるニューロンおよびグリア細胞のインビボイメージングに使用されている。特定の細胞型および関心のある領域を標識するために、様々な戦略を実施することができる。1つの一般的なアプローチは、Cre-Lox組換え系を用いて、遺伝的にコードされた蛍光タンパク質の発現を細胞特異的な方法で駆動することである。これは、遺伝子改変マウスを用いて、例えば、tdTomato「フロックス」マウス(Ai14)を、目的のプロモーター21の下でCreリコンビナーゼを発現するマウスと交配させることで行うことができる。あるいは、細胞特異的および部位特異的標識は、ウイルス注射によって達成され得る。ここでは、細胞特異的プロモーター下のCreリコンビナーゼをコードするウイルスと、目的のフロックス化遺伝子をコードするウイルスとを、規定領域に注入する。両方のウイルスベクターを受け取る適切な細胞型は、所望の遺伝子を発現する。これらの遺伝子は、tdTomatoなどの構造マーカーとして、細胞形態の変化22、またはGCaMPおよび/またはRCaMPなどの遺伝的にコードされたカルシウム指標(GECI)を表示してカルシウム動態を調べることができます23。遺伝子組換えの方法は、1つ以上の細胞型を標識するために個々にまたは組み合わせて適用することができる。第3のアプローチは、トランスジェニックマウスまたはウイルス構築物(パッケージング能力が限られている)を必要としない、DNA構築物24の子宮エレクトロポレーションである。エレクトロポレーションのタイミングに応じて、異なる細胞型を標的とすることができる25、26、27。
多光子イメージングを行う場合、マウスは、覚醒中または麻酔をかけながら画像化することができる。覚醒マウスの撮像は、取り付けられたヘッドプレート28を介してマウスを固定することにより行うことができる。このアプローチは、マウスが取り付けられたヘッドプレートによって固定され、開放チャンバ30内を移動させられる、自由浮遊、空気支持発泡スチロールボール29、自由浮遊トレッドミル1、または空中吊り下げ式ホームケージシステムなどの方法を用いて、動物の比較的自由な移動を可能にすることによって、ストレスを少なくする。これらの画像化条件のそれぞれについて、まずマウスを画像化セットアップに慣れさせる必要があるであろう。本稿では、空輸式ホームケージシステムを用いた馴化とイメージングの手順について述べる。
このプロトコールは、皮質における縦方向の in vivo イメージングのための慢性頭蓋窓の移植を記載する。ここでは、アストロサイトにおいてGCaMP6fを条件付きに発現するマウスを用いて、カルシウムシグナル伝達ダイナミクスをモニターする。さらに、本稿では、tdTomatoをニューロンの標識として用いたウイルス注射の手順について述べる。これにより、ニューロンシナプス構造の変化の決定および/または同じアストロサイトの反復イメージングを可能にする構造マーカーとしての利用可能性が可能になる。プロトコル全体を通して、多光子顕微鏡から得られた画像の可能な限り最高の品質を確保するために、重要なステップが強調されます。
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すべての動物実験は、ネブラスカ大学医療センターでIACUCによって承認されたガイドラインに従って実施した。
1. 手術前
2. 手術開始
3. 開頭術
4. ウイルス注射
5. 頭蓋窓の移植
6. 事後操作
7. イメージングのための動物の馴化
8. 多光子イメージング
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頭蓋窓の質は、ニューロン構造がどれほど鮮明に見えるかによって評価することができる。良い窓には、樹枝状の棘がはっきりと見えます(図1)。構造データと位置データを保存すると、同じ動物を数日、数週間、または数か月にわたって繰り返し画像化して、同じ細胞を調べることができます(図1)。 図1 の画像は、一次運動皮質の前肢領域(5mmの窓内)から得られた。構造シナプス可塑性を研究するために、樹状突起スパインおよび軸索ブートンの密度およびダイナミクスを含む様々なパラメータを測定することができる。アストロサイト活性は、カルシウムシグナル伝達の時空間ダイナミクスを解析することで研究することができる(図2)。顕微鏡の能力(すなわち、共振スキャナ、対物レンズを制御するピエゾモータ)および実験上の問題に応じて、タイムラプスイメージングを単一焦点面または体積または多領域で実行して、所望の取得周波数でカルシウム活性を監視すること...
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ここでは、空中持ち上げられたホームケージ上の覚醒した頭部拘束マウスにおける皮質アストロサイトおよびニューロンの in vivo イメージングのための慢性頭蓋窓の移植のためのプロトコルを提示した。GECIsおよびニューロンシナプス構造を発現するアストロサイトを画像化するための頭蓋窓アプリケーションの具体例が提供されている。多光子顕微鏡法を用いることで、アストロサイトカルシウムシグナル伝達ダイナミクスと構造シナプスダイナミクスを数日間にわたって繰り返し記録することができます。
慢性頭蓋窓は、良好な光学画像品質を提供し、同じニューロンおよびグリア構造に対して複数の画像化セッションを実行することを可能にする。このアプローチはまた、開頭術をカバーガラスで覆う前に頭蓋内ウイルス注射を行うことを可能にする。
ユーザーは、慢性頭蓋窓の移植によって生じる多くの制限に注意する必要があります。高品質の窓を達成し、動物の生存を確保するためには、経験と多くの練習が必要です。さらに、手術は侵襲的であり、炎症反応をもたらし得る。手術中および手術後の回復中の薬理学的処置には、抗炎症薬および...
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 15o ポインテッドブレード | Surgistar | 6500 | 手術ツール |
| 19 G 針 | BD | 305186 | 手術用品 |
| AAV1-CAG-FLEX-tdTomato | Addgene | 28306-AAV1 | ウイルスベクター |
| AAV1-CaMKII-0-4-CRE | Addgene | 105558-AAV1 | ウイルスベクター |
| Acteone | Fisher Scientific | A16P4 | 試薬 |
| アルコール調製パッド | フィッシャーサイエンティフィ | Covidien 5750 | 手術用品 |
| ベベラー | 成重 | 機器 | |
| ホウケイ酸ガラス | ワールド精密機器 | TW100F-4 | 手術用品 |
| 超硬バー | SS ホワイトデンタル | 14717 | 手術器具 |
| カルプロフェン (リマジル)、50 mg/mL | ゾエティス マイラン インスティテューショナル、LLC.Drug | ||
| 圧縮空気 | フィッシャーサイエンティフィック | 23-022-523 | 手術用品 |
| コットンチップアプリケーター | ピューリタン | 836-WC バインダーなし | 手術用品 |
| カバー ガラス、厚さ No.1、3 mm/5 mm | ワーナーインスツルメンツ | 64-0720、64-0700 | 手術用品 |
| デンタルドリル | アセプチコ | 機器 | |
| デキサメタゾン、4mg / mL | マイランインスティテューショナル、LLC。 | 薬物 | |
| 解剖顕微鏡 | ニコン | 装置 | |
| デュラレイリキッド (歯科用セメント液) | パターソンデンタル | 602-8518 | 試薬 |
| デュラレイパウダー (歯科用セメントパウダー) | パターソン歯科 | 602-7932 | 試薬 |
| エンロフロキサシン、2.27% | バイエル | 薬 | |
| 眼軟膏 | Dechra | 17033-211-38 | 手術供給 |
| ファイバーライト高強度イルミネ | ーターDolan-Jennerインダストリー | ズ機器 | |
| 鉗子(大) | ワールド精密機器 | 14099 | 手術ツール |
| 鉗子(Small) | World Precision Instruments | 501764 | Surgery Tools |
| GCaMP6f B6; 129S-GT(ROSA)26Sortm95.1(CAGGCaMP6f)Hze/J | The Jackson Laboratory | Stock No: 024105 | Mouse line |
| Germinator | Fisher Scientific | Equipment | |
| GLAST-CreER Tg(Slc1a3-cre/ERT) 1Nat/J | The Jackson Laboratory | Stock No: 012586 | Mouse Line |
| ヘッドプレート | Neurotar | Model 1, Model 3 | Surgery Supply |
| 止血鉗子 | World Precision Instruments | 501705 | Surgery Tools |
| Holder for 15o Pointed Blade World | Precision Instruments | 501247 | Surgery Tools |
| Holder for Scalpel Blades World | Precision Instruments | 500236 Surgery | |
| ヨウ素準備パッド | Avantor | 15648-926 | 手術用品 |
| イソフルラン | ピラマル | 手術用品 | |
| イソフルラン テーブルトップシステム 誘導ボックス付き | ハーバード 装置 | ||
| 機器 イソフルラン気化器 | SurgiVet | 機器 | |
| Krazy Glue | オフィスデポ | KG517 | 試薬 |
| ロックタイト 401 | ヘンケル | 40140 | 速硬化型 瞬間接着剤 |
| ロックタイト 454 | フィッシャーサイエンティフィック | NC9194415 | シアノアクリレート 接着剤 |
| ゲル マイクロピペット プーラー | サッター 機器 | 機器 | |
| 多光子顕微鏡 | 機器 | ||
| 窒素 | マセソン | NI M200 | ガス |
| 酸素 | マセソン | OXM250 | ガス |
| ピコスプリッツァー | パーカー | 細胞内マイクロインジェクション ディスペンス | |
| システム ピペットチップ | レイニン | 17014340 | 手術用品 |
| げっ歯類 ヘアトリマー | ウォール | 機器 | |
| 生理食塩水 (0.9% 塩化ナトリウム) | Med Vet International | RX0.9NACL-30BAC | 手術用品 |
| メスブレード、サイズ 11 | インテグラ | 4-111 | 手術器具 |
| さみ | ワールド精密機器 | 503667 | 手術器具 |
| 脳定位固定装置 | ールティング | 機器 | |
| スギ スポンジストリップ(スポンジストリップ) | ケッテンバッハデンタル | 31002 | 手術用品 |
| SURGIFOAM(ゲルフォーム) | エチコン | 1972 | 手術用品 |
| シリンジ 26g針付き | BD | 309625 | 手術用品 |
| タモキシフェン | シグマ アルドリッチ | T5648-1G | 試薬 |
| Ti:サファイア レーザー | コヒーレント | 機器 | |
| トランスファーピペット | フィッシャーサイエンティフィック | 13-711-9AM | 手術用品 |
| ウォーターブランケット | フィッシャーサイエンティフィ | 機器 | |
| キシロカイン MPF エピネフリン (1:200,000)、10 mg/mL | フレゼニウスカビUSA | ドラッグ |
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