Name: ヒトとマウスにおける脳室周囲の組織の側脳室および組織学的特性の3次元モデリング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-05-19T15:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 26 s
Description: 学ぶ脳室の3次元モデリング手法。MRIスキャンと免疫組織化学を用いて、ヒトとマウスの側脳室の体積変化と細胞構造を可視化し、神経変性疾患や加齢に関する知見を得る。

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<li>Bergmann, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+age+of+olfactory+bulb+neurons+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">The age of olfactory bulb neurons in humans.</a> Neuron. 74, 634-639 (2012).</li>
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<li>Wang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+and+characterization+of+neuroblasts+in+the+subventricular+zone+and+rostral+migratory+stream+of+the+adult+human+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Res%22%5BJournal%5D)">Identification and characterization of neuroblasts in the subventricular zone and rostral migratory stream of the adult human brain.</a> Cell Res. 21, 1534-1550 (2011).</li>
<li>Carmen Gomez-Roldan, D. el, M,, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroblast+proliferation+on+the+surface+of+the+adult+rat+striatal+wall+after+focal+ependymal+loss+by+intracerebroventricular+injection+of+neuraminidase%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Comparative+Neurology%22%5BJournal%5D)">Neuroblast proliferation on the surface of the adult rat striatal wall after focal ependymal loss by intracerebroventricular injection of neuraminidase.</a> The Journal of Comparative Neurology. 507, 1571-1587 (2008).</li>
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著者らは開示するものは何もない。

我々は、マウスおよびヒトにおいて、脳の脳室系の完全性を評価するために使用できるツールおよびプロトコルを提示します。これらのツールは、しかし、また、14,21,22または老化プロセス中に損傷、疾患に起因する変化を受ける他の脳構造または器官系にも適用することができます。戦略は断面および縦MRI配列のアラインメントは、特定の領域または対象の構造の3次元体積表現を生成することができるソフトウェアのテイク利点を提示します。縦MRIシーケンスは、時間の経過とともに発生し、総脳容積比の側脳室のために、総脳容積を含むように拡張することができる3Dボリュームの変更、および/ ​​または他の脳構造の編集（ 例えば 、視床下核23または脳梁白質路可能）拡散強調テンソル画像を用いました。同時に、脳の構造変化の包括的分析を行うことができます。最終的には、マルチモーダルイメージング技術の収集脳構造への加齢関連疾患と関連の変化を評価するために、脳の健康状態24の最も正確な画像を提供するために必要とされます。一緒対象被験者の変動と被験者全体の変動の範囲で重要な構造...

上衣細胞単層系脳脊髄液（CSF）と間質液（ISF）1-3との間で双方向のバリア及び輸送機能を提供する脳の脳室系。これらの機能は、脳が毒物を含まない、生理バランス2,3で維持するのに役立ちます。ヒトでは怪我や病気を通してこのライニングの部分の損失は他の上皮ライニングに見られるような、再生、交換をもたらすように表示されません。むしろ上衣細胞カバレッジの損失は、心室表面における上衣細胞の無欠陥領域を覆う星状細胞の網目構造と脳室周囲アストログリオーシスをもたらすと思われます。重要CSF / ISF交換やクリアランス機構に深刻な影響は、この上皮層1,2,4-7の喪失に起因すると予測されます。 人間の老化の共通の特徴は、側脳室（脳室）とobservなどの関連する脳室周囲の浮腫を拡大していますMRIおよび流体弱毒化反転回復MRI（MRI / FLAIR）8-14により編。脳室と心室ライニングの細胞組織との関係を調べるために、死後の人間のMRIシーケンスは、側脳室の脳室周囲組織の組織学的調製物と一致しました。脳室拡大例では、神経膠症の実質的な領域は、側脳室の壁に沿って上衣細胞カバレッジを交換していました。心室拡張がMRIベースのボリューム分析によって検出されなかった場合には、上衣細胞のライニングは無傷であったとグリオーシスは心室ライニング6に沿って検出されませんでした。このコンビナトリアルアプローチは、部分のホールマウントの準備や全体の側脳室の壁と心室容積6の3Dモデリングを使用して、側脳室のライニングの細胞の完全性の変化を詳細に最初の包括的なドキュメントを表します。いくつかの疾患（アルツハイマー病、統合失調症）、および外傷（外傷性脳損傷）初期の神経病理学的特徴として脳室拡大を示します。上衣細胞ライニングの領域の裸出は、それによって、通常の上衣細胞機能を妨害し、CSF / ISF流体と溶質交換機との間の恒常性バランスを損なうことが予測されるであろう。したがって、脳室系への変更の、より精密検査、その細胞組成、およびその下または隣接する脳構造の結果は、最終的に心室肥大に関連した神経病理の詳細を明らかにするために開始されます。 一緒に組織学的組織サンプルを対応へのアクセスが制限されたマルチモーダルイメージングデータの不足、特に縦方向のデータ列には、人間の脳の病理の解析を困難にします。ヒトの老化や病気に見られるモデリングの表現型は、多くの場合、マウスモデルを用いて達成することができ、動物モデルは、ヒト疾患の開始および進行についての質問を探検するために最善の手段の一つになります。でいくつかの研究健康な若いマウスは、側脳室の壁の細胞構築とその下の幹細胞ニッチ4,7-15を記載しています。これらの研究は、高齢化6,15を介して3Dモデリングおよび心室壁の細胞分析を含むように拡張されています。マウスは比較的堅牢subventicularゾーン（SVZ）は、無傷の上衣細胞ライニング6,15に細胞ニッチの下にある幹表示むしろ脳室周囲グリオーシスも脳室のいずれもが、老齢マウスで観察されます。このように、印象的な種特異的な違いは、6,15の老化過程における側脳室のライニングの一般的なメンテナンスと整合性の両方に存在します。したがって、ヒトで見られる条件を調べるための最良の使用マウスに、2種間の違いは、任意のモデリングパラダイムを特徴とし、適切に考慮される必要があります。ここでは、人間とMの両方で側脳室および関連する脳室周囲組織に長手方向の変化を評価するための手順を提示しますウーズ。私たちの手順は、細胞、組織と構造の両方を特徴づけるために、3Dレンダリングとマウスおよびヒトの心室の両方の容積測定、および脳室周囲組織の全載標本の免疫組織化学的分析の使用を含みます。一緒にこれらの手順は、脳室系の変化と関連する脳室周囲の組織を特徴付けるための手段を提供します。

<table><tbody><tr><td>リン酸緩衝生理食塩水(PBS)</td><td>Life Technologies</td><td>21600-069</td><td></td></tr><tr><td>パラホルムアルデヒド(PFA)</td><td>電子顕微鏡科学</td><td>19210</td><td>PBSで4%、4°Cで使用。C</td></tr><tr><td>Normal Horse Serum</td><td>Life Technologies</td><td>16050</td><td>10% in PBS-TX (v/v)</td></tr><tr><td>Normal Goat Serum</td><td>Life Technologies</td><td>16210</td><td>10% in PBS-TX (v/v)</td></tr><tr><td>Triton X-100 (TX)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8787</td><td>0.1% in PBS (v/v)</td></tr><tr><td>Vibratome</td><td>Leica</td><td>VT1000S</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescence Microscope</td><td>Zeiss</td><td>Imager.M2</td><td></td></tr><tr><td>カメラ</td><td>浜松</td><td>オルカ R2</td><td></td></tr><tr><td>顕微鏡 ステージコントローラー</td><td>Ludl 電子製品</td><td>MAC 6000</td><td></td></tr><tr><td>立体学ソフト</td><td>MBF Bioscience</td><td>Stereo Investigator 11</td><td></td></tr><tr><td>立体学ソフト</td><td>ImageJ/</td><td>NIH NIH フリーウェア</td><td></td></tr><tr><td>3D再構成ソフト</td><td>MBF Bioscience</td><td>Neurolucida Explorer</td><td></td></tr><tr><td>共焦点顕微鏡</td><td>Leica</td><td>TCS SP2</td><td></td></tr><tr><td>MRIソフトウェア</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Freesurfer</td><td>https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/DownloadAndInstall</td><td>セグメンテーションとボリューム</td><td></td></tr><tr><td>ITK-Snap</td><td>http://www.itksnap.org/pmwiki/pmwiki.php</td><td></td><td>セグメンテーションとボリューム</td></tr><tr><td>マルチイメージ解析 GUI (Mango)</td><td>http://ric.uthscsa.edu/mango/</td><td></td><td>縦方向のオーバーレイ</td></tr><tr><td>ホールマウント 機器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>22.5°C 顕微手術用ストレート スタブナイフ</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック</td><td>NC9854830</td><td></td></tr><tr><td>パラフィルム</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ワックス ボトム ディスセッティング ディッシュ&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ピン</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ファイン 鉗子</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>aquapolymount</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>解剖顕微鏡</td><td>ライカ</td><td>MZ95</td><td></td></tr><tr><td>ホールマウント抗体</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>マウス 抗 b-カテニン</td><td>BD Bioschiences, カリフォルニア州サンノゼ, 米国</td><td></td><td>1:250</td></tr><tr><td>ヤギ抗GFAP</td><td>Santa Cruz Biotechnology</td><td></td><td>1:250</td></tr><tr><td>ウサギ抗AQP4(アクアポリン-4)</td><td>&nbsp;Sigma-Aldrich</td><td></td><td>1:400</td></tr><tr><td>Coronal Antibodies</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Anti-S100&beta; antibody</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>1:500</td></tr><tr><td>4',6-ジアミジノ-2-フェニルインドール (DAPI)</td><td>Life Technologies</td><td>D-1306</td><td>10 &micro;PBSのg / ml</td></tr></tbody></table>

ヒトとマウスにおける脳室周囲の組織の側脳室および組織学的特性の3次元モデリング

3D Modeling of the Lateral Ventricles and Histological Characterization of Periventricular Tissue in Humans and Mouse

心室系は脳脊髄液(CSF)を運び循環させ、脳からの溶質と毒素の除去を促進します。心室の機能単位は、上衣細胞と呼ばれる繊毛上皮細胞であり、心室の内側を覆い、繊毛作用を通じて心室表面でCSFの層流を生成することができます。この上衣細胞の単層は、脳間質液(ISF)と循環CSFとの間の交換を促進するバリアおよびろ過機能も提供します。それにより、脳内の生化学的変化はCSFの組成に反映され、上衣の破壊はCSFとISF交換の微妙なバランスを乱す可能性があります。ヒトでは、側脳室の拡大と老化との間には強い相関関係があります。加齢性脳室拡大は、認知症やCSFの流れの閉塞がない場合でも発生する可能性があります。脳室拡大の正確な原因と進行はしばしば不明です。しかし、脳室の拡大は、心室表面の星状膠症および関連する脳室周囲浮腫が機能的上衣細胞単層を置き換えることにより、上衣細胞被覆の局所的および多くの場合の広範な喪失を示すことがあります。MRIスキャンと死後のヒト脳組織を使用して、側脳室容積の3Dレンダリングを準備、画像化、編集する方法、側脳室容積を計算する方法、および顔面側脳室壁組織調製物の免疫組織化学的分析を通じて脳室周囲組織を特徴付ける方法について説明します。マウス脳組織の対応する解析も提示されており、ヒトの老化や疾患に見られる側脳室および脳室周囲組織の変化を評価する手段としてマウスモデルを使用することを支持しています。これらのプロトコルを組み合わせることで、脳室拡大の原因と影響の調査が可能になり、脳内の心室系の健康とその重要なバリアおよびろ過機能を研究する技術が強調されます。

免疫染色50μmの冠状切片と3次元再構成（ 図3）に基づいて、マウス側脳室の輪郭追跡は、ボリュームデータは、病気やけがのためのモデル系としてマウスを使用して、異なる実験パラダイムに収集することができるようになります。この手順に重要な側脳室の壁が互いに付着領域の除外です。心室の領域をsubsegmenting各領域（ 図3C）のために別の色を指定することにより、隣接するセクションを遵守することができ、地域の全量は、コンパイルされたサブセグメントから計算することができます。 同様の研究は、3Dレンダリングのための側脳室の半自動セグメンテーション（ITK-SNAP）と共に脳のMRIスキャンを用いて行うことができます。心室容積の直接のペアリングと脳室周囲組織分析、前または死後のためにMRIスキャンは、セグメント化され、（3次元再構成を作成するために整列されています<stronG&gt;図4）。縦MRIスキャンが使用可能な場合は、3D再構成は、整列して時間をかけて拡張（ 図5）の分析のために...

MRIスキャン(ヒト)、3Dイメージングソフトウェア、免疫組織学的分析を使用して、脳の側脳室の変化を記録します。次に、側脳室の体積変化の縦方向3Dマッピングと、加齢や病気によって人間の脳に発生する脳室周囲細胞の変化の特性評価をマウスでモデル化します。

The ventricular system carries and circulates cerebral spinal fluid (CSF) and facilitates clearance of solutes and toxins from the brain. The functional ...

以下の一連の手順の全体的な目的は、脳室拡大の原因と結果を調査する手段を提供し、脳室系の健康状態および脳内における重要なバリア機能と濾過機能を研究するための手法を提示することである。これは、マウス脳の冠状断切片またはヒト脳のMRIスキャンを収集し、脳室の3D再構成を行い、脳室体積を算出することで達成される。第2段階として、脳室心尖部のen foss標本を含む死後組織を細胞特異的抗体で染色し、脳室 liningsの細胞学的完全性を明らかにする。次に、脳室表面全体の細胞組織のモンタージュを作成し、それを脳室の3Dモデル上にレンダリングすることで、グリオシスが発生している領域と、健全な室管膜細胞が維持されている領域を対比させて示す。これらの結果は、脳室の縦断的3Dモデリングに基づく脳室拡大領域と、脳室壁の室管膜細胞層が維持されず、グリア瘢痕に置換された領域を示しています。3Dモデリングデータと免疫組織化学的データを組み合わせることで、脳室壁の細胞組成に関する3D領域特異的マップを作成できます。この手法の意義は、脳損傷やアルツハイマー病などの神経変性疾患、および正常な加齢に伴う治療や診断へと広がります。これらの病態はいずれも、通常ある程度の脳室拡大を示し、それに伴い脳室表面のスコリオシス（側弯）が生じている可能性が高いためです。マウスを用いた手順のデモンストレーションはRichard Wolfferと当研究室の学部生が行い、ヒトMRIデータおよび死後ヒト組織を用いた手順のデモンストレーションは、現在医学生であるYeunと、研究室の大学院生であるRebecca Chuが行います。プロトコルの記述部分に従い、固定、切片作成、免疫染色、およびマウス脳の封入を行い、イメージング用のスライドを準備します。手順を開始し、マウスの側脳室をトレースするために、正立型蛍光顕微鏡とコンピュータの電源を入れます。顕微鏡にはオートステージとデジタルCCDカメラが装備されている必要があります。マッピングソフトウェアを蛍光モードで起動し、ディスプレイオプションを開いて、トレーシングに必要なツールバーとドッキングプールパネルをロードします。次に、オプション、ディスプレイオプション、アクセサリの順にクリックし、同じメニュー内でメインツールバーとマーカーツールバーを選択します。ドッキングプールパネルでは、カメラヒストグラム、マルチチャンネルコントロール、カメラ設定、および画像取得を選択します。アペンド細胞を標識する強力なS 100 beta蛍光に基づき、側脳室を含む最初の組織片を特定します。側脳室の壁面に沿って確認してください。切片作成時に付けられた小さな切り込みを特定し、左半球と右半球の向きを確認します。次に、新しいデータファイルを作成し、左側脳室上の画像ウィンドウ内をクリックして、ステージ移動の基

3d-modeling-lateral-ventricles-histological-characterization

Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

我々は、脳室周囲白質軟化症（PVL）、脳室周囲白質病変を特徴と未熟児で優勢な脳損傷のマウスモデルを確立した。全身感染症有/無低酸素/虚血は、PVLの主な原因です。リポ多糖注入なし/付き片側頸動脈結紮及び低酸素曝露がP6マウスのPVL様病変を作成します。...

脳室周囲白質軟化症のマウスモデル

この記事では、我々は実行しやすいとイメージに成体マウスの脳の血管ツリーを利用することができる脳血管キャスティングのためのシンプルで実用的なテクニックを紹介。...

3Dイメージングと形態素解析のための成体マウスの脳血管キャスティング

出典: Xavier, ALR, et al.げっ歯類のマグナ槽へのカニューレ移植J. Vis.

マウスモデルにおけるシスターナマグナへのカニューレ移植

出典: Choi, J. P. et al. マウスモデルにおける脳海綿状奇形の誘導およびマイクロCTイメージング。 J. Vis. Exp.

マウス脳における脳海綿状奇形病変の造影マイクロCTイメージング

マウスの仔の脳をカットするために、複数の角度を使用して、我々は主要な聴覚中脳と前脳構造のほとんどの間の接続をキャプチャ前述の急性脳スライスを改善。...

商工会議所のコンポーネントとマルチスケール光イメージングの3次元印刷を組み込むColliculo、視床皮質マウス脳スライスの変更、

このプロトコルの全体的な目標は、正確にカスタマイズされた3Dプリント脳ホルダーとスライサーボックスの作成によって組織学切片で磁気共鳴画像（MRI）画像ボリュームを揃えることです。...

組織学でMRIをマージするために、3D印刷技術を活用：脳セクショニングのためのプロトコルを

本稿は、浅白質路を明らかにするためのファイバー郭清法の有効利用および心室の形態の学生の理解を支援するために、三次元の空間に、人間の脳の脳室周囲の構造を示します。...

人間の脳の側脳室を明らかにする脳室周囲構造の解剖学を暴く - 深宇宙の探索

このプロトコルはマウス モデルにおける脳海綿静脈奇形病の誘導を示し、使用造影病変の負担を測定するマイクロ コンピューター断層撮影。このメソッドは、分子基盤と脳海綿静脈奇形の潜在的な治療とその他の脳血管疾患を勉強する確立されたマウス...

誘導およびマウス モデルにおける脳海綿静脈奇形のマイクロ CT イメージング

ここで組織をクリア、蛍光標識と、それによって、大脳新皮質の細胞型の三次元組織の可視化を可能にするマウスの脳組織の大規模なイメージング手順をについて説明します。...

マウス大脳皮質における細胞組織の大規模三次元イメージング

マイクロ ct 画像に基づく法病変を特徴と、小動物の脳に電極を配置

非対称性両側総頸動脈狭窄症の針法は、血管認知障害と認知症のマウスモデルを作成するために提案されています。これにより、以前に確立されたモデルと比較して長期的な結果が得られ、ライブMRIと互換性があります。手順を示す視覚的表現は、手術を習得するためのガイダンスを提供します。...

針ガイド下非対称両側総頸動脈狭窄症に基づく血管性認知障害および認知症のマウスモデル

学ぶ脳室の3次元モデリング手法。MRIスキャンと免疫組織化学を用いて、ヒトとマウスの側脳室の体積変化と細胞構造を可視化し、神経変性疾患や加齢に関する知見を得る。

ヒトとマウスにおける脳室周囲の組織の側脳室および組織学的特性の3次元モデリング

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