방법 논문

주사 전자 현미경으로 간 사인 내피 세포의 분석 및 그들의 Fenestrations위한 표준화 된 방법

DOI:

10.3791/52698

⸱

2015년 4월 30일

 ,  ,  , 
1Centre for Education and Research on Ageing & ANZAC Research Institute, University of Sydney and Concord Hospital, 2Ageing and Alzheimers Institute, Concord Hospital, 3Charles Perkins Centre, University of Sydney

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

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천공된 간 정현파 내피 세포는 다양한 질병, 독소 및 생리학적 상태의 영향을 많이 받는 생물학적으로 중요한 필터 시스템입니다. 이러한 변화는 간 기능에 큰 영향을 미칩니다. 우리는 이러한 세포에서 fetestrations의 크기와 수를 측정하는 표준화 방법을 설명합니다.

초록

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간 사인파 내피 세포는 간으로 가는 관문이며, 이들의 초세포 태반은 혈액에서 작고 용해된 물질을 신진대사 및 처리를 위해 간 실질로 방해받지 않고 전달할 수 있도록 합니다. Fenestrions는 역동적인 구조입니다 - 다양한 생리적 상태, 약물 및 질병에 대한 반응으로 크기 및/또는 수가 변경될 수 있으므로 조절의 중요한 대상이 됩니다. LSEC 형태가 다양한 질병, 독성 및 생리학적 상태에 의해 어떻게 영향을 받는지, 그리고 이러한 변화가 간 기능에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 창공의 크기와 수를 정확하게 측정해야 합니다. 이 논문에서는 재현 가능한 표본 준비와 정확한 해석을 보장하기 위해 실험실에서 사용되는 주사 전자 현미경 고정 및 처리 기술에 대해 설명합니다. 방법에는 관류 고정, 2차 고정 및 탈수, 주사 전자 현미경 준비 및 분석이 포함됩니다. 마지막으로, 해당 분야의 모든 연구자에게 도움이 될 표준화된 이미지 분석을 위한 단계별 방법을 제공합니다.

서론

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간 사인 내피 세포 (LSECs)는 매우 간 사인 곡선의 벽을 일렬로 차별화 된 내피 세포 수 있습니다. LSECs가 아닌 diaphragmed 있습니다 fenestrations으로 천공되어, 세포 횡단는 직경이 50 ~ 250 nm의 모공. LSECs의 표면의 20 %까지 체 플레이트 1-3 (도 1)라고 수십 내지 수백 그룹 보통 fenestrations 의해 덮여있다. Fenestrations는 고효율 한외 여과 시스템을 구축, 및 혈장 혈액 간세포 nanosubstrates 사이의 전송을 허용한다. Fenestrations 동적 구조입니다 - 크기 및 / 또는 번호가 모두 다양한 생리 학적 상태, 약물, 질병에 대한 응답으로 변경 될 수 있습니다. 예를 들어, fenestrations는 공급 상태 4보다 금식에 큰; 세포 노화와 여러 질병 상태 7-13에서 발생 당 5, 6 및 크기의 감소 및 fenestrations 수 2 디 iodoamphetamine는 창호 수를 증가 . fenestrations의 크기 및 수의 정확한 측정 LSEC 모폴로지는 다양한 질환, 독성, 및 생리적 상태에 의해 영향을받는 방법을 이해하는 것이 중요하다; 간 기능에 미치는 영향; 개발에 대한 치료 적 개입 1 창호를 변조.

fenestrations의 연구는 어렵다. 그대로 간 조직 또는 배양 LSECs 모두 이전에는 관찰하여 전자 현미경이 가능했습니다 있도록 fenestrations의 직경은, 기존의 광학 현미경의 해상도 아래에 자리 잡고 있습니다. 주사 전자 현미경 (SEM)을 자주, SEM은 수천 내피 표면 및 측정의 큰 영역의 관찰이 가능하기 때문에 창호의 크기, 주파수 및 공극률 (fenestrations 의해 천공 LSEC 막의 백분율)를 연구하기 위해 사용되어왔다 하지 수만 fenestrations 수천의 경우. 그 유틸리티에도 불구하고,에서보고 된 결과에 대한 연구를 SEM을 기반이러한 창호 크기, 수, 빈도와 같은 다공성 LSEC 파라미터는 문헌 (표 1)에서 광범위하게 다양하다.

Fenestrations 및 체 플레이트 계약, 휴식 팽창 또는 표본 준비 중 합체 깨지기 쉬운 구조입니다, 따라서 신중한 처리를 자신의 무결성을 유지하기 위해 필요합니다. 상승 관류 압 (14); 정착 및 버퍼 (15)의 잘못된 삼투압; 부적절한 고정 또는 고정 시간; 및 사후 고정 탈수 및 건조 속도는 미세 구조의 보존을 방해 유물 (그림 2)을 생성 할 수 현미경에 대한 처리의 모든 영역입니다. fenestrations 손실 ( 'defenestration') 및 창호 수축 저감 창호 직경 셀 다공성 결과 불량한 고정의 결과로서 발생할 수있다. SEM 분석을위한 시료의 보존을 개선하기위한 방법은 앞에서 설명 15-17되었고 논의 될여기에 표본 보존을 개선하는 방법에 대한 팁. 시험편 보존 주요 목표는 LSEC의 표면이 가시화 될 수 있도록 정현파에서 혈액을 제거하고, 고압 또는 지연 고정 하나에서 LSEC 손상을 방지한다. 포털 정맥을 통해 정착의 항목 간 관류 간 고정을 위해 선호하는 방법입니다. 상세하게 설명한 바와 같이 다른 곳에서 16, 18 관류가 낮은 압력에서 수행되어야한다 (예를 들면 H 2 0 10cm) LSEC에 압력 관련 관류 유물과 손상을 방지하려면, 일반적으로 세포막에 내 큰 격차를 나타내. 다른 19 상세히 설명하지만, 적절한 정착 종종, 사람과 동물에서 간 생검 바늘 관류를 사용하여 얻을 수있다. 혈액 샘플에서 플러시 될 때까지이 방법은 조직으로 직접 주사를 포함 고정액과 조직은 견고하고 고정된다. 전자 현미경 샘플의 고정이 반환 한 할 필요가간은 매우 신속한자가 분해 공정의 결과로서 발생하는 미세 구조적 변화를 방지하는 혈류의 중단 다음 최대한 빨리 ORMED.

또한 인공물의 포함을 최소화하고 fenestrations의 측정을 표준화 이미지 분석의 방법을 제시한다. 다공성 및 창호 주파수 현미경에 대한 사인 곡선의 선택의 변화, 인공물의 이미지 분석, 셀 면적의 측정은 발표 결과에 큰 차이를 주도했다. 평가 및 fenestrations 및 데이터 프리젠 테이션에 대한 최소 요구 사항을 측정하는 표준화 된 접근 방식은 분명히 이전 4,10,20-31 문헌에 언급되지 않았다.

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프로토콜

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주 : 동물의 사용과 관련된 모든 절차는 로컬 입법에 따라 실시된다. 우리의 작업은 시드니 지역 보건 지구 동물 복지위원회에 의해 승인됩니다. 허가 절차는 프로젝트 라이센스 문서에 설명 된 모든 시간에 동물의 복지를 보장 지침을 준수하고 있습니다. 작업이 수행되는 나라의 동물 실험에 법령 준수를 확인합니다.

1. 프로토콜 EM 정착액을 준비하기위한

  1. 정착액 100 ㎖를 들어, 65 ºC로 삼각 플라스크에 증류수 25 ml의 열에 파라 포름 알데히드 분말 2g을 추가 자석 교반기로 일정하게 교반 파라 포름 알데히드를 준비합니다.
    참고 : 글루 타르 알데히드, 파라 포름 알데히드 나트륨 cacodylate 버퍼가 모든 유해 물질이며 항상 fumehood 처리해야합니다.
  2. 다음 냉각 할 수 있도록 65 ºC 분 2에서 열. 필요한 경우 수산화 나트륨 용액을 추가 dropwISE는 완전히 솔루션을 취소 교반하면서.
    참고 : 수산화 나트륨이 위험합니다, 취급에주의.
  3. EM 등급 스톡 글루 타르 알데하이드 10 ㎖, 50 0.2 M 나트륨 cacodylate 버퍼 ml의 자당의 2g을 추가하고 자석 교반기로 저어. 1.0 M CaCl2를 2 ㎖를 추가합니다.
  4. 증류수 100 ml의 용액을 만들기 이전에 pH를 7.4로 조정한다. 최종 정착은 2.5 % 글루 타르 알데히드, 2 % 파라 포름 알데히드, 2 밀리몰 염화칼슘 2, 0.1 M cacodylate 버퍼에 2 % 자당이 포함되어 있습니다. 총 삼투압이 440 mOsmol / L 있는지 확인하십시오. 준비 24 시간 내에 사용하십시오.

간 2. 관류 고정

  1. 37 ºC - 35 따뜻한 관류 버퍼와 정착액. 방혈 버퍼와 정착의 정확한 온도는 조직의 무결성을 보장하는 데 도움이됩니다.
  2. 50 밀리그램 / kg 케타민, 5 밀리그램 / kg 자일 라진 단일 복강 내 주사하여 동물을 마취.
  3. 동물하에되면뒷다리의 철수와 꼬리 핀치에 의해 평가 깊은 마취는, Y 절개 간 포털 정맥을 노출 동물의 복부에 무딘 종료 가위로 이루어집니다.
    참고 :이 장비는 쉽게 현미경에서 볼 수됩니다 미생물 및 일반 쓰레기와 시료의 오염을 방지하기 위해 깨끗해야합니다.
  4. 다른 더 원심 간으로, 간으로 포털 정맥 주위에 한 근위 두 개의 매우 느슨한 봉합을 묶어.
  5. 캐 뉼러를 고정 .Tighten 봉합사 (쥐 래트 18 G 22 G) 적절한 크기의 IV 캐 뉼러와 문맥을 Cannulate.
  6. 인산염 완충 식염수로 관류를 시작 37 ºC로 가열하고, H 2 0 10 cm의 압력. PBS 5 내지 20㎖의 보통 간에게서 피를 뽑다 것이 요구된다.
    참고 : 기포들이 색전술과 압력 차 유물을 유도으로 정맥에 연결된 튜브를 통해 간을 입력 할 수 있도록하지 마십시오 간세포 손상, SI관류 압이 너무 높으면 nusoids 및 LSEC의 fenestrations 발생한다.
  7. 복부 및 흉부 대정맥은 버퍼가 간에서 자유롭게 종료 할 수 있도록 절단. 이 LSECs 높은 배압 손상을 방지 할 수 있습니다.
  8. 간은 혈액의 무료되면, EM 정착액으로 PBS를 교체하고 간 경화 매우 창백한 될 때까지 약 5 분 동안 관류.
  9. 관류를 중단하고 1로 고정 간을 잘라 - 날카로운 메스를 사용하여 2 mm의 3 블록.
  10. 4 ºC에서 72 시간 - 24 EM 정착액의 포스트 수정 조직.
    참고 : 일반적으로, underfixation는 overfixation보다 더 많은 유물이 발생합니다.
  11. 4 ºC에서 저장을위한 0.1 M 나트륨 cacodylate 버퍼 후 수정 기간 다음 정착액 변경합니다.
    참고 :이 방법으로 저장 시편 (최대 12 개월) 시간의 상당한 기간, 그러나 적절한 보조 고정 보존되며, 시험은 최상의 결과를 권장합니다.

3. 니들 Perfusion

참고 : 니들 고정 직접 생검 간 조직에 정착의 주입을 포함 관류 고정의 변종이다. 정착액 그들을에게서 피를 뽑다 및 정착액하는 조직의 모든 블록을 노출하기 위해 혈관을 플러시하는 목적이다. 케어는 압력 부상 (18, 19)을 피하기 위해 낮은 주입 압력을 유지하기 위해주의해야합니다.

  1. 동물이나 피사체 간의 작은 조각을 제거하고 혈액과 이물질을 제거하기 위해 식염수에 헹군다.
  2. 미세 게이지 바늘 (일반적으로 인슐린 주사기)를 장착 주사기로 생리 식염수를 그립니다.
  3. 혈액이 조직에서 플러시 될 때까지 간으로 매우 천천히 식염수를 주입한다. 여러 주사가 필요할 수 있습니다.
  4. 미세 게이지 바늘 (일반적으로 인슐린 주사기)를 장착 다른 주사기로 EM 정착액을 그립니다.
  5. 이 단단하고 색 황갈색이 될 때까지 간으로 매우 천천히 정착액을 주입한다. 다중 분사S가 필요할 수 있습니다.
  6. 날카로운 메스를 사용하여 2 mm의 3 블록 - (1)에 고정 간을 잘라. 72 시간 4 ° C의 - 24 EM 정착액에 품어. 차 고정을 시작하기 전에 0.1 M 나트륨 cacodylate 버퍼에 3 회 반복한다.

주사 전자 현미경 4. 준비

  1. 워시 샘플 0.1 M 나트륨 cacodylate 버퍼에 3 회. 지질를 해결하려면 포스트는 2 시간 동안 0.1 M 나트륨 cacodylate 버퍼에 2 %의 산화 오스뮴의 샘플을 수정합니다.
    참고 : 글루 타르 알데히드와 오스뮴 테트 록 사이드 크로스가 반응 SEM에 인공물을 생성 완전한 세척은 매우 중요합니다.
  2. 탈수 개시 에탄올 농도 증가에 샘플을 헹군다. 5 분 동안 50 % 에탄올에서 우선 린스; 70 % 에탄올로 한 후 5 분 동안 3 회; 90 % 에탄올로 5 분간 3 회 씻어; 100 %의 에탄올을 5 분 동안 2 회 씻어; 최종적으로 100 % 에탄올 (분 자체)에서 10 분 동안 2 회 헹군다.
  3. 샘플에서 모든 에탄올을 제거 및 fumehood에 헥사 메틸 디 실라 잔 (HMDS)로 교체하고 10 분 동안 둡니다. 조직 샘플에서 HMDS를 제거하고 증발 할 수 있습니다.
    주 : 따라서 최종 탈수 공정에 사용하기 전에 RT에 도달하도록 냉간시 HMDS 높은 흡습성이다.
  4. 선택적으로, 즉시 샘플을 장착하거나 SEM 마운트 할 준비가 될 때까지 데시 케이 터에 배치합니다.

5. 장착

참고 : 올바른 표본 장착이 현미경에서 분석 할 수 명확하게 묘사 사인 곡선의 수를 최대화합니다.

  1. 금속 현미경 스텁의 기본 레이블과 스텁의 상단에 양면 전도성 카본 테이프를 적용합니다.
  2. 후속 SEM위한 최선 정현파와 표면을 식별하기 위해 해부 현미경을 사용하여 샘​​플을 시각화. 그루터기의 탄소 테이프 표면에 위쪽으로 그 표면을 놓습니다.
  3. 스틱 표본 단단히 그루터기에, 표본 지금 스퍼터 코팅에 대한 준비가되어 있습니다.
ove_title "> 6. 코팅

참고 : 스퍼터 코터 경내에서 표본을 전도성 금속 (금 또는 백금)의 벌금 필름 시편 코팅 및 전자 빔의 손상으로부터 보호한다. 코팅이 경우 관심 너무 두꺼운 구조 모호 할 수있다.

  1. 자동 미세 스퍼터 코터의 진공 챔버에 배치 할 스텁은 45 초 동안 회전 모드와 자동 스퍼터 코팅을 설정합니다. 그러나 금도 적합, 미세한 디테일에 대한 백금 코팅을 사용합니다.
  2. 마운트 된 간 표본의 외부 표면에 탄소 페인트의 얇은 층을 적용 코트가 아닌 사인 표면을 돌보는.
  3. 시험편을 백금으로 코팅 탄소 페인트가 건조되면 그들은 현미경에서 관찰을위한 준비가되어 있습니다. 샘플은 데시 케이 터에 저장 될 수있다.

7. 스캐닝 전자 현미경을 사용하여

  1. 장소는 주 사형 전자 현미경으로 표본을 현미경으로 진공을 반환.
  2. 낮은 배율에서 시작하여 시험편의 시각화를위한 현미경 표준 작동 절차를 사용하여, 서서히 배율을 증가시킨다.
  3. 현미경 거리, 장소의 크기와 난시를 작업에 맞게 조정되어 있는지 확인합니다.
  4. 고정 무결성을 확인합니다. LSEC이 틈에서 대부분 무료이며, 30 측정 fenestrations 포함되어있는 경우 - 250 nm의 직경이 일반적으로 그 시편 준비는 성공적이었다 나타냅니다.
  5. 정현파는 간극의 전체 또는 fenestrations없는 경우 표본 준비 성공되지 않았거나 중요한 병리학있다. 이 경우, 매우 미세한 면도날 샘플을 슬라이스하고, 절단면을 재 도장 성공적 고정 정현파 분석.
  6. 약 15,000-20,000 × 배율 좋은 고정 및 fenestrations 명확하게 (볼 수 있습니다 경우 일반적으로 적어도 10 fenestrations를 포함와 파편의 무료 평면 LSEC 표면을 선택).
  7. 간 당 적어도 두 개의 블록을 사용하여, 블록의 다른 영역에서, 간 당 적어도 10 정현파 이미지를 저장한다. 15,000에서 10 현미경을 샘플링 - fenestrations의 정량은 전체 간을 대표하는 동물 20,000 × 배율은 일반적으로 충분합니다.

8. 분석

참고 : NIH로부터 다운로드 할 수없는 ImageJ에 소프트웨어는 창호 직경 및 주파수 (정량화하기 위해 이용된다 www.imagej.nih.gov/ij을 ).

  1. 이미지 열기 J 및 사진 (화면 1 샷)에 포함 된 스케일 막대를 사용하여 스케일을 설정합니다.
  2. 유창하고 defenestrated 지역을 포함 LSEC의 전체 평면 주변 다각형 ImageJ에있는 도구, 추적을 사용하여. 이 거짓 기공을 팽창하므로 ​​바로 체 플레이트를 추적하지 마십시오. obscuri있을 세포 표면에있는 임의의 부스러기가 큰 조각을 제외NG의 fenestrations.
  3. , 창호 직경을 측정하는 줄 도구를 선택하여 각 창호의 가장 긴 직경을 통해 라인을 추적하고, 라인을 측정하기 위해 "M"을 누르고, "D"를 영구적으로 사진에 선을 그릴 (그릴). 이 라인은 창호 직경으로서 정의된다. 줄의 길이는 지금 ImageJ에 결과 상자 (화면 2 샷)에 사용할 수 있습니다.
  4. 큰 250 nm를 초과 LSEC 세포질 구멍뿐만 아니라 fenestrations 모든 갭을 측정한다. 간격은 종종 격차는 질병과 독성의 결과로 발생할 수 있지만 가난한 관류 또는 고정을 반영하는 유물이다. 간격에 대한 데이터는 나중에 분석 창호 파라미터 계산에서 제외된다.
  5. 원형하지 않은 갭 영역은 간극 주위 추적 및 ImageJ에 그들의 면적을 계산에 의해 산출한다.
  6. furthe에 대한 Excel 스프레드 시트로 ImageJ에의 결과 상자에서 데이터를 붙여 넣기R 분석.

9. 계산

  1. (간격이 ≥ 250 nm의 아르 격차, 포함하지 않음) 모든 창호 직경의 평균 창호 직경 = 평균.
  2. R, 반경, 개별 fenestrations 직경 (R = D / 2)을 포함하지 않는 갭으로부터 계산된다 창호 면적 = πr 2.
  3. 다공성 (%) = (Σ (πr 2) / 분석 전체 면적 - 갭의 Σ (영역 =)) (μm의 2)) × 100.
  4. 창호 주파수 = fenestrations의 총 수 / (전체 면적 (갭 영역) (μm의 2) - Σ 분석했다.

창호 데이터의 프리젠 테이션 (10)

주 : 창호 데이터 정량화를 포함한 가능한 한 간행물은 다음과 같은 정보를 포함해야

  1. 사용 경계 직경은 일반적으로 (fenestrations을 정의하는 것을 확인하는 문 창호 직경,창호 주파수 (수 / μm의 2) 및 다공성 (%)) 나노 50-250 사이.
  2. 갭이 분석 창호 직경 간, 블록, 이미지 및 fenestrations 수의 도수 분포 그래프 분석에 포함되어야에 포함되었는지 여부를 확인하는 문.

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결과

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주 사형 전자 현미경 저배율에서의 초기 시각화는 많은 간 큰 용기 및 정현파 (도 1a)을 관찰하기에 충분히 큰 노출 영역 간 시편의 평평한 표면을 보여준다. 장착 스텁에 올바른 간 블록 배치를 보장하는 것은 이러한 이유 때문에 (그림 1B)를 위해 피해야한다 사인 곡선과 간 Glisson의 캡슐의 선명한 이미지를 얻기 위해 필수적이다. 배율을 높이면 간 조밀 맥관계의 가까이 검사를 허용하며 용기 (도 1C)에 나누어 간세포의 단일 셀 플레이트를 보여준다. 열악한 이미지 품질, 혈액 세포와 파편에 간 결과 불량 정착은 간 (도 1D)의보기를 모호.

또한 배율을 증가시키는 것은 LSEC의 fenestrations (그림 2A)의 관찰을 할 수 있습니다. 이 사인 곡선이 CORR 것을 필수적이다 ectly 확인 - 간세포의 판은,...

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토론

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정확하고 재현성 간 정현파 내피의 상태를 측정하는 기능이 고도로 전문화 된 세포의 생물학을 이해하는데 중요한 단계이다. 구조화 조명 현미경 (32), 원자력 현미경 (33) 및 D-STORM (직접 확률론 광학 Reconstrucion 현미경) (34) 같은 새로운 기술은 시험 관내에서 이러한 세포의 형태에 관한 중요한 정보를 부여하지만 SEM 시각화하고 자신의 구조를 측정하는 주 방법론 남아 현장.

가장 중요한 기술적 도전 단계는 초기 고정입니다 : 간이 잘 보존되어있는 경우 다음 단계는, 간 사인 곡선의 이미지를 쉽게 관찰 할 수있는 참으로 아름다운 생성합니다. 항목 간 관류 양호한 고정을 보장하기 위해 가장 효과적인 방법이지만, 유사한 결과를 신속하게 수정 된 바늘 관류 샘플 가능하다낮은 압력. 탈수 간 샘플에 의한 물 흡수가 빈약 한 SEM 이미지를위한 또 다른 ...

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공개 사항

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감사의 글

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저자는 인정하지 않습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
25% EM 등급 글루타르알데히드ProSciTechC001필요할 때까지 재고를 -20°C에서 보관하고 재동결을 피하십시오
파라포름알데히드 분말시그마 알드리치158127항상 파라포름알데히드 신선한
카코딜산나트륨 분말시그마 알드리치C02500.2M 스톡, pH 7.4< dHsub>2O에 분말을 용해하여 1:2 희석을 준비하여 0.1M에서 주로 사용
염화칼슘Sigma AldrichC10161M CaCl2 dH2O
오스뮴 트레트록사이드ProSciTechC011오염을 방지하기 위해 사용하기 전에 앰플을 약산으로 세척하십시오. 유리병에 2% 재고 준비
에탄올- 앱솔루트시그마 알드리치459836 100% 에탄올은 고급이어야 하며 Molecular Sieve와 함께 보관해야 합니다
다른 등급의 에탄올LabtechEL5dH2O
HexamethyldisilazaneSigma Aldrich52619 사용하기 전에 실온에 도달하도록 하십시오
CannulasTerumoTSROX1832C, TSROX2225C, TSROX2419C18 G는 대부분의 쥐에 적합하고 22 G는 대부분의 쥐에 적합하지만 매우 작은 마우스의 경우 24 G를 몇 개 가지고 다니는 것이 좋습니다
전도성 탄소 테이프ProSciTechIA0201
탄소 페인트ProSciTechI003
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Molecular SieveSigma Aldrich208647100% 에탄올에서 수분을 제거하는
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참고문헌

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