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Research Article
Katsuyuki Matsushita1, Kirsti Golgotiu1, Daniel J. Orton2, Richard D. Smith2, Karin D. Rodland2, Paul D. Piehowski2, Michael P. Hutchens1,3
1Anesthesiology & Perioperative Medicine,Oregon Health & Science University, 2Environmental and Biological Services Division,Pacific Northwest National Laboratory, 3Operative Care Division,Portland Veterans Affairs Medical Center
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
선물이 2 광자 현미경은 micropipette 쥐, 보 먼의 요도 공간 배치의 사용의 신장 생리학의 2 기초 기술을 결합. 2 광자 현미경의 사용 micropuncture 신장 생리학 연구에 대 한 기존의 현미경의 중요 한 한계를 극복 한다.
신장 micropuncture 및 신장 2 광자 이미징 신장 생리학 정액 기술이 있습니다. 그러나, micropuncture은 기존의 현미경 표면 nephron 기능에 대 한 의존에 의해 제한 및 2 광자 연구는 제한 개입만 nephron 수준 보다는 기관에서 평가 될 수 있다. 특히, 쥐의 glomeruli의 micropuncture 연구 생쥐에서 표면 glomeruli의 소수에 의해 도전을 받고 있다. 해결 하기 위해이 제한 마우스 생리 모델에서 보 먼의 공간에서 aspirate의 연구를 추구 하기 위하여, 우리는 2 광자 사 micropuncture 개발. 선물이 2 광자 현미경 검사 법에 대 한 필요한 수직 이미지 열을 유지 하면서 신장에 측면 액세스할 수 있는 새로운 수술 준비. 높은 분자량 fluorescein isothiocyanate (FITC) 관리-dextran 신장 맥 관 구조 및 그러므로 glomeruli 2 광자 영상에 대 한 표시를 렌더링 하는 데 사용 됩니다. 양자 점 코팅 피 펫 다음 정위 적 지도 하에 있는 많은 여러 이미징 창 내에서 시각화 수 있습니다에서 선택한 glomerulus 소개 했다. 이 프로토콜의 준비, 재료 및 방법 절차를 수행 하는 데 필요한 세부 사항을 제공 합니다. 이 기술은 보 먼의 공간에서 여과 액의 복구 및 이미징 깊이 제한, 신장 캡슐 아래 약 100 µ m 내 nephron의 모든 세그먼트를 포함 하 여 신장, 이전 불가능 한 생리 연구를 촉진 한다. 압력, 충전 및 흐름 수 있습니다 모든 측정 도입된 피 펫을 사용 하 여. 여기, 우리는 보 우먼의 공간에서 aspirate에 수행 하는 액체 크로마토그래피/질량 분석에서 대표 데이터를 제공 합니다. 우리는이 기술을 신장 생리 조사에 있는 넓은 적용을 기대 합니다.
이 절차의 목적은 일상적인 micropuncture 액세스 보 먼의 공간 및 쥐에 다른 사 구조를 제공 하는 것 이다. 신장 생리학에 대 한 Micropuncture 연구 1-광자 현미경 검사 법,이 수만 내에 신장 표면의 몇 미크론 이미지와 z 차원에서 제한 된 정밀도 제공 하 게 제한 되었다. 쥐 몇 표면 glomeruli 있기 때문에, 그것은 항상 1-광자 현미경으로 표면 glomerulus 찾을 수, 따라서 대부분의 micropuncture 연구는에서 실시 되었습니다 더 많은 표면 glomeruli 있는 뮌헨 Wistar 쥐. 따라서, 마우스 모델에서 작업의 장점 micropuncture 연구1,2,3에 제한 되었습니다. 이미징 기술, 마이크로-CT4,5를 포함 하 여 최근 발전 나노 이미징6및7 질량 분석 이미징 형식 사 생리학에 적용의 범위 향상 크게 하지만 대신할 독특한 남아 능력을 개입 하 고 그 micropuncture 샘플을 제공 합니다. 따라서 여기에 제시 된 기술을 사용 하 여 micropuncture 사용 하 여 확장 소설 신장 생리학 연구, 특히, 신장 여과 액 (즉, metabolomics)의 내용과의 기본적인 생리학의 평가 촉진 예정 이다 이전 filtrate 압력 및 충전, 측정 등의 유전자 변형 쥐 쥐에만 수행합니다.
이 기술에서는, 2 광자 현미경 사용 신장 캡슐 아래 시각화 및 약 100 µ m까지 신장 구조 micropipette 액세스 수 있습니다. 여러 (5-10) glomeruli 따라서 지금까지 몇 군데 모든 마우스 신장에서 micropuncture에 액세스할 수 있습니다. 기존의 신장 micropuncture와 일부 기능을 공유 하는이 기술을, 비록 그것은 디자인된 드 노 보 고 기존의 기술에서 광범위 한 수정 필요 합니다. 이 프로토콜에서 우리 보 먼의 공간에서 액체의 포부를 설명 하 고 질량 분석 (nanoproteomics)8,9,,1011이후 분석의 결과 예를 보여. 질량 분석의 다운스트림 사용 여기 시연 또한 특수 샘플 준비 워크플로를 필요 합니다.
여기에서 설명한 모든 절차는 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 오 레 곤 건강 & 과학 대학에 의해 승인 되었다.
1입니다. 설치 데모 사용
2. 필요한 실험 프로토콜을 시작 하기 전에
3. 측면 피펫은 액세스 새로운 수술 절차를 통해 열 이미징 액체 아래 신장에
참고: 이미징 지원 시스템 및 수술 준비의 조립은 그림 1에 표시 됩니다. 설명 하는 절차는 C57BL/6 쥐 20-25 g를 무게에서 수행 됩니다.
4. 보 먼의 공간에는 적당 한 Glomerulus와 피 펫의 선택
5. 보 먼의 공간에서 액체의 포부
이 절차에는 2 광자 이미징 및 액세스는 그림 1에 나와 있는 신장의 독특한 수술 준비가 필요 합니다. 여기에 표시 된이 준비 측면에 수평 (x에 독점적으로 구동 하는 피 펫에 대 한 액세스와 동시에 2 광자 현미경 검사 법에 대 한 최고의 가능한 광학에 대 한 몇 가지 밀도 변화 신장 위의 목적으로 수직 이미징 열 수 ) 차원. 신장 부분 압출 신장 작은 꽃 자루에 과잉 긴장을 방지 하 고 혈관의 흐름을 유지 고 건설 사용자 지정 신장 지원의 이미징 및 액세스의 두 가지 목표를 수 있습니다. 이 절차에서는 두 번째 도전은 피 펫 및 단계 좌표계의 등록을 요구 하는 3 차원, 신장 내 피 펫의 정확한 위치 이다. 이 프로세스에 대 한 중요 한 단계는 그림 2, DAPI 여기에서 2 광자 현미경의 물 열에 발견 되 고 피 펫을 보여 주는 그림입니다. 물 란을 입력 하 고 입력 신장 이전 무대의 피 펫의 좌표 등록 대상 보 먼의 공간 내에서 피 펫의 정확한 정위 적 위치 수 있도록 중요 하다. 피펫으로는 오른쪽에서 이미징 물 열을 입력합니다. DAPI 여기에, 빨간 양자 점 코팅 피펫으로 fluoresces 밝은 빨간색-주황색, 그리고 목표의 중간 아래 신중 하 게 배치 될 수 있습니다. 여기 빔 목표의 센터를 통해 전달, 피펫으로 최대 형광, 접 안 렌즈에 표시 될 것입니다 확보 지점으로 자유롭게 이동할 수 있습니다.
그림 3, , 그림 4 그림 5에서 볼 수 있듯이 적절 한 피 펫 고 glomerulus 선택이이 프로토콜의 성공에 중요 하다. 그림 3A, 제대로 뽑아, 레드-형광 양자 점 코팅 유리 micropipette 유체 열에 절차의 피 펫 등록 부분 몇 군데를 볼 수 있습니다. 팁 6 미크론 폭에서 이다입니다. 그림 3B, 제대로 뽑아 피 펫 12 µ m 팁이 표시 됩니다. 이 피 펫 12 µ m 직경 및 불규칙 한 팁 표면 (빗면의 상단에 버 노트) 혈관 외상을 일으키는 원인이 되기 없이 신장 캡슐을 침투 수 없습니다. 그림 3C 와 3D, 최적의 위치 보다는 대상 glomerulus의 이미징의 중요성은 표시 됩니다. 그림 3C 에 아름 다운, 표면 근처 glomerulus (신장 캡슐 아래 20 µ m에 그것의 표면 위치) 때문에 유리한 영상 보여줍니다 하지만 표면에 너무 가까이 있기 때문에이 절차에의 한 액세스에 적합 되지 않을 것 이라고 하 고 피펫으로 coverslip 거란. 그림 3D, 최적의 위치 glomeruli 표시 됩니다. 두 glomeruli (스케일 바는 모두 50 µ m)를 설명 하는 데 사용 하는 다른 규모 note 이러한 glomeruli 깊이;으로 인 한 굴절 때문에 덜 날카로운 표시 이 이미지는 신장 캡슐 아래 70 µ m에서 촬영 했다. 측면 신장 가장자리 오른쪽, 편리 모두 이러한 glomeruli 250 µ m 이다. 액세스 절차 중 이미징 밀접 하 게 그림 4처럼 대상 glomerulus에 초점을 맞춘 고 보 먼의 공간에서 피 펫의 위치를 정확 하 게 관찰 하는 탐정을 수 있도록 모든 초 이미지 수집 사용 됩니다.
그림 4 는 일반적인 신장 항목 및 결과, 보 먼의 공간 내에서 피 펫 팁을 보여 줍니다. 그림 4A에서 직교 뷰와 z 스택의 평균 강도 프로젝션 보 먼의 공간에서 피 펫 팁을 보여 줍니다. 참고 빨간색 피 펫 팁 스펙트럼 유물 (라운드 볼 형광의) 끝의 원뿔 부분에 양자 점의 매우 밝은 형광 때문 이다. 그림 4B에서 z-스택 데이터의 볼륨 투영 보 먼의 공간에서 또 다른 피 펫을 보여 줍니다. 피펫으로 프로토콜에 설명 된 대로 끝에 뒤에 tenting 명백한 만드는 항목에 여행의 방향에 활의 사 수의 캡슐 끌고 note.
그림 5, 실패 한 절차의 결과 출혈을 일으키는 신장 캡슐에서 너무 큰 개통을 가진 피 펫 파산 표시 됩니다. 피펫으로가 했다 너무 무딘; 신장 캡슐을 통과 하려고에 캡슐이 밀었습니다 앞으로 피 펫 팁 파손 발생 될 때까지. 이 이미지에서 신장 캡슐은 표시, FITC 형광 녹색에서 subcaspular 출혈에 의해 향상. FITC 신호 압력 혈액 피펫은 루멘을 입력 한다는 자체 피펫으로 내에서 표시 됩니다. 화살표는 많은 적혈구 결함 FITC dextran에 작성으로 피 펫 루멘 내 표시를 가리킵니다.
그림 6 보 먼의 공간 aspirate, 마우스 오 줌 단백질 17 (MUP17)에서 얻은 대표 질량 스펙트럼을 보여준다. 마지막으로, 표 1 단백질 aspirate 3 쥐의 각각에서 6 분 이상 수집에 nanoscale 질량 분석을 사용 하 여 식별 목록 성공적인 열망 절차의 예제 결과 보여 줍니다. 각각의 경우 피펫으로 했다 몇 군데 보 먼의 공간에서 철회 되었다 고 아무 FITC 형광 보 먼의 공간이 나 플라즈마와 함께 aspirate 오염의 부족을 나타내는 피 펫 루멘 내에서 관찰 되었다. 주로 저 분자 무게의 17 단백질 단백질 당 2 독특한 펩 티 드의 최소에서 확인 되었다. 스펙트럼 카운트는 낮은, 사 여과 액에는 단백질의 사전 예상치와 일치 하 고 필터링 된 단백질, 비타민 D 의무적인 단백질 (VTDB) 같은 알 부 민 (ALBU), 그리고 주요 오 줌 단백질 17 (MUP17)는 존재.

그림 1: 사용자 지정 지원 및 동원 정지 측면 액세스를 위해 신장의 부분 입체. 왼쪽, 이미징 및 신장 지원의 부분은 센터에서 완전 한 어셈블리와 함께 표시 됩니다. 오른쪽에 (위에) 신장 준비 하기 전에 표시 된 후 (아래) 응용 프로그램 지원. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 2: 프로토콜의 피 펫 등록 단계에서 신장 준비 완료. 여기, DAPI 여기 2 광자 현미경의 물 열 내의 micropipette 위치에 사용 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 3: micropuncture에 대 한 적합 및 부적합 glomeruli 시연 FITC-dextran의 주입 후 펫과 신장 이미징. A. 6 µ m 팁 잘 뽑아 피 펫. B. 거친 가장자리가, 무딘 팁. C. 이 glomerulus 분명, 하지만 micropuncture에 coverslip에 너무 가까이. 디 는 적당히 glomeruli 위치. 스케일 바는 모두 50 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 4: 성공적인 피펫은 통로 2 다른 프로시저에서 보 먼의 공간 뷰에 배치를 이끌어. A. 직교 투영으로 Z-스택 사 술 인접 보 먼의 공간에서 피 펫 팁을 보여 줍니다. 눈금 막대는 50 µ m. b. Z 스택의 볼륨 렌더링은 마찬가지로 사 술 인접 보 먼의 공간에서 피 펫을 보여 줍니다. 눈금 막대는 100 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 5: 무딘 피 펫, 신장 캡슐을 찢 어 하 고 피펫으로 루멘에 출혈로 이어지는 인해 실패 절차. Extravasated 플라스마와 적혈구 (화살표) FITC 형광 피펫으로 내에서 볼 수 있습니다. 화살표는 적혈구 피펫은 루멘 내 표시를 가리킵니다. 눈금 막대는 50 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 6: 보 먼의 공간 aspirate의 나노 액체 크로마토그래피/질량 분석 분석에서 얻은 주요 오 줌 단백질 17 (MUP17)에 대 한 질량 스펙트럼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 단백질 | MW (kD) | 스펙트럼의 수를 의미 |
| ACTA_MOUSE | 42 | 2 |
| ACTB_MOUSE | 42 | 1 |
| CLPX_MOUSE | 69 | 2.5 |
| DHSA_MOUSE | 73 | 1 |
| FOLR2_MOUSE | 29 | 1 |
| GBLP_MOUSE | 35 | 1 |
| ALBU_MOUSE | 66 | 6.7 |
| HBA_MOUSE | 15 | 2 |
| HBB1_MOUSE | 16 | 1 |
| MIB1_MOUSE | 110 | 1 |
| MUP17_MOUSE | 21 | 1 |
| PERI_MOUSE | 54 | 1 |
| RNAS4_MOUSE | 17 | 2 |
| SPTB1_MOUSE | 2 | 1 |
| VIME_MOUSE | 54 | 1 |
| VTDB_MOUSE | 53 | 1 |
표 1: 3 쥐에서 보 먼의 공간 aspirate에서 확인 된 단백질의 목록입니다.
보충 비디오 1: z 스택의 인수 후 모 세관 술 인접 공간 내에서 피 펫 팁을 보여 보 먼의 공간에는 피 펫 위치 볼륨 렌더링. 이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
저자는 공개 없다.
선물이 2 광자 현미경은 micropipette 쥐, 보 먼의 요도 공간 배치의 사용의 신장 생리학의 2 기초 기술을 결합. 2 광자 현미경의 사용 micropuncture 신장 생리학 연구에 대 한 기존의 현미경의 중요 한 한계를 극복 한다.
NIDDK K08 RDS에 MPH NIGMS P41 GM103493 DK090754. 이 자료는 자원으로 지원 되었다 (MPH)에 의해 작업의 결과 이며 포틀랜드 노 병 사변 의료 센터에 시설 사용. 내용을 미국 재향 군인 담당 부서 또는 미국 정부의 의견을 대표 하지 않는다.
| 직립 2 광자 현미경 | Zeiss | LSM 7MP | |
| 3 축 현미경 스테이지 컨트롤러 | Sutter | MP-285 | |
| 3 축 헤드 스테이지 컨트롤러 | Sutter | MP-225 | |
| 피펫 홀더 | 분자 장치 | 1-HL-U | |
| 헤드 스테이지 | 분자 장치 | CV203BU | |
| FITC-dextran 2000 kDa MW | Sigma-Aldrich | 52471-1G | |
| 붕규산 유리 모세관 | Sutter | B150-110-7.5 | |
| 마이크로피펫 풀러 | Sutter | P-97 | |
| 양자점, 605nm | Thermofisher | Q21701MP | |
| 폴리실록산 | Sugru | 고양이 번호 | 없음 www.sugru.com, "원래 공식". 모든 색상. |
| PE-50 튜빙 | Instech Labs | BTPE-50 | |
| 마이크로 인젝터 | WPI | UMP-3 | |
| 마이크로 인젝터 컨트롤러 | WPI | Micro4 | |
| Perfluorodecalin | 시그마 - 알드리치 | 306-94-5 | |
| 아가로 스 | 시그마 - 알드리치 | 9012-36-6 | |
| 커버 슬립, 10mm | 하버드 장치 | 64-0718 | |
| 헤드플레이트 | 사용자 정의 | 부품 번호 없음 | 신경과학 실험실에서 일반적, 많은 공급업체 |
| 헤드 고정 장치 | 사용자 정의 | 부품 번호 없음 | 신경과학 실험실에서 일반적, 많은 공급업체 |
| 30G 바늘 | Becton-Dickinson | 125393 | 후안와 주사 |
| 투베르큘린 주사기 | Becton-Dickinson | 309626 | 후안와 주사용 |