이 연구는 CUBIC이 제거된 마우스 신장의 사구체를 표지하고 분석하기 위한 사용하기 쉽고 완전하며 간단한 방법 세트를 제시합니다. 사구체 수 및 부피와 같은 데이터는 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC)-덱스트란, 광시트 형광 현미경(LSFM) 또는 일반적인 컨포칼 현미경 및 Imaris와 같은 소프트웨어를 사용하여 쉽고 안정적으로 얻을 수 있습니다.
Method Article
이 연구는 CUBIC이 제거된 마우스 신장의 사구체를 표지하고 분석하기 위한 사용하기 쉽고 완전하며 간단한 방법 세트를 제시합니다. 사구체 수 및 부피와 같은 데이터는 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC)-덱스트란, 광시트 형광 현미경(LSFM) 또는 일반적인 컨포칼 현미경 및 Imaris와 같은 소프트웨어를 사용하여 쉽고 안정적으로 얻을 수 있습니다.
사구체는 신장의 기본 단위입니다. 따라서 사구체를 연구하는 것은 신장 기능과 병리를 이해하는 데 중추적인 역할을 합니다. 생물학적 이미징은 직관적인 정보를 제공합니다. 따라서 사구체에 라벨을 붙이고 관찰하는 것은 매우 중요합니다. 그러나 현재 사용되고 있는 사구체 관찰 방법은 복잡한 조작이 필요하며, 그 결과 라벨 디테일이나 3차원(3D) 정보가 손실될 수 있습니다. 명확하고 방해받지 않는 뇌 영상 칵테일 및 컴퓨터 분석(CUBIC) 조직 투명화 기술은 신장 연구에서 널리 사용되어 보다 정확한 검출과 더 깊은 검출 깊이를 제공합니다. 우리는 중분자량 FITC-Dextran의 꼬리 정맥 주입 후 CUBIC clearing 방법으로 마우스 사구체를 빠르고 효과적으로 표지할 수 있음을 발견했습니다. 제거된 쥐의 신장은 광시트 현미경(또는 얇게 썬 경우 컨포칼 현미경)으로 스캔하여 전체 신장에 있는 모든 사구체의 3차원 이미지 스택을 얻을 수 있습니다. 적절한 소프트웨어로 처리하면 사구체 신호를 쉽게 디지털화하고 추가로 분석하여 사구체의 수, 부피 및 주파수를 측정할 수 있습니다.
사구체의 수와 양은 다양한 신장 질환의 진단과 치료에 매우 중요하다 1,2,3,4,5. 사구체 수 추정의 황금 표준은 물리적 해부기/분획기 조합입니다. 그러나 이 방법은 특수 시약과 장비가 필요하므로 느리고 비용이 많이 듭니다 6,7,8,9. 생검은 풍부한 정보를 제공하지만, 분명히, 이 방법은 대략적인 추정치에만 적합하다10,11. 자기공명영상(MRI), 컴퓨터단층촬영(CT) 및 X-ray를 포함한 의료 영상 기술도 사구체 검출에 널리 사용되지만(12,13,14,15) 이러한 기술에는 부피가 큰 기구가 필요하다. 매트릭스 보조 레이저 탈착/이온화(MALDI) 이미징 질량 분석기(16) 또는 두껍고 얇은 단면 방법(17)과 같은 새로운 방법도 사구체 검출에 사용되어 왔지만, 여전히 지루하고 힘들다.
투명성 기술의 도움으로 더 깊은 깊이를 관찰하고 두꺼운 조직 또는 전체 장기로부터 더 풍부하고 완전한 정보를 얻을 수 있습니다 18,19,20,21,22,23. 따라서 투명성 기술은 신장 연구에서 널리 사용되어 왔다24. 깨끗해진 신장에서 사구체를 관찰하고 검출하는 것도 포함됩니다. 그러나, 이들 발표된 논문들은 사구체 검출(glomerular detection)25을 간략하게만 언급했거나, 사구체를 표지하기 위해 형질전환 동물(transgenic animals)26, 자체 생산된 염료(self-produced dye)13 또는 고농도 항체 배양(high-concentration antibody incubation)27과 같은 달성하기 어려운 표지 방법을 사용하였다. 또한, 여러 연구에서 투명신장의 사구체를 분석했지만, 분석은 항상 제한적이거나13 저자가 직접 수립한 분석 알고리즘에 의존했다26.
우리는 이전에 생쥐 신장에서 사구체를 표지하는 보다 편리한 방법을 시연한 바 있다28. Imaris를 사용하여 사구체 수, 빈도 및 부피를 빠르게 얻을 수 있음을 발견했습니다. 따라서, 여기서는 생쥐 신장의 사구체를 표지하고 분석하기 위한 보다 접근하기 쉽고 포괄적이며 단순화된 일련의 방법을 제시합니다.
이 연구에서는 성체 C57BL/6마리 마우스(생후 6주, 25-30g)를 사용했습니다. 모든 절차는 동물 복지 및 실험 윤리에 대한 현지 규정을 준수하여 수행되었습니다. 이 연구는 쓰촨 대학 생물 의학 연구 윤리 위원회의 중국 서부 병원의 승인을 받았습니다.
1. 사구체 표지 및 조직 준비
2. 청산
3. 이미지 취득
4. 데이터 처리 및 정량화
알림: Imaris (이미지 분석) 소프트웨어로 이미지 스택을 처리하고 Surface 기능을 사용하여 사구체에 레이블을 지정하고 분석을 수행합니다.
이 연구는 생쥐 신장의 사구체를 표지하고 분석하기 위한 간단하고 효율적인 방법을 제공합니다.
사구체(혈관)는 혈관 내 주입된 FITC-덱스트란에 의해 잘 표지될 수 있습니다. 투명화 과정 후 신장은 투명해졌고(그림 1A), 광시트 현미경(그림 1B) 또는 공초점 현미경(그림 1C)을 사용하여 사구체를 명확하게 관찰할 수 있었습니다. 컨포칼 현미경은 스캔 깊이가 제한되어 있으므로 신장은 약 1mm 두께의 조각으로 절단해야 합니다. 광시트 현미경을 사용하면 신장 전체를 직접 스캔할 수 있습니다.
명확한 신호로 사구체의 수를 쉽게 셀 수 있었습니다. 사실, 라벨링은 매우 효과적이어서 사구체를 육안으로 셀 수 있었습니다. 사구체의 부피도 직접 측정할 수 있습니다. 물론 Imaris와 같은 소프트웨어는 이 프로세스를 크게 가속화했습니다. 표면 기능을 사용하여 신장 절편(그림 2), 전체 신장(그림 3) 또는 스트립(그림 4)의 모든 사구체를 선택할 수 있으며 사구체의 수와 부피를 직접 얻을 수 있습니다(그림 2C, 그림 3C, 그림 4C). 선택된 영역의 부피도 측정할 수 있으므로(그림 2B, 그림 3B, 그림 4B), 특정 영역 또는 전체 신장에서 사구체 부피 비율 및 빈도를 계산할 수 있습니다(그림 2D, 그림 3D, 그림 4D). 특정 영역에서 계산을 수행하기 위해 신장의 영역을 선택할 수 있습니다. 우리는 생검과 유사한 스트립을 제시했습니다. 스트립에 있는 사구체의 수, 부피 및 빈도도 쉽게 얻을 수 있습니다(그림 4).
그림에서 볼 수 있듯이 본 연구에서 제시된 결과는 다음과 같습니다(N = 수, F = 주파수, V = 부피, V(a) = 평균 부피, V(t) = 총 부피).
절편 내 N 사구체 = 1128,전체 신장의 N 사구체 = 14006,절편 F 사구체 = 65 per mm3, F 절편 사구체 = 105 / mm3,V 총 사구체 절편 / V절편 = 2.24 %,전체 신장 / V 신장의 V 총 사구체 = 5.54 %, 절편 V (a) 사구체 = 373654 μm3, 전체 신장의 V (a) 사구체 = 521627 μm3, 절편의 V(t)사구체 = 421481724μm3, 전체 신장의 V(t)사구체 = 7305386256μm3 (그림 2D, 그림 3D).
스트립의 N 사구체 = 63,스트립의 F 사구체 = 72 / mm3,스트립의 V 총 사구체 / V스트립 = 2.23 %, 스트립의 V (a) 사구체 = 307698 μm3, 스트립의 V (t) 사구체 = 19384977 μm3 (그림 4D).

그림 1: 신장 조직 투명도 및 FITC-덱스트란 표지 사구체. (A) 투명 치료 전후의 신장. (B) LSFM으로 스캔한 전체 신장의 이미지. (C) 컨포칼 현미경으로 스캔한 신장 조각의 이미지(왼쪽: 4x, 오른쪽: 10x). 눈금 막대 = 300μm(4x, 공초점); 스케일 바 = 100μm(10x, 공초점).; 스케일 바 = 700μm(5x, 확대/축소 0.36, LSFM). 사구체는 FITC-덱스트란으로 표지하였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 컨포칼 스캔 신장 절편에 적용된 기능 Surface. (A) 슬라이스의 표면과 모든 사구체가 생성됩니다. 분홍색 = 사구체, 파란색 = 밖으로 신장 절편의 표면, 녹색 = 혈관의 원래 라벨(사구체 및 일부 큰 혈관). 스케일 바 = 300 μm. (B) 슬라이스의 표면(왼쪽) 또는 사구체(오른쪽)를 선택하면(선택한 개체가 노란색으로 바뀜) 데이터를 직접 얻을 수 있습니다(점선 상자는 데이터를 표시하는 위치를 강조 표시함). (C) 모든 단일 사구체의 수, 부피 및 총 사구체의 부피는 절편의 부피뿐만 아니라 직접 얻을 수 있습니다. (D) 내보낸 데이터를 추가로 분석하여 사구체의 평균 부피 및 사구체 및 선택한 영역의 부피 비율과 같은 계산을 수행할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: LSFM에 적용된 기능 Surface가 전체 신장을 스캔했습니다. (A) 전체 신장의 표면과 모든 사구체가 생성됩니다. 분홍색 = 사구체, 파란색 = 밖으로 전체 신장의 표면, 녹색 = 혈관의 원래 라벨(사구체 및 일부 큰 혈관). 스케일 바 = 1000 μm. (B) 신장 표면(왼쪽) 또는 사구체(오른쪽)를 선택하면(선택한 물체가 노란색으로 변함) 데이터를 직접 얻을 수 있습니다(데이터를 표시하는 점선 상자가 강조 표시됨). (C) 신장의 부피뿐만 아니라 모든 단일 사구체의 수, 사구체의 수를 직접 얻을 수 있습니다. (D) 내보낸 데이터를 추가로 분석하여 사구체의 평균 부피 및 사구체 및 전체 신장의 부피 비율과 같은 계산을 수행할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 선택한 신장 스트립에 적용된 기능 Surface. (A) 스트립의 표면과 모든 사구체가 생성됩니다. 분홍색 = 사구체, 파란색 = 밖으로 신장 스트립의 표면, 녹색 = 혈관의 원래 라벨(사구체 및 일부 큰 혈관). 스케일 바 = 150 μm. (B) 스트립의 표면(왼쪽) 또는 사구체(오른쪽)를 선택하면(선택한 물체가 노란색으로 바뀜) 데이터를 직접 얻을 수 있습니다(점선 상자는 데이터를 표시하는 위치를 강조 표시함). (C) 모든 단일 사구체의 수, 부피 및 총 사구체의 부피와 스트립의 부피를 직접 얻을 수 있습니다. (D) 내보낸 데이터를 추가로 분석하여 사구체의 평균 부피 및 사구체 및 선택한 영역의 부피 비율과 같은 계산을 수행할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
조직 투명화 기술은 3개 또는 4개 그룹으로 분류할 수있다 29,30,31. 유기 용매 기반 조직 투명화(예: DISCO 및 PEGASOS), 수성 기반 조직 투명화(예: CUBIC) 및 하이드로겔 포매 조직 투명화(예: CLARITY)는 모두 신장 투명화에 적용되었습니다(25,26,28,32). CUBIC은 사구체(혈관)에 FITC-덱스트란이 부착되어 있을 때 가장 잘 작동합니다. 또한, CUBIC은 상대적으로 더 편리한 조작 공정을 가지며, 처리된 샘플이 유기 시약(33)에 담글 필요가 없기 때문에, 통상의 현미경 렌즈(27) 이상을 필요로 하지 않는다. 그러나 다른 청산 방법과 선박 라벨 방법에는 고유한 장점과 단점이 있습니다. 연구자는 특정 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 접근 방식을 실험해야 할 수 있습니다.
이전 연구에서는 신장의 혈관이 13,25,26,28로 표지되었을 때 사구체가 투명한 신장에서 표지될 수 있음을 발견했습니다. 이 현상에 대한 철저한 설명은 여전히 추가 조사가 필요하지만, 혈관계에 대한 좋은 표지 방법이 사구체를 효과적으로 표지하는 것으로 추론할 수 있습니다. 실험 결과에 따라 중간 분자량(예: 150kDa)의 FITC-덱스트란의 혈관 내 주사를 권장합니다. 그러나 라벨링은 혈액 순환에 의존하기 때문에 이 방법은 혈액 순환이 부족할 때 사구체를 라벨링하지 못할 수 있습니다.
LSFM은 대규모 조직 관찰이 가능하므로 전체 신장 사구체 검출에 더 적합합니다. 그러나 광시트 현미경은 모든 실험실에서 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 따라서 우리는 일반 컨포칼 현미경을 사용하는 대체 프로토콜 세트를 제공하고 있습니다. 신장은 여러 부분으로 나뉘어야 하지만, 전체 신장에서 사구체의 수와 부피와 같은 데이터를 얻는 것이 가능합니다. 게다가, 컨포칼 현미경은 더 적은 양의 데이터를 제공하므로 데이터 처리 친화적입니다.
Imaris는 직접 데이터 출력을 제공합니다. 그러나 아날로그 신호를 원본과 가깝게 일치시키도록 주의해야 합니다. 또한 소프트웨어가 대용량 파일을 처리하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있으므로 답답할 수 있습니다. 사구체를 명확하게 라벨링하고 시각화할 수 있는 한, 데이터 분석을 위한 하나 이상의 고유한 솔루션이 있습니다. 서로 다른 실험실의 연구원들은 익숙한 소프트웨어 및 프로그래밍 언어로 작업할 수 있습니다.
모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 연구는 중국 국립자연과학재단(82204951)과 쓰촨성 과학기술프로그램(2020JDRC0102)의 보조금으로 지원되었습니다.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 4% PFA | Biosharp | 7007171800 | 고정 reaagen |
| 502 접착제 | Deli | 7146 | 샘플 고정 어댑터에 신장을 고정하기 위해 |
| 안티피린 | 알라딘 | A110660 | 클리어링 시약 |
| 뇌 매트릭스 | RWD 생명 과학 | 1mm 40-75 | 조직 슬라이싱 |
| 컨포칼 현미경 | Nikon | A1plus | 이미지 획득 |
| FITC-Dextran | Sigma-Aldrich | FD150S | 라벨링 시약 |
| 라이트 시트 형광 현미경 | 자이스 | 라이트 시트 7 | 이미지 획득 |
| 생쥐 | Ensiweier | 성체 C57BL/6 생쥐 (생후 6주, 25– 30g) | |
| N-부틸디에탄올아민 | 알라딘 | B299095 | 클리어링 시약 |
| 니코틴아미드 | 알라딘 | N105042 | 클리어링 시약 |
| 펜토바르비탈 나트리움잘츠 | 시그마-알드리치 | P3761 | |
| 꼬리 정맥 고정기 | JINUOTAI | JNT-FS35 | 베일 주입을 위한 마우스 고정 |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | 클리어링 시약 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission