망막은 층류 구조 전반에 걸쳐 복잡한 공간 조직을 나타냅니다. 현대의 공간 전사체학 및 염기서열분석 기술에는 20μm 두께< 조직 절편이 필요하기 때문에 망막 연구 적용이 제한됩니다. 이 신선 냉동 냉동 절편 방법은 평면 공간 관계를 유지하면서 마우스 망막의 얇은 표면 부분을 생성하여 층판 전반에 걸쳐 포괄적인 분자 매핑을 가능하게 합니다.
방법 논문
망막은 층류 구조 전반에 걸쳐 복잡한 공간 조직을 나타냅니다. 현대의 공간 전사체학 및 염기서열분석 기술에는 20μm 두께< 조직 절편이 필요하기 때문에 망막 연구 적용이 제한됩니다. 이 신선 냉동 냉동 절편 방법은 평면 공간 관계를 유지하면서 마우스 망막의 얇은 표면 부분을 생성하여 층판 전반에 걸쳐 포괄적인 분자 매핑을 가능하게 합니다.
망막의 복잡한 층류 구조는 포괄적인 공간 분자 매핑에 중요한 과제를 제시합니다. 조직 구조 및 분자 상호 작용을 조사하기 위한 현재 기술은 공간 관계를 손상시키거나 분자 프로파일링을 제한하는 기술적 제약에 의해 제한됩니다. 단면 절단, 전체 마운트 준비, 화학적 또는 기계적 분해 및 두꺼운 표면 절편과 같은 기존 방법은 조직 무결성을 방해하거나, 중요한 공간 컨텍스트를 잃거나, 대부분의 경우 고차원 공간 염기서열 분석 플랫폼과 호환되지 않습니다.
이 연구는 망막 세포 분포를 매핑하는 데 필수적인 공간 관계를 유지하면서 얇은(<20μm) en face section을 생성하는 cryosectioning 기술을 소개합니다. 이 방법은 RNA 무결성과 조직 구조를 유지하면서 고처리량 분자 분석 플랫폼과 호환되는 절편을 생성합니다. RNA 무결성은 이 기술이 postfixed tfixed와 관련하여 공식적으로 지원하는 공간 전사체 플랫폼 제조업체가 공식적으로 지원하는 신선한 동결 조직을 절단하기 때문에 유지됩니다. 당사는 여러 분자 프로파일링 방법을 사용하여 이 접근 방식을 검증하여 수동 RNAscope in situ hybridization(12개 표적) 및 Xenium 공간 염기서열분석(300개 표적)과의 성공적인 통합을 입증했습니다. 이 기술은 이러한 민감한 분자 응용 분야에 적합한 RNA 품질을 유지하면서 샘플 전반에 걸쳐 조직 구조를 일관되게 보존합니다.
이러한 방법론적 발전을 통해 망막 세포 유형 분포, 층류 전반의 분자 구배, 망막 병리학의 공간적 측면에 대한 새로운 연구를 수행할 수 있습니다. 이 기술의 다양성과 현대 공간 생물학 플랫폼과의 호환성은 망막의 복잡한 세포 조직에 대한 포괄적인 분자 매핑을 위한 기반을 제공합니다.
망막 뉴런은 정보 처리를 용이하게 하는 공간 지형을 진화시켰으며, 이는 많은 종에서 foveas, area centralis 및 줄무늬와 같은 총체적인 전문화를 초래합니다 1,2,3. 잘 알려진 광수용체 분포의 다양성과는 대조적으로, 망막 신경절 세포(Retinal Ganglion Cells, RGC)에 의해 형성된 망막 출력의 공간적 전문화는 명확하지 않습니다. 대부분의 종에서 망막 신경절 세포의 공간 분포는 완전히 알려져 있지 않습니다. 가장 많이 연구된 척추동물 모델은 아닐지라도 틀림없이 하나인 쥐의 경우에도, 망막 신경절 세포세포 아형의 1/3 미만이 전체 산 면역조직화학(whole mount immunohistochemistry)2과 같은 전통적인 기술로 매핑되었습니다. 이러한 기술은 대부분의 망막 신경절 세포(RGC) 아형에는 특정 유전적 마커가 없기 때문에 실패합니다. 대신, 단일 세포 RNA 염기서열분석 5,6,7을 통해 정확한 망막 신경절 세포(RGC) 분류4를 위해서는 더 높은 차원의 분자 정보가 필요합니다.
망막 신경절 세포(RGC) 분포에 대한 정보는 중요한데, 쥐에서 관찰된 지형은 망막 신경절 세포(RGC) 배치와 시각 기능 사이의 명확한 생태학적 상관관계를 보여주기 때문입니다. 가장 두드러진 예는 측두엽 망막에 모여 있는 ɑON-S 망막 신경절 세포의 공간적 조직입니다. 이 영역은 사냥 행동9 동안 먹이8의 이미지를 받는다. 또한 망막 신경절 세포(RGC) 아형은 질병에 차별적으로 취약하며10, 녹내장과 같은 일부 흔한 질병은 진행에 공간적 요인이 있다는 것을 잘 알고 있다11,12. 그러므로, 이 분야가 직면한 중요한 질문은 다음과 같습니다: 망막1호를 타일링할 때 망막 신경절 아형의 공간 조직은 무엇인가? 이러한 지식의 격차는 현재 다른 시각적 유도 행동 및 질병에 대한 통찰력을 제한하고 있습니다.
현재 방법의 초점은 고해상도 분자 분석을 가능하게 하면서 공간 관계를 보존하는 en face cryosectioning 접근 방식을 통해 이러한 분자 지식 격차를 해결하는 것입니다. 10X의 Xenium과 같은 최신 공간 염기서열분석 플랫폼은 분자 프로파일링의 혁신적인 발전을 대표하며 조직 조직 및 세포 상호 작용에 대한 전례 없는 통찰력을 제공합니다. 그러나 이러한 플랫폼은 RNAscope와 같은 저플렉스 기술 및 Visium과 같은 공간적으로 바코드화된 염기서열분석 방법과 함께 20μm보다 얇은 조직 절편이 필요하다는 중요한 기술적 제약을 공유합니다. 이 요구 사항은 일반적으로 두께가 200μm인 망막 조직에 특별한 문제를 제기합니다.
지금까지 연구자들은 이러한 기술을 망막 조직에 적용할 때 주로 단면에 의존해 왔습니다13. 단면은 수직 회로의 맥락에서 핵 및 망상층 내의 분자 관계를 효과적으로 드러내지만, 전체 마운트 준비에서 전통적으로 드러났던 망막 세포의 더 넓은 공간 분포를 포착하는 데는 적합하지 않습니다8. 최근 단면 절편에 대한 시도는 단면 두께 제약으로 인해 제한되었으며, 연구에서는 현대의 고플렉스 분자 분석 플랫폼에 비해너무 두꺼운 50μm 절편만 달성했습니다. 개별 망막 층을 연구하기 위해 사용되었지만 현대 공간 염기서열 분석 기술과 호환되지 않는 다른 역사적 접근 방식으로는 기계적 해리와 결합된 효소 분해 15,16 또는 기계적 해리만 사용하는 효소 분해17,18,19,20 등이 있습니다. 여기에서는 이러한 한계를 극복하는 얇고 구부러진 망막 조직을 위해 특별히 설계된 새로운 동결 절편 기술을 제시합니다. 간단히 말해서, 우리의 방법은 눈의 후방을 추출하고, 망막과 공막을 모두 관통하는 릴리프 컷을 만들고, 내부 망막이 있는 조직을 커버 유리에 대고 평평하게 하고, 조직을 OCT에 삽입하고, 마지막으로 바깥쪽에서 안쪽 망막으로 동결 절제하는 것입니다(그림 1). 당사의 방법은 수동 RNAscope(12개 표적)와 자동화된 Xenium 플랫폼(300개 표적)을 사용한 성공적인 구현을 통해 검증된 바와 같이 고차원 공간 생물학 도구를 사용할 수 있을 만큼 충분히 얇은(<20μm) 절편을 생산하는 동시에 공간 관계를 유지하며, 분자 분석의 다양한 복잡성 규모에 걸친 호환성을 입증합니다.
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모든 실험은 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인 및 콜로라도 대학교(University of Colorado)가 감독하는 이러한 방법을 승인하는 관련 기관 지침에 따라 수행되었습니다. 동물 사용 및 안락사와 관련된 모든 단계는 현지 규정 및 실험 허가를 따라야 합니다. 모든 생쥐는 음식과 물을 무료로 이용할 수 있는 공인된 수의학 시설에서 표준 치료를 받으며 수용되었습니다. 이 en face cryosectioning 기술은 C57BL/6 마우스에 최적화된 표준 망막 박리 기술을 기반으로 합니다. 이 기술을 개발하기 위해 6주에서 2세 사이의 암수 약 150마리의 마우스를 사용했습니다. 여기에서 전달된 마지막 기술은 마우스 인구통계학적 특성에 관계없이 약 95%의 성공률을 보입니다. 단계에 대한 온도가 나열되지 않은 경우 약 20-25°C의 실내 온도가 예상됩니다. 온도가 나열되지 않은 용액은 냉각하면 작동하므로 용액의 작동 온도 범위는 4-25 °C입니다.
1. 해부
2. 냉동 보존
3. 냉동 절편
4. 표적 탐지 및 현미경 검사
참고: 이 기술은 다른 분자 프로파일링 방법과 호환되지만 RNAscope를 검증된 하나의 예로 자세히 설명합니다.
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이 프로토콜의 성공적인 구현은 망막 표면 전체에 걸쳐 공간 관계를 유지하면서 여러 분자 프로파일링 접근 방식에 적합한 온전한 망 막 단면을 생성합니다. 당사는 기존의 면역조직화학(immunohistochemistry)에서 수동 멀티플렉스 RNA 검출을 거쳐 자동화된 고처리량 분자 프로파일링(high-throughput molecular profiling)에 이르기까지 체계적인 검증 접근 방식을 통해 프로토콜의 유용성을 입증합니다.
본 프로토콜의 초기 검증은 모든 망막 층판에 걸쳐 조직 무결성과 구조적 보존을 평가하기 위해 두 가지 잘 특성화된 마커를 사용합니다(그림 7). 망막 신경절 세포는 항-RBPMS 면역염색으로 표지되며, 혈관 구조망은 토마토 렉틴(Tomato Lectin)을 사용하여 시각화됩니다. 이 조합은 두 마커 모두 건강한 망막에서 뚜렷하고 잘 문서화된 분포 패턴을 가지고 있기 때문에 프로토콜 성...
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여기에 제시된 방법은 현대 분자 프로파일링 기술에 적합한 얇은 표면 절편을 생산할 수 있도록 함으로써 망막 공간 생물학의 중요한 기술적 장벽을 해결합니다. 프로토콜에서 가장 중요한 단계는 초기 해부 중 조직 취급과 냉동 보존 및 절편 중 온도 및 수화의 정확한 제어에 중점을 둡니다. 성공적인 구현은 특히 OCT 포매 전에 적절한 조직 평탄화를 달성하고 절편 프로세스 전반에 걸쳐 일관된 온도 제어를 유지하는 데 달려 있습니다.
일반적인 기술 아티팩트 및 문제 해결:
프로토콜 구현 중에 몇 가지 기술적 문제가 발생할 수 있으며, 각 문제에는 고유한 원인과 솔루션이 있습니다.
조직 박리: 가장 일반적인 기술적 결함은 조직이 슬라이드에서 분리될 때 탈수 단계에서 발생합니다. 이는 일반적으로 장착 중에 인접한 섹션 간의 OCT ...
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저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
10X Xenium 플랫폼 운영에 전문적인 도움을 주신 콜로라도 대학교 암 센터(P30CA046934) 내의 Human Immune Monitoring Shared Resource(RRID:SCR_021985)에 감사드립니다. 이 연구는 미국 국립보건원(National Institutes of Health, R01EY035293)의 지원을 받았습니다.
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| Fisher Healthcare Tissue-Plus OCT 컴파운드 | Fisher Scientific | 23-730-571 | 특정 브랜드 중요하지 않음 |
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| Integra Miltex Noyes Iris 가위 | Integra Miltex 181510 | 12-460-278 | 특정 브랜드는 중요 |
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| Zeiss Axio Imager.M2 epifluorescence 현미경 | 광학 절편화 활성화(그림 8의 경우) |
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