IBEX(Spectral Iterative Bleaching Extends Multiplexity)는 헤파린 차단을 추가하여 비특이적 결합을 최소화하고 스펙트럼 검출과 전산 혼합 해제를 활용하여 자가형광을 억제함으로써 기본 IBEX 기술을 기반으로 합니다. 이 접근 방식은 배경 소스를 줄이면서 이미지 획득을 가속화하여 강력한 다라운드, 고파라미터 공간 단백질체 분석을 가능하게 합니다.
방법 논문
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IBEX(Spectral Iterative Bleaching Extends Multiplexity)는 헤파린 차단을 추가하여 비특이적 결합을 최소화하고 스펙트럼 검출과 전산 혼합 해제를 활용하여 자가형광을 억제함으로써 기본 IBEX 기술을 기반으로 합니다. 이 접근 방식은 배경 소스를 줄이면서 이미지 획득을 가속화하여 강력한 다라운드, 고파라미터 공간 단백질체 분석을 가능하게 합니다.
고도로 다중화된 이미징을 통해 기능적으로 다양한 세포와 천연 조직 환경 내에서 틈새를 연구할 수 있습니다. IBEX(Iterative Bleaching Extends Multiplexity)는 동일한 조직 절편에서 여러 마커를 시각화할 수 있는 순환 면역표지 및 형광단 비활성화 기술입니다. 캡처된 이미지를 이후에 분석하여 단일 세포 데이터를 획득하여 세포 클러스터, 국소화 및 인접 세포 유형을 정의할 수 있습니다. 이러한 데이터를 해석하는 것은 형광 현미경에 내재된 배경 소스와 실제 마커 발현을 구별하는 능력에 의존합니다. IBEX 프로토콜의 적응인 스펙트럼 IBEX는 스펙트럼 공초점 검출과 전산 언믹싱을 통합하고 헤파린 차단을 통합하여 전하 기반 오프 타겟 결합을 줄입니다. 이 조합은 신호 대 배경 비율을 개선하고, 조직 자가형광을 억제하며, 블리드스루를 최소화하는 동시에 기존의 다중 트랙 공초점 이미징에 비해 획득 시간을 단축합니다. 높은 호산구 함량과 강한 자가형광을 특징으로 하는 모델인 인간 비용종 조직에 적용한 결과, 6번의 이미징 라운드에 걸쳐 구조, 면역 및 세포 상태 구획에 걸쳐 26개의 마커에 대한 신뢰할 수 있는 이미징을 입증했습니다. 결과 워크플로우는 복잡한 조직 구조와 세포 틈새를 포착하는 고차원의 공간적으로 분해된 단백질체 정보를 생성합니다. 이 최적화된 접근 방식은 다중 이미징을 위한 강력하고 광범위하게 적용 가능한 전략을 제공하며, 특히 자가형광 및 비특이적 염색이 기존 접근 방식을 제한하는 조직에 적합합니다.
조직은 3차원 구조로 조직되고 상호 작용을 통해 생명에 필요한 생물학적 과정을 조정하는 특수한 기능을 가진 다양한 세포 세트로 구성됩니다. 병리학은 세포 구성 또는 조직 구조의 파괴가 이러한 상호 작용을 방해하고 조직 항상성을 손상시킬 때 발생합니다1. 인간의 건강과 질병의 기초가 되는 생물학을 이해하려면 수많은 특수 세포 유형이 조직 내에서 어떻게 국소화되고 상호 작용하는지에 대한 지식이 필요합니다.
전사체, 후성유전체학 및 단백질체 수준에서 단일 세포 프로파일링 기술의 발전으로 특수 세포 유형의 예외적인 다양성이 밝혀졌습니다. 2,3 단일 세포 RNA 시퀀싱 및 스펙트럼 유세포 분석과 같은 기술은 이러한 이질적인 집단을 특성화하는 데 필요한 매개변수 수를 측정할 수 있습니다. 그러나 이러한 접근법에는 세포가 천연 조직 환경에서 단일 세포 현탁액으로 해리되어야 하기 때문에 공간 정보가 부족합니다 4,5. 따라서 다양한 질병 맥락과 관련된 세포 유형이 확인되었지만 조직 내 상호 작용과 질병 영속화에 대한 기여도는 불분명합니다.
이러한 한계 중 일부를 해결하기 위해 각 세포의 위치를 보존하면서 조직 내에서 세포 이질성을 포착하기 위해 여러 공간 오믹스 기술이 개발되었습니다6. 예를 들어, 유전자 전사는 조직 절편을 가로지르는 래스터화된 지점(예: Visium)에서 RNA를 증폭하거나 단일 세포 해상도(예: Xenium)로 이미지화된 특정 유전자의 패널을 표적으로 하는 RNA 혼성화 프로브를 사용하여 측정할 수 있습니다7,8. 이러한 방법은 조직 내 전사 패턴과 조절 메커니즘을 추적하는 데 효과적입니다. 그러나 전사 프로파일은 종종 단백질 발현과 잘 연관되지 않으며, 이는 세포의 기능적 능력을 보다 직접적으로 반영합니다9. 단백질 발현은 형광단에 접합된 특정 항체를 사용하여 식별할 수 있으며, 이는 형광 현미경10,11에 의해 검출될 수 있다. 전통적인 형광 현미경을 사용하면 6개 이상의 항체 접합 형광단을 개별 이미징할 수 있습니다. 그러나, 이들 형광단의 겹치는 여기 및 방출 프로파일은 임의의 주어진 채널(12)에서 형광 신호의 기원에 대한 불확실성을 초래한다.
IBEX(Iterative Bleaching Extends multipleXity)는 형광 현미경 13,14,15의 이러한 한계를 극복하기 위해 개발된 고함량 이미징 방법입니다. IBEX는 리튬수소화붕소(LiBH4)를 사용하여 이미징 후 형광단을 화학적으로 비활성화하여 재이미징 전에 동일한 조직 샘플을 후속 형광단 접합 항체로 재염색할 수 있습니다. IBEX는 조직 무결성을 보존하여 동일한 조직 절편에서 이론적으로 무제한의 마커를 시각화할 수 있는 여러 차례의 이미징을 가능하게 합니다. 획득한 이미지의 계산 정렬은 단일 세포 해상도에서 오믹스 수준의 특성화를 제공하는 동시에 공간 데이터를 보존하여 세포 틈새를 드러냅니다. 이 데이터는 또한 추정되는 세포 상호 작용을 밝힐 수 있지만 이는 다른 기술을 사용하여 검증되어야 합니다16. IBEX는 상업적으로 이용 가능한 형광단과 호환되는 오픈 소스 방법이며 접근성, 신속한 채택 및 고품질 데이터 생성을 촉진하기 위해 시약을 검증하고 데이터를 공개적으로 공유한 국제 연구자 커뮤니티의 지원을 받습니다17,18.
이 작업에서 IBEX의 수정된 프로토콜은 기술의 두 가지 주요 과제인 조직 자가형광 및 형광단 접합 항체 프로브의 비특이적 결합(총칭하여 배경이라고 함)을 극복하도록 설계되었습니다. 자가형광은 조직에 내인성 형광 분자의 여기가 항체 접합 형광단으로부터 얻은 원하는 신호와 겹치는 빛을 방출할 때 발생합니다19,20. 형광단 접합 항체의 표적 외 또는 비특이적 결합은 표적 단백질을 발현하지 않는 세포 또는 구조로부터 형광을 초래합니다21,22. 이러한 아티팩트로 인해 세포가 실제로 발현하지 않는 마커를 발현한다는 부정확한 결론이 내려져 계산 분석과 정확한 세포 유형 할당이 복잡해질 수 있습니다. 오프 타겟 신호의 헤파린 기반 전하 중화와 전체 스펙트럼 획득 및 계산 혼합 해제를 결합함으로써 스펙트럼 IBEX는 블리드스루를 현저하게 줄이고 신호 대 백그라운드 비율(SBR)을 개선하며 라운드당 획득 시간을 절반으로 줄입니다.
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이 연구에 사용된 비용종 조직은 Hamilton Integrated Research Ethics Board의 윤리적 승인을 받아 Hamilton Health Sciences에서 부비동 수술 중에 수집되었습니다. 모든 참가자로부터 정보에 입각한 동의를 얻었습니다.
1. 샘플 수집
2. 시약 준비
3. 조직 가공 및 총괄
4. 조직 동결
5. 슬라이드 준비 및 냉동 절편
6. 차단 및 항체 면역표지
7. 현미경 설정 및 이미징
참고: 이 프로토콜은 특히 ZEISS LSM980 및 기타 ZEISS 시스템을 나타냅니다. 이러한 단계는 다른 시스템에서는 다를 수 있습니다. 두 가지 워크플로가 자세히 설명되어 있습니다: 전통적인 공초점 + 언믹싱(전산 스펙트럼 언믹싱 사후 믹싱을 통한 다중 트랙 획득), 스펙트럼 검출기를 사용할 수 없을 때 사용할 수 있지만 획득 시간이 더 길고 약간의 잔류 블리드스루가 있습니다. 전체 스펙트럼 감지(단일 패스, 34채널 스펙트럼 획득)는 최고의 SBR, 거의 0에 가까운 누화 및 가장 빠른 이미징 시간을 제공하기 때문에 선호하는 방법입니다.
8. 커버슬립 제거(챔버 커버 유리가 아닌 슬라이드에만 적용됨)
9. 형광단 표백 및 순환
10. 이미지 사후 획득 처리
11. 이미지 정렬
12. 이미지 정렬


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면역형광 이미징 기술이 직면한 두 가지 근본적인 과제는 형광단 접합 항체 프로브의 비특이적 결합과 조직 자가형광입니다. 이 프로토콜은 다중화된 면역형광 기술을 최적화하기 위해 실제 신호와 배경을 구별하는 데 도움이 되도록 설계되었습니다.
헤파린 차단은 신호를 보존하면서 비특이적 형광단 결합을 감소시킵니다.
과립구는 마커26,27의 예상 형태학적 분포와 일치하지 않는 고강도 표적 외 형광으로 악명이 높습니다. 예를 들어, 만성 비부비동염 환자의 비용종 조직에서 막 ...
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IBEX 프로토콜을 채택한 Spectral IBEX는 면역형광 이미징의 두 가지 주요 문제인 비특이적 결합과 자가형광을 성공적으로 해결합니다. 호산구성 조직을 헤파린으로 처리하고 스펙트럼 혼합 해제를 사용하여 채널 간의 자가형광 및 스펙트럼 중첩을 제거하면 배경 위의 실제 신호 검출이 크게 증가했습니다. 단일 패스로 모든 마커를 캡처하면 획득 시간이 단축되어 IBEX 사이클링 속도가 증가할 수 있습니다. 스펙트럼 검출기를 사용할 수 없는 경우 전산 언믹싱을 통한 기존의 공초점 획득을 사용할 수 있지만, 감도를 극대화하고 블리드스루를 사실상 제거하며 라운드당 이미징 시간을 절반으로 단축하므로 전체 스펙트럼 검출이 권장됩니다. 다양한 연구 환경에서 여러 IBEX 양식의 구현을 지원하기 위해 제안, 고려 사항 및 데이터가 포함된 Spectral IBEX에 대한 자세한 프로토콜이 여기에 제공됩니다.
조직 자가형광은 형광 이미징...
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JFEK, MJ는 ALK Abello A/S로부터 자금을 받습니다. JFEK은 Merida Biosciences로부터 상담비를 받습니다.
IBEX를 온보딩하고 반복하는 동안 지원해 주신 Andrea Radtke 박사와 Ziv Yaniv 박사에게 감사드립니다. 현미경 지원 및 문제 해결을 해주신 João Bronze de Firmino 박사와 Mouhanad Babi 박사, 현미경에 대한 접근을 해주신 McMaster의 고급 광학 현미경 센터에 감사드립니다. 기술 지원을 해주신 Tina Walker, Jianping Wen 및 Rangana Talpe Guruge에게 감사드립니다. 이 연구는 CIHR 감염 및 면역 연구소(CIHR-III), CIHR 순환기 및 호흡기 건강 연구소(CIHR-ICRH) 및 캐나다 알레르기, 천식 및 면역학 재단(CAAIF)이 공동으로 자금을 지원하는 동료 검토 식품 알레르기 연구 보조금의 지원을 받습니다. 이 작업은 캐나다 보건 연구소(PJT-198169; JFEK), J.P. 비켈 재단 의학 연구 보조금(JFEK), 캐나다 알레르기 천식 및 면역학 재단(JFEK, MJ), 캐나다 알레르기 및 임상 면역학 학회(VO, MJ), 슈로더 재단(JFEK, SW, MJ), 캐나다 식품 알레르기(JFEK, SW, MJ), ALK Abello A/S(JFEK, MJ), Zych 가족(SW, MJ), Buckrell 가족(JFEK), 온타리오 대학원 장학금(SD) 및 McMaster University(VO)의 보건 과학 학사 프로그램.
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