이 프로토콜은 간별 세포 형태를 온전한 간 조직에서 시각화하고 모델링하기 위한 포괄적인 영상 파이프라인을 제공합니다. 이 접근법은 마우스 유전학을 이용한 형광 표 지, 현장 간 관류 기반 조직 준비, 그리고 광학 투명성을 달성하기 위한 수정된 iDISCO 조직 클리어링 방법을 결합합니다.
방법 논문
이 프로토콜은 간별 세포 형태를 온전한 간 조직에서 시각화하고 모델링하기 위한 포괄적인 영상 파이프라인을 제공합니다. 이 접근법은 마우스 유전학을 이용한 형광 표 지, 현장 간 관류 기반 조직 준비, 그리고 광학 투명성을 달성하기 위한 수정된 iDISCO 조직 클리어링 방법을 결합합니다.
조직 내 섬유아세포는 조직 전반에 걸친 섬유화의 세포 동인입니다. 간 내에서는 고유한 '별 모양' 형태를 가진 간성 별세포(HSCs)가 손상 시 섬유성 근섬유아세포로 활성화되어 간 흉터를 만듭니다. 수십 년간의 연구가 HSC 활성화의 주요 신호 전달 경로를 밝혀냈지만, 이들의 독특한 수상돌기 형태의 기능적 중요성은 영상 및 분석의 기술적 한계로 인해 여전히 불분명하다. 이 프로토콜은 온전한 간 조직에서 HSC 형태를 시각화하고 모델링할 수 있는 포괄적인 영상 파이프라인을 제공합니다. 이 접근법은 마우스 유전 학을 이용 한 HSCs의 형광 표지, 현장 간 관류 기반 조직 준비, 그리고 수센티미터 두께의 조직 표본에서 광학 투명성을 달성하기 위해 수정된 iDISCO 조직 클리어링 방법을 결합합니다. 제거된 샘플은 최적화된 공초점 현미경 플랫폼을 통해 영상화되며, 이미지 데이터셋은 개별 HSC의 3차원 재구성을 위한 맞춤형 분석 워크플로우를 통해 단일 세포 해상도로 처리됩니다. 이 파이프라인은 복잡한 간 미세환경 내에서 수지상 돌기와 인접 세포와의 공간적 관계를 포함한 HSC 형태의 재현 가능한 지도화를 가능하게 합니다. 간 외에도, 이 작업 흐름은 폐, 신장, 장, 심장 등 다른 장기의 섬유아세포에도 적응할 수 있으며, 이들 장기에서는 상주 중간엽 세포가 유사한 섬유구성 역할을 병에 관여합니다. 따라서 제안된 틀은 섬유아세포 구조-기능 관계 및 섬유화 질환에서의 치료적 취약성을 탐구하기 위한 비교 장기 간 연구의 방법론적 토대를 마련합니다.
섬유증, 즉 조직의 병리적 흉터는 거의 모든 만성 장기 질환의 마지막 공통 경로이며, 산업화된 국가에서 사망자의 약 40%에 기여합니다. 간에서는 섬유화가 바이러스성 간염, 음주, 그리고 점점 더 증가하는 대사 기능 장애 관련 고관절성 간질환(MASLD)과 같은 만성 손상에서 발생하며, MASLD는 현재 미국 성인의 30-40%에 영향을 받고 있습니다. 간에 대한 만성 손상과 그에 따른 진행성 섬유화는 간경변증, 간부전, 간세포암과 같은 말기 간 질환의 위험을 크게 증가시킵니다. 3, 4, 5.
간성 세포(HSCs)는 간 항상성과 섬유 형성에 중심적인 역할을 합니다. 건강한 간에서는 HSC가 조용한 비타민 A 저장 상태에 존재하며, 간세포와 전체 간 전체의 항상성에 기여합니다. 이는 건강한 간에서 거의 모든 HSC를 제거하면 간 질량이 감소하고 간 재생을 심각하게 제한하는 HSC 고갈 연구에서 명확히 입증됩니다 7,8. 손상 시 HSC는 근섬유아세포 유사 세포로 활성화되어 증식하고 손상된 부위로 이동하며 과도한 세포외기질(ECM)을 생성하여 섬유화 흉터를 형성합니다. 섬유화된 간 내 활성화된 HSC는 암 관련 섬유아세포의 근원이기도 하며, 간세포암 9,10,11,12에서 종양 촉진 역할을 합니다. 정지 HSC는 독특한 신경세포 유사 형태를 가지며, 작은 세포체에서 장거리 투사가 뻗어 나갑니다. 섬유증13에서 활성화되면 HSC는 평평하고 시트 같은 근섬유아세포 형태로 이동합니다. 수십 년간의 연구가 HSC의 ECM 생성을 조절하는 신호 전달 경로를 밝혀냈지만, 이들의 독특한 신경 형태의 기능적 중요성, 조절 방식, HSC 생태적 지적 내 상호작용을 촉진할 수 있는지, 그리고 HSC 섬유성 및 질병에 기여하는지는 여전히 명확하지 않습니다14,15.
현재 HSC의 형태를 시각화하는 방법은 시험 관 내 배양 세포나 생체 내 조직 절편의 2차원(2D) 이미지에 한정되어 있으며, 여러 세포체 길이에 걸쳐 돌출부가 모든 방향으로 확장되는 HSC 형태학 전체를 포착하는 경우는 드뭅니다. 더불어, 가장 널리 사용되는 HSC 마커인 데스민은 면역형광 염색에서 HSCs의 독특한 뉴런 유사 형태를 완전히 포착하지 못하는데, 데스민은 세포골격 단백질로서HSC16 내 중간 필라멘트만 표지하기 때문입니다. 이러한 방법론적 도전은 지금까지 HSC 형태와 그 세포 상호작용을 3차원(3D) 방식으로 단일 세포 해상도로 자연스러운 맥락에서 완전히 포착하는 능력을 저해했습니다. 그 결과, HSC 형태가 기능 상태 및 인접 세포 유형과의 상호작용과 어떻게 관련되는지에 관한 근본적인 질문들이 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다.
이 글은 온전한 간 조직에서 HSC 형태를 시각화하고 모델링하기 위한 혁신적이고 포괄적인 영상 및 분석 파이프라인을 제시합니다. 이 방법은 여러 핵심 혁신을 통합합니다: (1) 유전 리포터 마우스 모델을 이용한 HSC의 형광 표지, (2) 조직 구조와 세포 관계를 보존하기 위한 현장 간 관류 및 고정 최적화, (3) 광학 투명성을 달성하기 위한 수정된 iDISCO 기반 조직 클리어프로토콜, (4) 심부 조직 이미지 캡처를 위한 고해상도 공초점 현미경, (5) 3D 이미지 재구성 및 정량을 위한 맞춤형 계산 워크플로우 개별 HSC 분석. 프로토콜은 조직 크기와 시간 투자에 대해 일정한 제약을 요구하여 반드시 고려해야 합니다. 이 프로토콜은 HSC의 복잡한 3D 구조를 포착하고, 인접한 혈관세포, 면역세포, 실질세포와의 공간적 관계를 매핑하는 견고하고 재현 가능한 프레임워크를 제공합니다. 여기서 제시된 간을 위한 전략과 파이프라인은 다른 장기에도 쉽게 적용할 수 있습니다.17, 18, 19.
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이 연구에 사용된 모든 쥐 실험은 마운트 시나이 아이칸 의과대학 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았습니다. 시약과 사용된 장비는 재료표에 나열되어 있습니다.
1. tdTomato(TdT) 표지된 HSCs를 가진 쥐 생성
2. 현장 간 관류 및 고정
3. iDISCO+ 기반 조직 정화
참고: iDISCO+ 프로토콜의 원본 설명은 17에서 확인할 수 있습니다
1일차: 샘플 탈수
2일차: 샘플 표백
3-5일차: 샘플 투과화
5일차부터 17일차까지: 면역 표지 부착
18일차: 정리
4. 공초점 현미경 영상
5. 3D 재구성을 위한 이미지 분석 및 개별 HSC의 정량적 분석
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쥐 간의 성공적인 관류 및 고정은 간 표면이 균일한 연한 베이지-노란색으로 나타나며, 이는 혈액 제거와 고정제의 침투를 반영합니다(그림 1A,B). 부적절한 관류는 혈전의 진한 붉은색 또는 갈색 영역을 만들어 광학 선명도를 떨어뜨리고 이 샘플 영역에서 높은 배경 신호를 유발합니다(그림 1C).
조직 정리 과정에서 조직 샘플은 관류부터 2차 항체 배양까지 창백하고 베이지색 상태를 유지합니다. 조직 샘플은 2차 항체 배양 후 이전 단계보다 더 흰색으로 변합니다. 샘플을 DBE에서 인큐베이팅하면 완전한 광학 투명성이 달성됩니다(그림 2). 조직은 투명해 보이며, 단단하고 유리 같은 질감을 가지고 있어 고해상도 심부 조직 영상 촬영을 위해...
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이 프로토콜은 온전한 간 조직에서 HSC 형태의 3차원 시각화 및 정량 분석을 가능하게 하는 재현 가능하고 적응 가능한 샘플 준비 파이프라인을 설명합니다. 유전적 형광 세포 표지, 현장 간 관류, 수정된 iDISCO+ 클리어링 기법의 통합을 통해 간 미세환경의 공간적 구조를 보존하면서 단일 세포 해상도로 대용량 조직 이미징을 가능하게 합니다.
이 방법의 성공을 위한 중요한 단계는 효율적인 간 관류입니다. 불완전한 관류는 혈액과 지질을 포착하여 혈액 배출 부진과 자가형광 증가로 이어질 수 있습니다 23,24,25. 카테터가 성공적으로 삽입되면 혈액이 역류할 수 있습니다(그림 1A). 혈류...
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저자들은 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 1R01 DK136016-01 및 5P30CA196521(NCI 센터 보조금)의 지원을 받고 있습니다. 현미경 및 영상 분석은 마운트 시나이 아이칸 의과대학의 현미경 및 첨단 생체영상 CoRE에서 수행되었습니다. 이 연구는 마운트 시나이의 티시 암 연구소(P30 CA196521 - 암 센터 지원 보조금)의 일부 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 항RFP 항체, 토끼, 사전 흡착 | 록랜드 | 600-401-379 | |
| 4챔버 35mm 유리 바닥 접시에 20mm 마이크로웰, #1.5 커버 유리 | 셀비스 | D35C4201.5N | |
| AnaSed 주사 (자일라진 주사) | 아콘, 주식회사 | NDC 593990110-20 | 20 mg/mL |
| 원뿔형 원심분리관: 50ml | 팔콘 | 352098 | |
| 면봉 | 메드라인 | MDS202000 | |
| 곡선 잠금장치 지혈기 | 피셔 사이언티브 | 16-100-117 | |
| Cy3 결합 AffiniPure Donkey 항쥐 IgG (H+L) | 잭슨 면역연구소 | 712-165-153 | |
| 섬세한 작동 가위 4.75" 곡선형 날카운/둔트 | 로보즈 외과 기기 | <브레르/> 728501 | |
| 디벤질 에테르(DBE), 98% | 시그마 올드리치 | 108014 | |
| 디클로로메탄(DCM) & nbsp; ≥ 99.8% | 시그마 올드리치 | 270997 | |
| 디메틸 설폭사이드(DMSO), 그리고 99.9% | 시그마 올드리치 | D8418 | |
| Donkey 항 토끼 IgG (H+L) 고도로 교차흡착된 2차 항체, Alexa Fluor 647 | 서모피셔 사이언티픽 | A31573 | |
| 당나귀 혈청 | EMD 밀리포어 | S30 | |
| 에틸 시나메이트, 99% | 시그마 올드리치 | 112372 | |
| 초고미세 미세 해부 가위; 24 mm 블레이드 | 피셔 사이언티브 | NC9232515 | |
| F4/80 단일클론 항체 쥐 | 서모피셔 사이언티픽 | 14-4801-82 | |
| 피지 | NIH | ||
| 겸자 | 피셔 사이언티브 | NC9214139 | |
| 글리신 | 바이오-래드 | 1610718 | |
| 헤파린 나트륨 소금 | 켐-임펙스 | 29984 | |
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| 인산염 완충 식염수(PBS) | 시티바 | SH30256.01 | 멸균, pH 7.0 - 7.2, 칼슘과 마그네슘 없음 |
| 프로피디움 요오다이드 & ge; 94.0% (HPLC) | 시그마 올드리치 | P4170 | |
| 면도날 | 아메리칸 라인 | 66-0362 | |
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| 봉합사 | 에티콘 | J109T | |
| 주사기 (1 mL) | BD | 309628 | |
| 트라이톤X-100 | 시그마 | T9284 | |
| 트윈-20 | 써모 사이언티픽 | J20605-AP | |
| 바이알, 나사식 뚜껑에 알루미늄 라이너가 있는 단단한 캡, 미리 조립된 제품입니다 | 시그마 올드리치 | 27470-U | 용량 7 mL, 호박색 유리 바이알, 과다복용 및 시간; H 17 mm & 횟수; 60mm, 나사산 15-425 |
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