본 프로토콜은 생쥐 후각 신경계의 해부학적 복잡성을 보존하기 위한 전체 워크플로를 설명합니다. 여기에는 해부, 조직 준비 및 이미징을 포함한 전체 워크플로를 상세히 기술하였습니다. 이 프로토콜은 자연적 회복 상태를 포함하여, 정상 또는 비정상적인 조건에서의 후각계를 연구하는 데 사용될 수 있습니다.
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방법 논문
본 프로토콜은 생쥐 후각 신경계의 해부학적 복잡성을 보존하기 위한 전체 워크플로를 설명합니다. 여기에는 해부, 조직 준비 및 이미징을 포함한 전체 워크플로를 상세히 기술하였습니다. 이 프로토콜은 자연적 회복 상태를 포함하여, 정상 또는 비정상적인 조건에서의 후각계를 연구하는 데 사용될 수 있습니다.
3차원(3D) 이미징 시대에 표준 면역조직화학법은 병리학 및 복잡한 인체 해부학 연구에 있어 매우 한계가 있는 것으로 인식되어 왔습니다. 좁은 단면만을 분석함으로써 더 큰 구조와 조직 구조의 필수적인 측면들이 중요한 맥락적 세부 사항을 잃을 수 있으며, 이는 불완전하거나 오해의 소지가 있는 해석으로 이어질 수 있습니다. 2차원(2D) 절편은 조직 구조에 대한 기본적인 이해를 돕긴 했으나, 생물학적 조직의 진정한 3차원적 실체를 포착하기에는 불충분합니다.
현재 여러 해부학적 영역에 걸친 점점 더 많은 연구에서 평면 표본(flat mount), 전장 표본(whole-mount) 또는 정면 표본(en face) 제작법과 같이 온전한 해부학적 단위를 분리하는 기술을 고해상도 형광 현미경법과 결합하여 채택하고 있습니다. 이러한 접근 방식은 구조적 조직에 대해 더욱 포괄적인 시각화와 해석을 가능하게 합니다. 이는 특히 후각 신경계에서 매우 중요한데, 후각 신경계의 놀라운 재생 능력의 기초가 되는 복잡한 세포 메커니즘을 정의하기 위해서는 전체 두께의 맥락이 필요하기 때문입니다. 얇은 절편으로는 명확히 정의되지 않은 핵심 병태생리학적 특징을 놓칠 위험이 있습니다.
이러한 한계점과 후각 재생을 유도하는 세포 간 상호작용에 관한 지식 공백을 고려할 때, 전체 두께의 조직 복잡성을 보존할 수 있는 정교한 whole-mount 기술을 개발하는 것이 필수적이었습니다. 최적화된 항체 침투 프로토콜과 함께 후각 점막 전체를 전층 샘플로 분리하였습니다. 고해상도 이미징(EVIDENT SpinSR)과 3D 재구성을 통해 in vivo에서의 세포 간 상호작용을 정확하게 시각화할 수 있었습니다.
후각 신경계(ONS)는 평생 동안 신경세포 교체 능력을 유지한다는 점에서 신경 재생 메커니즘을 연구하기 위한 독특하고 잘 확립된 모델입니다1. 하지만 후각 시스템 내 세포들의 행동에 대한 이해가 부족하여, 이러한 신경 수복 능력을 임상적으로 적용하는 가능성은 여전히 제한적입니다2,3,4. 일차 후각 신경세포, 후각초세포(OECs) 및 신경주위 섬유아세포를 포함한 ONS의 세포 반응과 해부학적 구조는 설치류 ONS에 적용된 심각한 물리적 손상 모델과 초박절(<2 µm) 조직 절편법을 이용한 여러 동물 연구에서 설명되었습니다1,2. 이러한 연구들의 동물들은 대개 손상 후 10일에 안락사되었으며, 이는 신경 손상 동안 발생하는 광범위하고 복잡한 조직 리모델링 과정 중 단 한 번의 특정 시점만을 보여주는 좁은 관찰 창을 제공할 뿐이었습니다2. 해당 연구들은 축삭 사멸 후 OECs와 섬유아세포가 손상 부위를 따라 연속적인 통로 형태로 유지된다고 보고하였습니다.
위에서 설명한 여러 제한 사항으로 인해, 활용된 접근 방식은 정보 제공 측면에서는 유용하였으나 ONS의 표면적인 수준에서 저해상도의 개념적 개요만을 제공하였으며, 결과적으로 온전한 ONS 내의 실제 세포 조직에 대한 종합적인 평가를 가로막았습니다3. 그 결과, 중요한 공간적 관계가 간과되었을 가능성이 있습니다.
3차원 조직 구조의 보존은 정확한 해부학적 및 세포 분석을 위해 필수적이며, 여러 장기와 병리 상태 전반에 걸쳐 성공적으로 적용되어 왔습니다4,5,6,7,8,9,10,11,12. 후각 점막 내의 신경 조직 구성을 매핑하기 위해 전장 표본(whole-mount) 접근법이 사용되어 왔으나13,14, 보존된 고유층(lamina propria)을 포함하여 전체 두께의 ONS 구조와 세포 간의 상호작용을 시각화한 연구는 아직 이루어지지 않았습니다.
본 연구에서는 전장 조직 처리, 면역 염색, 고해상도 이미징 및 3차원 재구성을 이용한 마우스 모델 워크플로우를 구축하여 후각 신경계(ONS) 구조의 세밀한 분석을 가능하게 합니다. 본 프로토콜은 기존에 발표된 방법들의 공백을 메우기 위해 개발되었으며, 고유판(lamina propria)을 포함한 전층 후각 점막을 보존 및 유지함으로써 세포 간 상호작용 연구를 가능하게 합니다. 특히, 이렇게 정교해진 조직 수집 및 처리 방법론은 다양한 후각 시스템 모델에 적용 및 결합될 수 있습니다.
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동물 및 형질전환 세포를 포함하는 모든 실험은 호주 연방 유전자 기술 규제 기관(OGTR)의 가이드라인에 따라 그리피스 대학교 생물안전위원회(NLRD/003/2020_var3) 및 그리피스 대학교 동물윤리위원회(MHIQ/04/23/AEC)의 승인을 받아 수행되었습니다.
참고: 본 연구에는 양성 및 음성 모두를 포함하여 총 15마리의 성체 실험용 마우스(8–9주령)가 사용되었습니다. 구체적으로, 모든 OEC가 S100β 프로모터의 제어 하에 밝은 적색 단백질인 DsRed를 발현하는 S100β-DsRed 형질전환 마우스를 사용하였습니다. S100β는 더 넓은 칼슘 결합 단백질 가족의 일부이며, OEC와 같이 중추신경계의 글리아 세포에서 일반적으로 발현됩니다. 이 모델은 내인성 형광 신호를 사용하여 표적 세포 집단을 쉽게 국소화할 수 있어 본 실험의 목적에 최적화되었습니다. S100β-DsRed 형질전환 마우스는 이전에 제작되었으며, 이러한 형질전환 마우스를 사용하는 것이 고정 조직 분석을 위한 면역조직화학법에 비해 OEC 검출 능력을 향상시키는 것으로 나타났습니다15,16,17,18.
1. 머리 수집 및 조직 고정
2. 전장 조직 수집
3. 최적화된 염색 프로토콜
참고: 일반적으로 사용되는 염색 프로토콜은 보통 얇거나 중간 두께의 절편(예: 최대 50 µm)에 최적화되어 있습니다. 따라서 훨씬 더 두꺼운 조직에 맞게 프로토콜을 조정해야 했습니다.
중요한 단계는 전체 염색 과정 동안 조직을 Eppendorf 튜브 내에 띄워 두고, 시약이 침투하는 동안 튜브를 롤러 위에 올려두는 것이었습니다. 따라서 조직을 이미지 슬라이드 위에 놓은 상태로 염색 단계를 수행하지 않았습니다. 조직을 먼저 띄운 상태에서 염색한 후, 이후에 이미지 슬라이드에 마운팅하였습니다. 이러한 세부 사항을 통해 조직이 접히지 않도록 하였으며, 시약과 항체가 전체 영역에 침투할 수 있도록 하였습니다.
4. 슬라이드 준비
5. 이미지 획득 및 후처리
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본 연구에서 제시하는 전체 마운트(whole-mount) 방식은 후각 점막 전체를 분리하고 보존하는 것을 가능하게 했습니다. 저희의 경우, 거시적(전체 해부학적 관점) 및 미시적(세포 수준) 척도 모두에서 세포 및 해부학적 변화를 이해하는 데 중점을 두었습니다.
전체 마운트(whole-mount) 방식은 상피 및 고유층 구획을 모두 수집할 수 있게 하며, 우리가 관심 있는 세포인 축삭 다발, 후각 초피세포(OECs) 및 섬유아세포 사이의 공간적 관계를 보존할 수 있게 해줍니다. 이 방식을 통해 점막 조직의 전체 두께와 넓은 표면적을 포함하는 크고 연속적인 데이터 세트를 획득할 수 있었으며(그림 3), 복잡한 세포 구조와 상호작용의 세부 사항(그림 3), 그리고 이러한 요소들이 정상 상태(n = 3) (그림 3A
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지난 수십 년 동안 과학 분야에서 많은 혁신적인 접근 방식이 개발됨에 따라 3차원 시대가 서서히 시작되었습니다. 예를 들어, 고해상도 형광 현미경과 결합된 복잡한 전장 표본(whole‑mount) 이미징 방법의 개발로 가능해진 3차원 재구성 접근 방식은 여러 전층 조직의 조직 구조를 더 잘 이해하는 데 기여했습니다. 이러한 3차원 렌더링 접근 방식은 혈관, 샘, 일반적인 종양과 같은 여러 인체 구조를 정의하는 데 사용되어 왔습니다4,5,6,7,8,9. 또한, 예를 들어 마우스 뇌 전체에서 병적 구조와 정상 구조 사이의 차이에 대한 정보가 수집되었습니다
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저자들은 공개할 사항이 없습니다.
본 연구는 Clem Jones Foundation, Perry Cross Spinal Research Foundation, Motor Accident Insurance Commission의 JSTJ 및 RR에 대한 지원, National Injury Insurance Scheme Queensland의 RR에 대한 펠로우십, 그리고 Perry Cross Spinal Research Foundation의 FO에 대한 펠로우십 기금 지원을 통해 수행되었습니다. 본 프로젝트의 일부는 FO에 제공된 “Griffith University Post-Graduate Research Scholarship (GUPRS)” 및 Griffith University International Postgraduate Research Scholarship (GUIPRS)”의 지원을 받았습니다.
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| Goat anti-Rat IgG (H+L) 교차 흡착 2차 항체, Alexa Fluor™ 647 | Thermo Fisher | A-21247 | |
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| 인산염 완충 식염수, 멸균 PBS 정제 (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 18912014 | 조직 처리 |
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