January 12th, 2016
이 논문은 in vivo 및 ex vivo 이광자 현미경을 사용하여 뇌의 혈관 구조를 정량화할 수 있는 방법을 설명합니다.
이 절차의 전반적인 목표는 HIV 바이로톡신(virotoxin, tat)에 장기간 노출된 후 피질 모세혈관 네트워크의 변화를 정량화하는 것입니다. 이 방법은 HIV 관련 신경인지 장애의 발병에 기여할 수 있는 피질 모세혈관 형태의 주요 변화를 조사하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 여러 모세관 형태학적 매개변수를 생리학적으로 정확하게 정량화할 수 있다는 것입니다.
이 방법은 HIV 관련 신경인지 장애의 발병 기전에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한 알츠하이머병과 같이 혈관 변화가 발생하는 다른 질병에도 적용할 수 있습니다. 마취된 쥐의 눈에 인공 눈물 젤을 바르는 것으로 이 절차를 시작합니다.
다음으로 전기 면도기를 사용하여 머리를 면도합니다. 그런 다음 포비돈 요오드 용액을 바르고 두피를 살균하고 건조시킵니다. 광학 현미경으로 동물의 두피를 제거하여 두정골, 꼬리 전두골 및 브레그마 점을 완전히 노출시킵니다.
소량의 10% 염화철 용액을 두개골에 바르면 막을 건조시켜 쉽게 제거할 수 있습니다. 그런 다음 집게로 두개골을 부드럽게 긁어 건조된 막을 제거합니다. 그런 다음 헤드 플레이트 창 주위에 접착제를 얇게 바르십시오.
헤드 플레이트를 마우스의 두개골에 부드럽게 눌러 관심 영역을 창 중앙에 유지합니다. 그런 다음 헤드 플레이트에 치과용 시멘트 한 방울을 바르고 접착제를 중합시킵니다. 다음으로, 헤드 플레이트 창의 가장자리를 따라 얇은 접착제 층을 바르고 식염수를 저장할 저장소를 만듭니다.
접착제가 마르면 헤드 플레이트를 마우스 헤드 플레이트 하니스에 나사로 고정합니다. 6, 000rpm으로 설정된 마이크로 토르프 드릴에 부착된 드릴 비트를 사용하여 헤드 플레이트 창에서 접착제를 제거합니다. 마우스 두개골의 과열을 방지하기 위해 10-15초마다 중지하십시오.
그 후, 새 드릴 비트를 사용하여 4, 000 rpm으로 설정된 마이크로 토르프 드릴을 사용하여 두개골을 얇게 만들기 시작합니다. 직접적인 아래쪽 압력 없이 드릴을 두개골을 가로질러 부드럽게 움직입니다. 두개골이 완전히 얇아지면 홀더에서 마우스를 분리하고 등을 대고 놓습니다.
양쪽 뒷다리를 부드럽게 테이프로 감아 내측 허벅지가 명확하게 보이도록 합니다. 그런 다음 양쪽 내측 허벅지의 털을 제거하고 허벅지를 포비돈 요오드로 덮어 수술 부위를 소독합니다. 그런 다음 대퇴 정맥과 동맥 위의 오른쪽 허벅지 내측의 피부를 부드럽게 제거합니다.
수술 부위에 0.9% 식염수를 약 3-5방울 떨어뜨립니다. 그런 다음 대퇴 신경 혈관 다발을 뭉툭하게 절개하여 대퇴 정맥과 동맥을 분리합니다. 이제 대퇴 동맥 아래에 약 1cm 간격으로 3cm 길이의 수술용 봉합사 2개를 놓습니다.
상부 봉합사를 시계 방향으로 돌려 카테터 삽입 중 과도한 출혈을 방지하는 데 도움이 되는 혈관 지혈대를 만듭니다. 그런 다음 스프링 가위를 사용하여 대퇴 동맥을 작게 절개하면 나중에 카테터를 삽입하여 마우스의 생리학적 매개변수를 모니터링합니다. 이 절차에서는 마우스의 왼쪽 허벅지 내측의 피부를 제거합니다.
다음으로 대퇴 정맥을 찾습니다. 1밀리리터 주사기와 30게이지 바늘을 사용하여 130마이크로리터의 형광 염료 용액을 추출합니다. 100마이크로리터의 염료를 대퇴 정맥에 천천히 주입합니다.
바늘을 제거한 후 주사 부위에 꾸준하고 부드러운 압력을 가하여 출혈을 멈추고 염료가 5분 동안 순환하도록 합니다. 그런 다음 봉합사로 수술 부위를 봉합합니다. 마우스를 조심스럽게 뒤집어 마우스 헤드 플레이트 하네스에 넣습니다.
생체 내 이광자 이미징의 경우 수술 기구를 이광자 현미경으로 옮기고 동물의 마취 수준을 유지해야 합니다. 다음으로, 소량의 0.9%식염수를 헤드 플레이트 저장소에 넣고 현미경 대물렌즈를 내려 식염수와 접촉하도록 합니다. 그런 다음 명시야 보기 목표를 사용하여 관심 영역을 찾습니다.
그런 다음 두 개의 광자 이미징을 시작합니다. 보기 화면에서 모세관 베드를 찾고 광학 줌을 사용하여 이 영역도 확대합니다. 두 개의 광자 이미징 소프트웨어를 사용하여 모세혈관의 이미지를 획득합니다.
체외 2광자 이미징의 경우, 두두를 두정간 뼈에서 목이 잘린 쥐의 전두골까지 절개합니다. 검지와 엄지손가락으로 두개골 옆의 피부를 고정하고, 내측 두정골 아래에 가세한 가위를 놓고 브레그마 지점에서 약 3mm 후까지 시상 봉합선을 따라 두개골을 자릅니다. 그런 다음 두개골을 뇌에서 분리하고 겸자로 뇌 표면에서 수막을 조심스럽게 제거합니다.
집게를 뇌 아래로 부드럽게 밀어 두개골에서 분리시킵니다. 그런 다음 뇌를 쥐 특이적인 뇌 매트릭스에 넣고 ACSF 방울로 씻습니다. 다음으로, 밀리미터 두께의 관상 뇌 절편을 제거합니다.
뇌 단면을 ACSF가 들어 있는 오목한 유리 슬라이드에 놓고 단면의 가장 앞쪽 부분이 위쪽을 향하도록 합니다. 그런 다음 유리 커버 슬립으로 뇌 조각을 부드럽게 덮습니다. 슬라이드를 현미경 스테이지로 옮기고 커버 슬립에 소량의 0.9%식염수를 놓습니다.
식염수와 접촉할 때까지 현미경 대물렌즈를 내립니다. 그런 다음 명시야 대물렌즈를 사용하여 뇌의 정중선을 찾습니다. 이제 두 개의 광자 이미징을 시작하고 25x 대물렌즈를 사용하여 정중선을 다시 찾습니다.
이를 위해 관상동맥 부분의 피질 표면에서 세로 균열을 찾습니다. 그런 다음 이미징 화면의 오른쪽 가장자리를 중앙선에 놓고 뷰어 화면을 세 개의 완전한 프레임에 걸쳐 측면으로 이동합니다. 모세관이 보기 화면에서 거의 보이지 않는 깊이를 찾습니다.
그런 다음 초점 평면을 추가로 20마이크로미터 낮추어 z 스택의 맨 위를 확인합니다. 이미지 두께를 1마이크로미터로 설정합니다. 보기 화면을 100마이크로미터 낮추고 픽셀의 1% 미만이 과포화되도록 전체적으로 레이저 출력을 조정합니다.
마지막으로 z-stack을 획득합니다. 이 그림에서는 뇌 절편이 준비된 후 정중선에서 약 1.5mm 떨어진 곳에 이미징 영역이 있습니다. 100마이크로미터 z-스택은 Amira 분석 소프트웨어에서 분석에 사용되는 3차원 이미지를 생성합니다.
그런 다음 모세관 네트워크는 모세관의 시작과 끝 또는 한 모세관이 다른 모세관으로 분기되는 위치에 노드를 배치하여 수동으로 추적됩니다. 이렇게 하면 형태학적 매개변수가 자동으로 추출되는 완전히 스켈레톤화된 이미지가 생성됩니다. 모세관 노드의 수, 분절, 평균 분절 길이 및 전체 분절 길이는 마우스 뇌 절편의 두 개의 광자 생체 외 이미징을 사용하여 추출할 수 있습니다.
여기서, 모세관 네트워크의 2차원 이미지는 생체 내 이미징에 의해 생성되며, 여기서 모세관 직경을 추출할 수 있고 모세관 직경과 생체 외 이미징에서 얻은 총 세그먼트 길이를 사용하여 총 모세관 부피를 계산할 수 있습니다. 일단 숙달되면 이 절차를 제대로 수행하면 3시간 30분 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 수행하는 동안에는 이소플루란이 피질 모세혈관의 혈관 확장을 일으켜 데이터를 왜곡시킬 수 있으므로 안정적인 마취 수준을 유지하면서 빠르게 움직이는 것이 중요합니다.
이 절차 동안 적혈구 속도 또는 적혈구 플럭스와 같은 다른 모세혈관 매개변수를 얻을 수 있으며, 이는 HIV 관련 신경인지 장애 및 기타 신경퇴행성 질환에서 볼 수 있는 병원성 변화에 대한 더 깊은 이해를 제공할 수 있습니다. 실험에 행운을 빕니다.
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이 논문은 뇌의 혈관 구조를 생체 내 및 생체 외 2광자 현미경을 사용하여 정량화하는 방법을 설명합니다. 이 절차의 전반적인 목표는 HIV 바이로톡신인 tat에 장기간 노출된 후 피질 모세혈관 네트워크의 변화를 정량화하는 것입니다.
Quantifying cerebral vascular architecture provides mechanistic insights into neuroinflammatory disease models, supporting target validation in CNS drug discovery. This method enables preclinical assessment of vascular changes that may contribute to cognitive dysfunction, informing go/no-go decisions in neurodegenerative disease portfolios. By delivering physiologically accurate capillary morphometrics, it enhances predictive confidence in early-stage target de-risking.
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, particularly for CNS-targeted therapeutics where vascular integrity is a mechanistic modifier.