June 30th, 2016
광학 투명화 기술은 조직을 시각화하는 방식에 혁명을 일으키고 있습니다. 이 보고서에서는 보다 일관되고 저렴한 결과를 제공하는 원래의 CLARITY(Clear Lipid-exchanged Acrylamide-hybridized Rigid Imaging-compatible Tissue-hYdrogel) 프로토콜의 수정 사항에 대해 설명합니다.
이 프로토콜의 전반적인 목표는 보다 일관되고 비용 효율적인 결과를 제공하는 원래 CLARITY 프로토콜에 대한 수정 사항을 입증하는 것입니다. 이 방법은 3D 형태학 및 중추 신경계의 연결성과 같은 신경 과학의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 마우스 중추 신경계에서 광학 투명화 및 현미경 검사의 일관성을 향상시킨다는 것입니다.
비용 효율적이고 재현 가능한 방식으로. 이 방법을 시각적으로 보여주는 것이 중요합니다. 이미징 챔버 구조는 복잡하고 서면 설명에서 쉽게 알 수 없기 때문입니다.
형광 단백질을 발현하는 마우스에서 파라포름알데히드 고정 뇌 및 척수 조직을 얻습니다. 플라스틱 마우스 뇌 매트릭스에 뇌를 넣고 매트릭스 블레이드로 정중선을 따라 절단하여 뇌를 반해부합니다. 각 반구와 척수를 추가하여 50ml 원심분리 튜브를 분리합니다.
각각 40ml의 하이드로겔 용액을 함유하고 있습니다. 형광단을 보호하기 위해 알루미늄 호일로 튜브를 덮습니다. 그리고 샘플과 하이드로겔이 들어있는 튜브를 섭씨 4도에서 7일 동안 부드럽게 흔들어 배양합니다.
배양 기간이 끝나면 시료와 약 25ml의 하이드로겔을 원심분리 튜브에 남기고 25ml의 하이드로겔을 버립니다. 다음으로 캡을 제거하고 원심분리기 튜브를 데시케이터 용기에 넣고 용기를 진공에 연결하여 샘플을 탈산소화합니다. 최소 10분 동안 진공 청소기를 적용합니다.
부드럽게 흔들어 방출되는 산소의 거품을 제거합니다. 10분 후 데시케이터 용기의 진공을 2-3분에 걸쳐 100% 질소 가스로 교체합니다. 압력이 평형화되고 데시케이터 용기의 상단을 열 수 있게 되면 튜브를 신속하게 캡하여 산소가 재유입되는 것을 방지합니다.
다음으로, 샘플이 든 튜브를 중합이 완료될 때까지 섭씨 37도의 수조에 3시간 동안 넣어 하이드로겔을 중합합니다. 3시간 후 중합된 하이드로겔은 젤과 같은 농도를 갖게 됩니다. 주걱을 사용하여 원심분리기 튜브에서 중합된 샘플을 제거한 다음 샘플에서 과도한 하이드로겔을 잘라냅니다.
마지막으로, 보푸라기가 없는 물티슈에 샘플을 놓고 그 위에 조직을 부드럽게 문지르고 굴려 샘플에 얇은 중합 하이드로겔 층만 남겨 남아 남아 있는 하이드로겔을 제거합니다. 지질 제거 과정을 시작하려면 중합된 샘플을 45ml의 투명 완충액이 있는 깨끗한 50ml 원심분리 튜브로 옮기고 섭씨 45도에서 7일 동안 부드럽게 흔들어 배양합니다. 이 초기 7일 동안 사용한 투명 버퍼를 화학 폐기물 용기에 부어 버퍼를 매일 교체하십시오.
그리고 45ml의 신선한 클리어링 버퍼를 추가합니다. 모든 지질이 용해되고 조직이 투명해지면 샘플을 45ml의 PBST로 채워진 새로운 50ml 원심분리 튜브로 옮기고 다음 24시간 동안 섭씨 40도에서 부드럽게 흔들어 4회 세척하여 잔류 SDS를 제거합니다. 최종 PBST 세척 후 샘플을 밀리리터당 1마이크로그램 DAPI와 1xPBST로 채워진 깨끗한 15ml 원심분리 튜브로 옮깁니다.
호일로 싸서 실온에서 24시간 동안 배양합니다. 다음날 PBST로 실온에서 3회 세탁할 때마다 최소 6시간 동안 세탁합니다. 그런 다음 굴절률 일치를 진행합니다.
절차의 이 부분을 시작하려면 PH 7.5에서 2-2 티오디에탄올과 1xPBS로 채워진 깨끗한 15ml 원심분리 튜브로 샘플을 옮기고 화면에 표시된 대로 배양합니다. 두 번째 배양이 끝날 무렵, 재사용 가능한 접착제 조각을 샘플의 두께보다 약간 큰 균일한 직경의 실린더에 굴려 챔버를 만들고 이미징합니다. 40mm 유리 바닥 접시에 실린더를 열린 원으로 놓습니다.
그런 다음 P1000 피펫 팁을 사용하여 재사용 가능한 접착제와 유리를 실린더의 바깥쪽 테두리 주위로 굴려 밀봉을 만듭니다. 약 100 마이크로 리터의 63 % TDE를 유리 접시에 피펫으로 넣고 재사용 가능한 접착제의 원 내에서 유리 표면을 덮도록 펴 바릅니다. 그런 다음 주걱을 사용하여 거품이 형성되지 않도록 주의하면서 샘플을 원 중앙에 조심스럽게 놓습니다.
다음으로, 또 다른 100마이크로리터의 63% TDE를 샘플에 직접 피펫팅하고 즉시 재사용 가능한 접착제 위에 40mm 원형 커버 유리를 놓습니다. 양손의 검지, 중지, 약지를 사용하여 커버 유리가 샘플에 닿을 때까지 원의 둘레를 조심스럽게 누릅니다. 이제 유리 바닥 접시를 표면에 대고 똑바로 세운 상태로 천천히 가져온 다음 용액이 상단의 작은 구멍에 도달할 때까지 피펫으로 63% TDE를 추가합니다.
용액이 유리에 떨어지지 않도록 보푸라기가 없는 물티슈를 사용하여 피펫 팁을 말리십시오. 마지막으로, 작은 개구부에 실리콘 엘라스토머를 추가하여 원을 둘러싸고 닫힌 챔버를 만듭니다. 건조될 때까지 5분 정도 기다린 다음 이미징을 진행합니다.
샘플이 들어 있는 이미징 챔버를 레이저 스캐닝 컨포칼 현미경의 스테이지에 놓습니다. 이미징 소프트웨어를 열고 아르곤 여기 레이저를 켜고 프로그램 상단의 구성 탭을 클릭한 다음 레이저 아이콘을 클릭합니다. 아르곤 옆의 확인란을 선택하여 레이저에 전원을 공급하고 슬라이드 스케일을 30%로 이동합니다.상단의 획득 탭으로 돌아갑니다.
빔 경로 설정 상자에서 부하 저장 설정 상자로 이동하고 드롭다운 메뉴를 선택하여 YFP를 방출할 적절한 파장 채널을 선택합니다. 채널 설정 상자에서 objective current object라고 표시된 빨간색 하이퍼링크를 클릭하여 이미징에 적합한 objectives를 선택합니다. working distance가 조직의 두께보다 큰 objective를 사용합니다.
및 inplane image resolution을 최대화하고, 광학 단면 두께를 최소화하기 위해 큰 numerical aperture를 가진다. 드롭다운 메뉴의 왼쪽 열에서 XY 해상도 창을 열어 format이라는 획득 매트릭스를 1024x1024 또는 대물렌즈의 측면 해상도 한계에 적합한 값으로 설정합니다. 확대/축소 비율을 가능한 한 낮게 설정합니다.
여기서는 1.7이 사용됩니다. 동일한 창에서 여덟 번째 라인 평균 및 한 프레임 평균 매개변수를 개별적으로 레이블이 지정된 메뉴를 적절하게 드롭다운하여 설정합니다. 스테이지 컨트롤을 사용하여 샘플을 찾습니다.
대표 필드가 표시되면 게인을 760에서 780 사이로 설정하고 YFP의 경우 오프셋을 1.0에서 1.5 사이로 설정합니다. 타일 스캔을 선택합니다. 그런 다음 획득할 Z 스택의 상한과 하한을 설정합니다.
objectives optical section resolution limit에 따라 광학 섹션의 두께를 설정하고 획득을 시작합니다. 이 이미지는 대뇌 피질과 해마의 YFP 양성 뉴런을 5배 배율로 이미지화하고 3D로 재구성한 것입니다. 눈금 막대는 1mm를 나타냅니다.
대뇌 피질의 10x 이미지 스택의 이 최대 강도 투영은 피질층 5개의 피라미드 뉴런의 수지상 파괴를 보여줍니다. 여기서 눈금 막대는 100미크론을 나타냅니다. 여기서 THY-1YFP 발현은 손상되지 않은 경추 및 흉추 척수에 표시되며, 5배 배율로 이미지화되고 3D로 재구성됩니다.
눈금 막대는 2mm를 나타냅니다. 마지막으로, 척수의 10x 이미징 스택의 이 최대 강도 투영은 개별 축삭돌기를 보여주고, 스케일 바는 100미크론을 나타냅니다. 이 기법이 제대로 형성된다면, 척수 전체에 대해서는 2-4주, 반쯤 절제된 뇌에 대해서는 4-6주 안에 시행할 수 있다.
이 절차에 따라 보다 복잡한 생화학적 표현형이 필요한 질문에 답하기 위해 면역 화학과 같은 다른 방법을 형성할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 쥐의 중추 신경계를 광학적으로 선명하게 하고 이미지화하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 수동 선명도 및 레이저 컨포칼 현미경 사용.
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이 보고서는 원래의 CLARITY 프로토콜에 대한 수정을 논의하여 광학 클리어링 기술의 일관성과 비용 효율성을 향상시킵니다. 이러한 발전은 신경 과학 연구에서 조직을 시각화하는 데 중요합니다.
Optical clearing techniques like passive CLARITY enable 3D visualization of intact neural tissue, addressing a key bottleneck in neuroscience target validation where serial sectioning introduces artifacts that compromise morphological and connectivity analysis. By improving consistency and reducing cost, this method supports reliable preclinical modeling of CNS disorders, enhancing predictive confidence in early discovery stages. The approach facilitates mechanistic de-risking by allowing direct observation of structural phenotypes in disease-relevant systems without tissue deformation artifacts.
The method integrates into the discovery continuum from Early Discovery through Lead Identification to Preclinical work, specifically supporting hypothesis testing and pathway clarification in CNS target validation.