In dit onderzoek werd een gedetailleerde lichtmicroscopische techniek geoptimaliseerd voor real-time observatie en analyse van de beweging van CPEC cilia ex vivo samen met een elektronenmicroscopische methode voor ultrastructurele analyse.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
In dit onderzoek werd een gedetailleerde lichtmicroscopische techniek geoptimaliseerd voor real-time observatie en analyse van de beweging van CPEC cilia ex vivo samen met een elektronenmicroscopische methode voor ultrastructurele analyse.
De choroïdale plexus bevindt zich in de ventrikelwand van de hersenen, waarvan de belangrijkste functie wordt geacht de productie van hersenvocht te zijn. Epitheelcellen van de choroïdale plexus (CPEC's) die het oppervlak van het choroïdale plexusweefsel bedekken, herbergen meerdere unieke trilharen, maar de meeste functies van deze trilharen moeten nog worden onderzocht. Om de functie van CPEC-trilhaartjes te ontdekken, met bijzondere aandacht voor hun beweeglijkheid, werd een ex vivo observatiesysteem ontwikkeld om de trilhaarbeweeglijkheid tijdens embryonale, perinatale en postnataal perioden te monitoren. De choroïdale plexus werd uit de hersenventrikel gedissecteerd en onderzocht onder een video-verbeterde contrastmicroscoop, uitgerust met differentieel interferentiecontrast-optica. Onder deze omstandigheden werd een eenvoudige en kwantitatieve methode ontwikkeld om de beweeglijkheidsprofielen van CPEC-trilhaartjes gedurende enkele uren ex vivo te analyseren. Vervolgens werden de morfologische veranderingen van trilharen tijdens de ontwikkeling waargenomen door middel van rasterelektronenmicroscopie om de relatie tussen de morfologische rijpheid van trilharen en beweeglijkheid te verduidelijken. Interessant is dat deze methode veranderingen in het aantal en de lengte van trilharen kon bepalen, die op postnataal dag (P) 2 een piek bereikten, terwijl de slagfrequentie een maximum bereikte op P10, gevolgd door abrupte stopzetting op P14. Deze technieken zullen de verheldering van de functies van trilharen in verschillende weefsels mogelijk maken. Hoewel verwante technieken in een eerder rapport zijn gepubliceerd1, richt de huidige studie zich op gedetailleerde technieken om de beweeglijkheid en morfologie van CPEC-trilhaartjes ex vivo te observeren.
Cilia zijn haarachtige uitsteeksels op het oppervlak van de meeste gewervelde cellen, die de aandacht hebben getrokken van medische onderzoekers vanwege een klasse ziekten die ciliopathieën worden genoemd2–4. Ondanks de alomtegenwoordigheid van het orgaan, is er een grote verscheidenheid aan ciliaire functies gerapporteerd, waaronder beweeglijkheid en biosensing. Bijvoorbeeld, beweeglijke cilia op het mucoepitheliale oppervlak transporteren slijm5 en epitheelresten naar de uitgang van tractussen, waardoor ziekte wordt voorkomen door het oppervlak van epitheel te reinigen. Bovendien, tijdens vroege ontwikkelingsperioden en embryonale stadia, reguleren cilia de proliferatie van stamcellen6 en zijn betrokken bij de bepaling van de links-rechts asymmetrie van het gewervelde lichaam7.
Choroid plexus epitheelcellen (CPEC's) zijn derivaten van neuroepitheliale cellen die het oppervlak van het choroïde plexusweefsel in de hersenen bedekken, die belangrijke rollen spelen bij het handhaven van de homeostase van de intracraniale omgeving door productie van hersenvocht (CSF). Het is eerder aangetoond dat CPEC's meerdere niet-beweeglijke cilia hebben die de productie van CSF reguleren via G-proteïnegekoppelde receptoren die specifiek geconcentreerd zijn op de cilia8. Hoewel deze cilia als rustige niet-beweeglijke cilia werden beschouwd, werd ontdekt dat sommige CPEC-cilia een voorbijgaande beweeglijkheid vertonen tijdens de neonatale periode1. Deze bevinding was belangrijk omdat het aantoonde dat zogenaamde niet-beweeglijke cilia niet noodzakelijkerwijs onbeweeglijk zijn vanaf het begin van de ontwikkeling en mogelijk een voorbijgaande beweeglijkheid tijdens specifieke tijdsvensters kunnen vertonen, mogelijk als reactie op specifieke fysiologische eisen en functies9. Om de beweeglijke aard van CPEC-cilia precies te beschrijven, is het noodzakelijk om een ex vivo observatiesysteem te ontwikkelen dat de analyse van de kinetische profielen die uniek zijn voor CPEC-cilia omvat.
Met betrekking tot beweeglijkheid, hoewel verschillende technische rapporten observaties van de beweeglijke cilia van het tracheaal epitheel5,10, beweeglijke enkelcellige flagellen11, zogenaamde conventionele beweeglijke cilia12 en nodal cilia13 hebben beschreven, zijn gedetailleerde analytische methoden die toepasbaar zijn op relatief onregelmatige structuren zoals het choroïde plexus tot nu toe niet goed gedocumenteerd. Bovendien is een hoge tijdresolutie vereist om de ciliaire beweging van CPEC's te analyseren, waarbij dure hogesnelheidscamera's onmisbaar zijn. Om deze noodzaak te omzeilen en het monitoren van de ciliaire beweeglijkheid van verschillende celtypen te vereenvoudigen, is een goedkope, hogesnelheidscamera geïntroduceerd en is een gemakkelijk toegankelijke en handige methode ontwikkeld om de beweeglijkheid van beweeglijke cilia op te nemen, met name om de snelheid en het bewegingspatroon van elk cilium te beschrijven1. Bovendien is originele beeldanalysesoftware "TI Workbench" hier gebruikt om gedetailleerde analyse van de beweeglijkheid te vergemakkelijken. Gezamenlijk biedt deze methode een nieuwe beknopte strategie om ciliaire beweging te analyseren samen met correlatieve scanning elektronenmicroscopie (SEM), die kan worden toegepast in een breed scala van ciliumonderzoek.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De protocollen en het gebruik van proefdieren werden goedgekeurd door de institutionele dierlijke zorg en gebruik van commissies aan de Universiteit van Yamanashi en Waseda University. Dierverzorging werd uitgevoerd volgens institutionele richtlijnen.
1. CPEC Voorbereiding
2. Live-Imaging van CPEC Cilia
3. Analyse van Ciliaire Motion
4. Monstervoorbereiding voor SEM
Let op: SEM is een belangrijke methode om de status van de cilia op CPECs op een alomvattende manier te evalueren. Specimens voor SEM te bereiden, een standaard procedure eerder gerapporteerd 15 wordt gebruikt met lichte wijzigingen.
5. Observation door SEM
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Een overzicht van de werkstroom wordt getoond in figuur 1, inclusief afbeeldingen van de inrichtingen.
Live beweging observaties van CPECs
Film 1 toont een film van CPECs geïsoleerd uit een perinatale muis en film 2 is een uiteengenomen aanzicht van de beelden in film 1. Opgemerkt wordt dat individuele ciliaire tips zijn minder duidelijk in foto's vergeleken met die van films. Figuur ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Perspectieven van deze methode
Hoewel de hier beschreven techniek biedt geen nadere analyse van cilia dan eerder gepubliceerde methoden, het belang van deze techniek ligt in de eenvoud van het systeem en kosteneffectiviteit, die gemakkelijk kan worden toegepast op het screenen van elk soort ciliaire motiliteit ex vivo. In het bijzonder, TI Workbench biedt een eenvoudige en gebruiksvriendelijke interface die de onderzoekers in staat stelt om te observeren en gemakkelijker te analyser...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen. Dit artikel is gericht op de rapportage uitvoerige methodologie om de beweeglijkheid van de trilharen in acht geïsoleerde choroid plexus weefsels. Wetenschappelijke nieuwigheden zijn gemeld in eerdere studies 1,8.
Dit werk werd ondersteund door een project voor particuliere universiteiten: bijdrage uit het fonds van het Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie (MEXT) van Japan (T.I.) en subsidies voor wetenschappelijk onderzoek (C) van MEXT (S.T. en K.N).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Vereiste reagentia | |||
| voor live celbeeldvorming | |||
| ethanol | Wako Chemicals | 057-00456 | |
| Leibovitz L-15 medium | Life Technologies | 11415-064 | |
| voor SEM-voorbereiding | |||
| ethanol | Wako Chemicals | 057-00456 | |
| Hank's balanced salt solution | Life Technologies | 14170112 | |
| paraformaldehyde | Merck | 1040051000 | |
| glutaraldehyde | Nacalai tesque | 17003-05 | |
| isoamyl acetate | Nacalai tesque | 02710-95 | |
| Molecular Sieves 4A 1/8 | Wako Chemicals | 130-08655 | voor de bereiding van watervrij ethanol |
| fosfaat bufferoplossing (PBS) | Sigma-Aldrich | D1408 | |
| fosfaat buffer, 0.1 M | Om 100 ml te maken, meng 19.0 ml van 0.1 M NaH2PO4 en 81.0 ml van 0.1 M Na2HPO4 | ||
| mononatriumfosfaat (dihydraat) | Nacalai tesque | 31718-15 | |
| dinatriumfosfaat (watervrij) | Nacalai tesque | 31801-05 | |
| suclose | Nacalai tesque | 30406-25 | |
| osmiumtetraoxide | Nisshin EM | 300 | |
| droog ijs | |||
| [header] | |||
| Gereedschap en materialen voor dissectie | |||
| voor zowel live beeldvorming als SEM-voorbereiding | |||
| stereomicroscoop | Olympus | SZX7 | |
| platte papieren handdoek | |||
| Φ10 cm plastic schaal | |||
| 100 ml beker | |||
| rechte operatieschaart | Sansyo | S-2B | |
| horlogemakerstangen | Dumont | No.DU-3 of -4, INOX | |
| voor live celbeeldvorming | |||
| glasbodemschaal | Matsunami Glass | D110300 | |
| voor SEM-voorbereiding | |||
| aluminiumfolie | |||
| 5 ml glazen vial met polyethyleen dop | Nichiden Rika-Glass | PS-5A | |
| transferpipet | Samco Scientific | SM251-1S | voor monstersoverdracht |
| tandenstoker | voor monstersoverdracht | ||
| ion sputter met goud-palladium | Hitachi | E-1030 | |
| kritische puntdroger | Hitachi | HCP-2 | |
| [header] | |||
| Microscopisch apparatuur en materialen | |||
| voor live celbeeldvorming | |||
| invertede microscoop | Olympus | IX81 | |
| 100 W kwiklamphuisvesting en voeding | Olympus | U-ULH en BH2-RFL-T3 | |
| 100 W kwiklamp | Ushio | USH103D | |
| DIC condensor, n.a. 0.55 | Olympus | IX-LWUCD | |
| elektrische sluiter | Vincent Associates | VS35S22M1R3-24 en VMM-D1 | manuele sluiter kan worden gebruikt. |
| bandpass filter (400-700 nm, Φ45 mm) | Koshin Kagaku | C10-110621-1 | |
| ND filter (Φ45 mm) | Olympus | 45ND6, 45ND25 | combinatie van 25% en 6% ND filters worden gebruikt |
| objectieflens (water immersie) met DIC element | Olympus | UApo 40XW/340, n.a., 1.15 met IX-DPAO40 | |
| hoge snelheidsvideocamera | Allied Vision Technologies | GE680 | ≥200 Hz frame rate en 1 msec sluitertijd |
| beeldverwerving / analyse software | in-house software | TI Workbench | geschikt voor acquisitie met hoge frame rates. |
| PC voor camera controle / analyse | Apple | Mac Pro | |
| vibratie isolatie tafel | Meiritsu Seiki | AD0806 | |
| gewicht voor weefsel | Warner Instruments | slice anchor kits | Het kan worden gemaakt met nylon gaas dat aan een U-vormige samengedrukte Φ0.5 mm platinadraad is vastgelijmd. |
| dekglas (alternatief gewicht voor weefsel) | Matsunami | op bestelling | Een dekglas kan worden gebruikt als weefselgewicht. |
| voor SEM | |||
| invertede microscoop | Olympus | IX81 | |
| scannende elektronenmicroscoop | JEOL | JSM-6510 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.