Alle experimenten voldeden aan alle toepasselijke wetten, richtlijnen van de National Institutes of Health en werden goedgekeurd door de University of Colorado Anschutz Institutional Animal Care and Use Committee.
1. Dieren
- Gebruik C57BL/6J (stock #000664) muizen (Mus musculus) verkregen van The Jackson Laboratory of Mongoolse gerbils (Meriones unguiculatus) oorspronkelijk verkregen uit Charles River.
2. Weefselvoorbereiding
- Voor transcardiale perfusie, overdosering knaagdiersoorten van belang met pentobarbital (120 mg / kg lichaamsgewicht) en transcardiaal perfuseren met fosfaat gebufferde zoutoplossing (PBS; 137 mM NaCl, 2,7 mM KCl, 1,76 mM KH2PO4, 10 mM Na2HPO4), gevolgd door 4% paraformaldehyde (PFA)24.
- Open in het bijzonder de buik en de ribbenkast met een schaar en houd de ribbenkast op zijn plaats met Kelly hemostatische tang om het hart bloot te stellen.
- Steek een 23 GA-naald aangesloten op een perfusiepomp in de linker ventrikel en knip snel het rechter atrium met een fijne schaar.
- Dien PBS toe via de perfusiepomp en de naald in het hart gedurende 10 minuten om de hersenen en het lichaam van bloed te zuiveren.
- Schakel de perfusiepomp gedurende 10 minuten over op 4% PFA en controleer op stijfheid van ledematen en staart om een succesvolle perfusie te bevestigen.
- Onthoofd de dieren na perfusie en verwijder hun hersenen uit de schedel. Houd de hersenen 's nachts in 4% PFA voordat ze overgaan op PBS. Integreer hersenstamen in 4% agarose (in PBS) en snijd coronaal met behulp van een vibratoom met een dikte van 200 μm.
3. Vlekken
- Vlekvrije zwevende secties voor Nissl, om cellichamen (1:100) te visualiseren, in antilichaammedia (AB media: 0,1 M fosfaatbuffer (PB: 50 mM KH2PO4, 150 mM Na2HPO4), 150 mM NaCl, 3 mM Triton-X, 1% runderserumalbumine (BSA)) gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur op een standaard laboratoriumschudder25.
- Bescherm secties tegen licht met aluminiumfolie en/of een deksel. Golflengten van 550 nm of lager zijn compatibel met CARS-beeldvorming (figuur 1).
OPMERKING: Hoewel we niet verwachten dat Triton-X of andere reagentia een impact hebben op cars beeldvorming van lipiden, kunnen aanvullende controles met specifieke antilichaammedia gerechtvaardigd zijn.
- PAUZEPUNT: Bewaar vrij zwevende secties (terwijl ze beschermd zijn tegen licht) in PBS totdat u beeld krijgt. Eenmaal gesneden, beeld hersenen secties binnen 2 weken.

Figuur 1: CARS-beeldvorming kan worden gecombineerd met immunofluorescente beeldvorming. De grafieken laten zien dat CARS-beeldvorming plaatsvindt bij 660/640 nm rood signaalspectrum26. Deze golflengte is voldoende ver verwijderd van het groene, blauwe of UV-bereik, waardoor het CARS-signaal kan worden gecombineerd met immunofluorescentie in deze bereiken. In het bijzonder geeft de grafiek ook de excitatie en emissie aan voor Nissl gelabeld met blauwe fluorofoor, die werd gecombineerd met CARS tijdens het verzamelen van representatieve resultaten voor deze publicatie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
4. Beeldvorming
OPMERKING: De CARS-laseropstelling bevat een fiberlaser die de 80 MHz-klok levert, en een OPO-laser (Optical Parametric Oscillator) met een afstembaar bereik van 770-990 nm met de Stokes-straal gefixeerd op 1031 nm, die nodig zijn voor het verzamelen van het CARS-signaal. Er is één diafragma voor beide bundels.
- Voordat u monsters naar de microscoop brengt, schakelt u de CARS-laser gedurende ten minste 1 uur in en warmt u de CARS-laser uit en koehler de condensoroptiek en het diafragma van de microscoop voor voorwaartse CARS-beeldvorming.
OPMERKING: Deze stap is van cruciaal belang voor de goede werking van CARS-microscopie.- Voor ruimtelijke uitlijning van de twee laserstralen (pomp en stokes) heeft u toegang tot de twee interne PSD's (positiegevoelige detectoren) via de CARS-laser-GUI.
- Bereik temporele uitlijning door gebruik te maken van de vertragingsfunctie in de CARS-laser-GUI, die kan helpen de pulsen van de twee lasers (pomp en stokes) te overlappen die verschillende dispersies hebben vanwege hun verschillende golflengten. Daarom worden zowel de temporele als ruimtelijke overlapping van de pomp en stokes-balken gedaan met de gebruikersinvoer via de GUI.
- Pas de externe periscoop (laatste twee spiegels van de opstelling) aan om de ruimtelijk overlappende twee lasers te centreren op de scannende hoofdspiegels van de microscoop.
- Voor de beste forward CARS niet-gedescande detectie, zorg ervoor dat de condensor Koehler-ed is (wat betekent dat de condensor gecentreerd en gericht is op het membraan om een uniforme verlichting te bereiken)
- Voor immunofluorescentie confocale beeldvorming en CARS-beeldvorming, monteer de CARS-laser, met zowel voorwaartse als epi CARS niet-gedescande detectoren (NDD's), door een confocale microscoop te integreren die is uitgerust met zichtbare lasers voor fluorescentiebeeldvorming (figuur 2).
- Plaats secties in een kweekschaal met coverslip (voor omgekeerde microscopie), PBS om te voorkomen dat het weefsel uitdroogt en een glasgewicht om weefsel in de buurt van coverslip te houden.
- Neem z-stacks of enkele beelden met een 60X, 1,2 NA infrarood gecorrigeerd waterobjectief, dat dient voor het verzamelen van het CARS-signaal in de epirichting en door een 0,55 NA-condensor in de voorwaartse richting voor het in beeld brengen van hersengebieden zoals de mediale kern van het trapeziumlichaam (MNTB).
- Maak de CARS-beelden met ongeveer 600 mW pomp/sonde en 300 mW Stokes, met behulp van de CARS laser GUI. Deze laservermogenswaarden worden intern gemeten door het systeem. De vermogens van beide lasers op de monsterlocatie zijn minder dan 25 mW en veilig voor het weefselmonster.
- Overlap de pomp en Stokes balken ruimtelijk en temporeel. Stem de OPO af op 797,2 nm. Dit levert een CARS-golflengte op van 650 nm. Vanwege het hogere energieniveau is de resulterende terugkeer naar de grondtoestand anti-Stokes (blauw verschoven) naar de excitatie.
- Vang het CARS-signaal op in epi- of voorwaartse niet-gedescande detectoren met behulp van bandpassfilters (640-680 nm), gevolgd door sequentiële detectie van het immunofluorescentielabel (in dit geval fluorescerend gelabeld Nissl).
OPMERKING: De Nissl neuronale soma marker wordt niet gevangen in het CARS 640-680 nm bandpass filter, waardoor de combinatie van fluorescentie en CARS beeldvorming in de onderstaande afbeeldingen mogelijk is.
- De CARS en fluorescentie delen geen PMT's. Gebruik deze instellingen voor een optimaal lipidensignaal om myelinisatie in het hersengebied selectief in beeld te brengen.
LET OP: Bescherm de gebruiker tegen de laserstraal
- Sla de afbeeldingen op als .oib-bestanden, die kunnen worden geïmporteerd in een beeldanalyseprogramma voor verdere kwantificering (figuur 3).

Figuur 2: CARS-instrumentdiagram met CARS-lasers (rode pijlen) en niet-gedescande (NDD) epi- en voorwaartse detectie die is opgenomen in een confocale laserscanning. In forward NDD verwerven we CARS voor C-H bindingen (donkerrode pijlen) en SHG (tweede harmonische generatioïne) op 515 nm (oranje pijl). In epi NDD verwerven we CARS voor C-H-bindingen (donkerrode pijlen) en 2PE (twee-fotonenemissie) autofluorescentie (lichtblauwe pijl). Achtereenvolgens kunnen fluorescentie confocale beelden worden verkregen (groene pijlen voor zichtbare laser, blauwe pijlen voor confocale detectie). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: CARS kunnen myeline (magenta) in hersenweefsel (hersenstam) verlichten en tegelijkertijd Nissl (cyaan) of fluorescerende markers in beeld brengen. De twee panelen tonen representatieve resultaten van een Mongools gerbil (enkele afbeelding M. unguiculatus, Figuur 3A, C, E) en muis (z-stack max projectie M. musculus, Figuur 2B, D, F) hersenen, wat aangeeft dat deze techniek kan worden gebruikt voor verschillende soorten. Figuur 3A,B met Nissl in cyaan, C,D toont het CARS-signaal in magenta, E,F combineert de Nissl- en CARS-signalen met elk paneel voor respectievelijk gerbil of muis. Beide sets afbeeldingen tonen een deel van de mediale kern van het trapeziumlichaam (MNTB) in de hersenstam. Neuronen in de MNTB ontvangen input van zwaar gemyeliniseerde axonen, die eindigen in de kelk van held, een soort gigantische synaps27. Schaalbalk is 20 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.