1. Przygotowanie zwierzęcia do obrazowania
- W naszych eksperymentach wykorzystujemy dorosłe myszy CX3CR1GFP/+, które wykazują ekspresję GFP w liniach komórek jednojądrzastych, w tym w mikrogleju.4 W zależności od potrzeb konkretnego projektu można zastosować różne szczepy myszy.
- Zanurz mysz w znieczuleniu poprzez dostarczenie do jamy otrzewnej koktajlu trzech leków w składzie: 0,05 mg/kg Fentanylu, 5,0 mg/kg Midazolamu oraz 0,5 mg/kg Medetomidyny.5 Przygotowanie chirurgiczne do TSCW rozpoczyna się, gdy zwierzę przestaje reagować na bodźce bólowe, takie jak ściśnięcie ogona. Przez cały czas trwania operacji i obrazowania zwierzę pozostaje na macie grzewczej, aby zapobiec hipotermii po znieczuleniu. W razie potrzeby można podać dawkę uzupełniającą w wysokości jednej trzeciej pierwotnej dawki koktajlu anestetycznego, aby przywrócić pierwotny poziom znieczulenia.
- Oczy zwierzęcia należy pokryć ochronną maścią oftalmiczną, aby zapobiec ich wysychaniu podczas znieczulenia, które znosi odruch mrugania. Usuń owłosienie ze skóry głowy zwierzęcia za pomocą maszynki, trymera, nożyczek lub metod chemicznych. Zdezynfekuj skórę głowy, używając 10% roztworu powidonu jodowego i 70% etanolu. Wszystkie narzędzia chirurgiczne muszą zostać poddane autoklawowaniu, sterylizacji w sterylizatorze perłowym lub dezynfekcji 70% etanolem.
- Wykonaj nacięcie skóry głowy w linii środkowej za pomocą małych nożyczek, zaczynając 4-5 mm gorszo (caudalnie) od czaszki i przesuwając się do przodu, aż do przedniej części oczu. Ważne jest, aby nacięcie było wystarczająco długie, tak aby skóra nie przeszkadzała w przyklejaniu płytki głowowej służącej do stabilizacji głowy myszy podczas obrazowania dwufotonowego (Rycina 1). Pod stereomikroskopem zidentyfikuj obszar przeznaczony do ścieńczenia. Unikaj obszarów zainteresowania znajdujących się bezpośrednio nad szwami czaszkowymi, ponieważ czaszka jest w tych miejscach mniej stabilna, a leżące pod nimi duże naczynia i opony będą utrudniać obrazowanie.
- Za pomocą sterylnego patyczka nasączonego 10% etanolem, a następnie 10% roztworem chlorku żelaza, osusz błony na szczycie czaszki, a następnie zeskrob je za pomocą precyzyjnych pęset lub żyletki. Pozostawienie błon prowadzi do niestabilnego mocowania płytki głowowej.
- Nanieś cienką warstwę kleju Permabond 910 wokół krawędzi okna obserwacyjnego pod płytką głowową. Przyłóż pokrytą klejem płytkę głwową do obszaru zainteresowania na czaszce zwierzęcia, wywierając lekki nacisk (Rycina 1). Ważne jest, aby płytka głowowa była przyklejona wyłącznie do kości czaszki. Jakakolwiek skóra lub błony uwięzione między płytką a czaszką zmniejszą stabilność wiązania. Za pomocą strzykawki nanieś niewielką ilość akrylatu wokół okna obserwacyjnego, aby natychmiast utrwalić klej. Na koniec nanieś niewielką ilość Loctite 454 na krawędzie okna obserwacyjnego, aby zapobiec nieszczelnościom.
- Przykręć płytkę głwową do uchwytu zwierzęcia (Rycina 1) i sprawdź stabilność płytki pod stereomikroskopem, delikatnie dotykając jej pęsetą. Czaszka nie powinna przemieszczać się względem płytki głowowej. Umieść kroplę soli fizjologicznej na oknie obserwacyjnym, aby upewnić się, że nie ma wycieków.
2. Przygotowanie okna korowego poprzez ścieńczenie czaszki
- W celu przygotowania do ścieńczenia czaszki, należy osuszyć ją, używając sterylnych patyczków bawełnianych oraz sprężonego powietrza. Początkowo ścieńczamy czaszkę za pomocą sterylnego wiertła IRF 007 wiertarce Microtorque II ustawionej na 40 rpm. Bardzo delikatnie należy rozpocząć ścieńczanie okrągłego obszaru czaszki o średnicy 2-2,5 mm. Stosować wyłącznie lekkie ruchy zamiatające, niemal równoległe do powierzchni czaszki; nie wywierać bezpośredniego nacisku w dół. Należy przerywać wiercenie co 20-30 sekund, aby usunąć pył kostny za pomocą sprężonego powietrza. Przerwy w wierceniu pozwalają czaszce ostygnąć, co zapobiega uszkodzeniom tkanki mózgowej wywołanym ciepłem.
- W miarę postępu wiercenia należy zwrócić uwagę na przejście do wilgotniejszej warstwy kości gąbczastej (tzw. "diploe"). Po dotarciu do tej warstwy należy zachować szczególną ostrożność podczas pracy z wiertarką.
- Okazyjnie sprawdzać stopień ścieńczenia czaszki, nakładając sól fizjologiczną na ścieńczony obszar i obserwując go pod mikroskopem stereoskopowym. Sól fizjologiczna dodatkowo wspomaga odprowadzanie ciepła. W miarę ścieńczania czaszki widoczne stają się mniejsze naczynia krwionośne.
- Aby uzyskać końcowe ścieńczenie w środowisku soli fizjologicznej, należy użyć sterylnego dentystycznego mikrodłuta, ponieważ zapewnia ono znacznie lepsze sprzężenie zwrotne w zakresie stabilności czaszki. Pozwala to na przygotowanie znacznie cieńszych okien niż przy użyciu samej wiertarki. Z naszego doświadczenia wynika, że optymalna grubość czaszki wynosi 10-30 μm.
- Podczas pierwszych kilku prób wykonania okna w czaszce ważne jest wielokrotne sprawdzanie stopnia jej ścieńczenia pod mikroskopem epifluorescencyjnym. Wyrazistość i głębokość widocznej mikroglei oraz naczyń krwionośnych stanowią dobrą wskazówkę, kiedy okno jest gotowe do obrazowania.
- Gdy okno jest gotowe, należy przykleić nad nim dopasowany prostokątny kawałek szkiełka podstawkowego #0 o wymiarach mniejszych niż 2 mm na każdym boku. Używając szklanej pipety o średnicy 1,0 mm, nanieść małą kroplę kleju cyjanoakrylowego na ścieńczony obszar czaszki, ostrożnie opuścić mały kawałek szkiełka, a następnie delikatnie docisnąć go do czaszki, aby wycisnąć nadmiar kleju. Ważne jest unikanie powstawania pęcherzyków powietrza między szkłem a klejem, ponieważ uwięzione powietrze spowoduje, że obszar pod nim stanie się optycznie nieprzezroczysty. Stosuje się klej cyjanoakrylowy, ponieważ pozostaje on przezroczysty po wyschnięciu oraz zapobiega odrostowi kości i błon, utrzymując czaszkę pod oknem w stanie cienkim i półprzezroczystym. Jeśli na górnej powierzchni szkiełka znajduje się klej, należy go ostrożnie usunąć mikrodłutem po umieszczeniu szkiełka i wyschnięciu kleju.
- Bezpośrednio po operacji podaje się lek przeciwbólowy (na przykład Buprenorphine 2 mg/kg podskórnie), który jest ponownie podawany przy wszelkich oznakach bólu, w tym przy niechęci do poruszania się, jedzenia lub picia, utracie masy ciała, ślinotoku, piloerekcji, specyficznych dźwiękach oddechowych itp.
3. Obrazowanie dwufotonowe
- W ramach przygotowania do obrazowania dwufotonowego, przykryj TSCW solą fizjologiczną i zlokalizuj obszar zainteresowania w świetle epifluorescencyjnym (Rysunek 2). Aby umożliwić późniejsze obrazowanie tego obszaru, wykonaj zdjęcie za pomocą aparatu fotograficznego.
- Do obrazowania dwufotonowego wykorzystujemy specjalnie skonstruowany mikroskop dwufotonowy6 z laserem Ti:Szafir nastrojonym na 920 nm. Fluorescencję wykrywa się za pomocą fotopowielacza w trybie detekcji całego pola z zastosowaniem filtru emisyjnego 580/180. Przez całą sesję obrazowania używany jest obiektyw z imersją wodną 20X (0,95 N.A.). Maksymalna moc wyjściowa lasera na obiektywie jest ustawiona w zakresie od 50 do 65 mW.
- Wybierz obszar zainteresowania w warstwach I lub II kory (do 150 μm poniżej powierzchni pialnej). Aby ułatwić ponowne obrazowanie, wykonaj zdjęcia tego samego pola widzenia przy 1X, 2X i 3X cyfrowym powiększeniu. Naczynia krwionośne mogą służyć jako punkty orientacyjne, ułatwiające odnalezienie tego samego pola widzenia podczas kolejnych sesji obrazowania. Przy powiększeniu 3X co 5 minut przez maksymalnie 30 minut można pozyskiwać wiele stosów z-stack z 80-90 krokami Z w każdym stosie i krokiem 0,69 μm, co pozwala na dobre próbkowanie morfologii i zachowania mikrogleju w czasie (Rysunek 3). Pomiędzy akwizycjami stosów z-stack należy sprawdzić poziom soli fizjologicznej nad TSCW oraz głębokość znieczulenia zwierzęcia.
4. Iniekcja neurotoksyny HIV-1, Tat
- W pierwszej kolejności należy zsilanizować wewnętrzną powierzchnię igły o rozmiarze 35 G oraz strzykawki Microvolume o pojemności 10 μL, aby zapobiec osadzaniu się białka Tat. Należy pobrać roztwór silanizujący (Sigmacote), aż wypełni on zarówno igłę, jak i strzykawkę. Roztwór powinien pozostać wewnątrz przez 5 minut w temperaturze pokojowej. Następnie należy opróżnić strzykawkę z roztworu, wyjąć tłok i pozwolić strzykawce oraz igle całkowicie wyschnąć. Na koniec strzykawkę i igłę należy dokładnie wypłukać wodą dejonizowaną.
- Należy wykonać niewielką kraniotomię o średnicy 0,5 mm, w odległości 3 mm w kierunku rostralnym lub bocznym od TSCW, w miejscu, gdzie uzyskano obrazy dwufotonowe, używając mniejszego wiertła i ostrożnie ścieńczając czaszkę, aż do momentu, gdy pęseta z ostrymi końcówkami będzie mogła z łatwością usunąć cienką warstwę kości. Wykorzystujemy strzykawkę Microvolume o pojemności 10 μL z igłą 35 G, sterowaną przez pompę strzykawkową Ultramicropump III zamontowaną na trójosiowym mikromanipulatorze. Po ustawieniu końcówki igły nad otworem kraniotomii, należy ją ostrożnie wprowadzić na głębokość od 70 do 90 μm poniżej powierzchni oponowej, gdzie podaje się 3 μL Tat1-72 (lub inne czynniki prozapalne) bądź sól fizjologiczną (lub nośnik kontrolny) z prędkością 80 nL/min.
5. Zakwaterowanie zwierząt
- Jeśli zwierzę ma być poddawane obrazowaniu wielokrotnie w ciągu jednego dnia, należy pokryć otwarty obszar czaszki mieszaniną maści oftalmicznej i wazeliny, aby zapobiec dyskomfortowi lub uszkodzeniu czaszki pomiędzy sesjami obrazowania. Odłączyć mostek wspierający od małej płytki głownej (patrz Rycina 1B) i umieścić zwierzę w ogrzewanej klatce z łatwo dostępnym pokarmem i wodą. Wszystkie zwierzęta po operacji muszą być przez cały czas utrzymywane w pojedynczych klatkach. Po zakończeniu sesji obrazowania zwierzęcia w danym dniu, ostrożnie usunąć całą płytkę głowną i zaszyć skórę nad czaszką nicią chirurgiczną o rozmiarze #6 lub mniejszą. Ponownie umieścić zwierzęta w pojedynczych klatkach z łatwo dostępnym pokarmem i wodą pomiędzy dniami eksperymentalnymi. Codziennie sprawdzać, czy u zwierząt nie występują oznaki stresu, bólu lub infekcji.
6. Reprezentatywne wyniki

Rysunek 1. Stabilizacja zwierzęcia do zabiegu chirurgicznego i obrazowania dwufotonowego (A) oraz konstrukcja płytki głownej (B).

Rycina 2. Mikroglej znakowany GFP wizualizowany za pomocą mikroskopii epifluorescencyjnej.

Rysunek 3. Mikroglicia znakowana GFP uwidoczniona za pomocą obrazowania dwufotonowego po implantacji TSCW, około 50 μm poniżej powierzchni pialnej. Pojedyncze przekroje dwufotonowe wykonane 15–30 minut po implantacji TSCW (dzień 0), a także 7 i 17 dni później, wykazują, że okna pozostają przejrzyste, a mikroglej nieaktywny w przypadku braku bodźców zapalnych. Projekcje osi z wykonane 6 i 24 godziny po wstrzyknięciu neurotoksyny tat wirusa HIV wykazują wyraźne zmiany morfologiczne aktywowanego mikrogleju. Pasek skali: 10 μm.