RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Opisujemy protokół do obrazowania w czasie rzeczywistym migracji neuronów w przodomózgowiu myszy. Migrację znakowanych wirusowo lub przeszczepionych prekursorów neuronalnych zarejestrowano w ostrych żywych wycinkach przy użyciu obrazowania fluorescencyjnego o szerokim polu ze stosunkowo szybkim interwałem akwizycji w celu zbadania różnych faz migracji komórek, w tym czasu trwania fazy stacjonarnej i migracji oraz prędkości migracji.
Istnieje wiele dowodów wskazujących, że nowe funkcjonalne neurony są generowane z endogennej puli nerwowych komórek macierzystych w ograniczonych obszarach mózgu dorosłego ssaka. Nowonarodzone neuroblasty ze strefy podkomorowej (SVZ) migrują wzdłuż rostralnego strumienia migracyjnego (RMS) do miejsca docelowego w opuszce węchowej (OB)1. W RMS neuroblasty migrują stycznie w łańcuchach otoczonych procesami astrocytarnymi2,3, wykorzystując naczynia krwionośne jako wsparcie strukturalne i źródło czynników molekularnych niezbędnych do migracji4,5. W OB neuroblasty odłączają się od łańcuchów i migrują promieniście do różnych warstw opuszkowych, gdzie różnicują się w interneurony i integrują się z istniejącą siecią1, 6.
W tym manuskrypcie opisujemy procedurę monitorowania migracji komórek w ostrych wycinkach mózgu gryzonia. Zastosowanie ostrych plastrów pozwala na ocenę migracji komórek w mikrośrodowisku, które bardzo przypomina warunki in vivo oraz w obszarach mózgu, które są trudno dostępne do obrazowania in vivo. Ponadto pozwala uniknąć długich warunków hodowli, jak w przypadku kultur organotypowych i komórkowych, które mogą ostatecznie zmienić właściwości migracyjne komórek. Prekursory neuronalne w ostrych wycinkach można uwidocznić za pomocą optyki DIC lub białek fluorescencyjnych. Znakowanie wirusowe prekursorów neuronalnych w SVZ, szczepienie neuroblastów od myszy reporterowych do SVZ myszy typu dzikiego oraz wykorzystanie myszy transgenicznych, które wyrażają białko fluorescencyjne w neuroblastach, są odpowiednimi metodami wizualizacji neuroblastów i śledzenia ich migracji. Druga metoda nie pozwala jednak na śledzenie pojedynczych komórek przez długi czas ze względu na dużą gęstość znakowanych komórek. Użyliśmy pionowego mikroskopu fluorescencyjnego o szerokim polu widzenia, wyposażonego w kamerę CCD, aby uzyskać stosunkowo szybki interwał akwizycji (jeden obraz co 15 lub 30 sekund), aby wiarygodnie zidentyfikować fazy stacjonarne i migracyjne. Precyzyjne określenie czasu trwania fazy stacjonarnej i migracyjnej ma kluczowe znaczenie dla jednoznacznej interpretacji wyników. Przeprowadziliśmy również wiele akwizycji w kroku z użyciem metody Z w celu monitorowania migracji neuroblastów w 3D. Obrazowanie fluorescencyjne o szerokim polu widzenia jest szeroko stosowane do wizualizacji migracji neuronów7-10. W tym miejscu opisujemy szczegółowy protokół znakowania neuroblastów, wykonywania obrazowania wideo w czasie rzeczywistym migracji neuroblastów w ostrych wycinkach przodomózgowia dorosłej myszy i analizy migracji komórek. Podczas gdy opisany protokół stanowi przykład migracji neuroblastów w dorosłym RMS, może być również stosowany do śledzenia migracji komórek w mózgach embrionalnych i wczesnoporodowych.
1. Etykietowanie prekursorów neuronalnych
Neuroblasty mogą być wizualizowane za pomocą transgenicznych myszy, które selektywnie wyrażają białka fluorescencyjne w neuroblastach (np. Dcx-GFP, Gad67-GFP), poprzez stereotaktyczne wstrzykiwanie cząsteczek wirusowych kodujących białka fluorescencyjne do SVZ lub RMS, lub poprzez szczepienie prekursorów neuronalnych od myszy reporterowych (np. Dcx-GFP, Gad67-GFP) do SVZ myszy typu dzikiego. Opisujemy procedurę szczepienia i znakowania wirusowego prekursorów neuronów.
Dysocjacja neuroblastów od SVZ myszy reporterowych
40X rozwiązanie
10 ml Pen/Strept (Pióro standardowe 10 000 u/ml/Strept 1 000 ug/ml)
10 ml glukozy (zapas 200 mg/ml)
20 ml pirogronianu sodu (zapas 100 mM)
10 ml H2O
Przygotuj porcje 1 ml
Roztwór preparacyjny (100 ml)
HBSS 1X - 97,4 ml
FILTR (1 M) - 0,1 ml
40X roztwór - 2,5 ml
Roztwór DNazy (20 tys. jednostek/ml)
DNaseI, typ IV z trzustki bydlęcej
150 000 jednostek rozpuszcza się w 7,5 ml H2O
Filtrowane 0,22 μm
Przygotuj porcje 1 ml
Trypsyna- Roztwór DNaseI (10 ml)
HBSS - 8,6 ml
DNaseI (20K jednostek/ml) - 0,15 ml
Trypsin-EDTA(0,5%) - 1 ml
40X roztwór - 0,25 ml
Roztwór do rozcierania (50 ml)
Pożywka neuropodstawowa - 47,5 ml
BSA (300 mg/ml) - 332,5 μl
40X roztwór - 1,25 ml
DNaseI (20 tys. jednostek/ml) - 0,66 ml
Przeszczep żądaną liczbę komórek do SVZ, korzystając z procedury opisanej poniżej.
Stereotaktyczne wstrzyknięcie wirusa i przeszczepienie zdysocjowanych komórek
2. Przygotowanie ostrych plastrów
Ta procedura powinna być wykonana tak szybko, jak to możliwe, aby zapewnić najlepszą jakość plastrów.
3. Obrazowanie poklatkowe migracji neuroblastów
Obrazowanie migrujących neuroblastów powinno być wykonane w ciągu 6-8 godzin od przygotowania plastrów i 3-10 dni po znakowaniu neuroblastów. Aby uniknąć zmian parametrów migracji spowodowanych wstrzyknięciem stereotaktycznym, które może wywołać uszkodzenie mózgu i aktywację glejową, należy użyć mikroelektrod szklanych z cienką końcówką (1-2 μm) w celu zminimalizowania uszkodzenia mózgu i wykonać obrazowanie w obszarach dystalnych od miejsca wstrzyknięcia (tj. obraz w RMS po wstrzyknięciu do SVZ lub w RMS opuszki węchowej po wstrzyknięciu do RMS). Chociaż obrazowanie można wykonać do 21 dni po wstrzyknięciu cząstek lentiwirusa do SVZ, zalecamy krótszy odstęp między wstrzyknięciami (3-10 dni), ponieważ umożliwia to wizualizację i śledzenie większej liczby komórek w polu widzenia.
Użyliśmy fluorescencyjnego mikroskopu BX61WI o szerokim polu widzenia (Olympus) wyposażonego w kamerę CCD (CoolSnapHQ2, Photometrics) oraz obiektyw do zanurzenia w wodzie 40X z aperturą numeryczną 0,8 (Olympus). Obiektywy o wyższym NA zapewnią obrazy o lepszej rozdzielczości. Znakowane neuroblasty (przeszczepione od myszy dawcy reporterowego lub znakowane wirusowo) były wzbudzane za pomocą Lambda DG-4 wyposażonej w lampę ksenonową o mocy 175 W (Sutter Instruments) przez 30-100 ms na akwizycję. Obrazowanie na wielu długościach fali można również wykonać przy użyciu odpowiednich zestawów filtrów (Chroma) do śledzenia migracji neuronów wzdłuż innych elementów komórkowych RMS, takich jak znakowane fluorescencyjnie astrocyty lub naczynia krwionośne. Mikroskop, kamera CCD i DG-4 były sterowane przez oprogramowanie MetaMorph (Molecular Device), które pozwalało na ustawienie różnych parametrów programu akwizycji poklatkowej (patrz poniżej). Plastry przeniesiono do ultracichej komory obrazowania PH1 Series 20 (Harvard Apparatus) zbudowanej na mikroskopie. Komora była podłączona do automatycznego systemu grzewczego (TC-344B, Harvard Apparatus) i była stale perfundowana natlenionym ACSF (rysunek 1D). Temperatura w komorze była utrzymywana na poziomie 31-33 °C, a natężenie przepływu ACSF wynosiło 1-2 ml na minutę.
4. Analiza migracji neuroblastów
Używamy oprogramowania Imaris (Bitplane) do analizy danych. Dzięki temu możemy automatycznie śledzić migrację komórek noworodka w 3D. Pakiet Imaris 7.0F1 zawiera moduły MeasurementsPro, Imaris Tracking, ImarisColoc, ImarisXT, Filament Tracer i InPress.
5. Reprezentatywne wyniki
Przetestowaliśmy i zoptymalizowaliśmy szerokokątne obrazowanie poklatkowe migracji neuroblastów. Znakowanie wirusowe lub szczepienie znakowanych fluorescencyjnie neuroblastów do SVZ pozwoliło na silną ekspresję GFP w migrujących komórkach (Figura 2). Obrazowanie o wielu długościach fali można zastosować do wizualizacji migracji neuroblastów wzdłuż innych elementów komórkowych RMS, takich jak naczynia krwionośne wypełnione dekstranem TexasRed4 (Figura 3 i Film 1), astrocyty znakowane fluorescencyjnie przez stereotaktyczne wstrzyknięcie wirusów z promotorem specyficznym dla komórek glejowych (Figura 2B)12 lub specyficznie znakowane astrocyty u zwierząt transgenicznych.
Szerokokątne obrazowanie wideo migracji neuroblastów w ostrych wycinkach ujawniło solne zachowanie migrujących prekursorów neuronalnych, składające się z dwóch odrębnych faz: przemieszczenie ciała komórki neuronalnej w kierunku procesu wiodącego, oddzielonego fazą stacjonarną (Rysunek 3, Filmy 1 i 2). Aby wiarygodnie określić czas trwania fazy stacjonarnej i migracyjnej oraz wyprowadzić inne parametry migracji komórek, takie jak szybkość przemieszczania (obliczana tylko podczas faz migracji), obrazowanie przeprowadzono w 3D z wykorzystaniem krótkiego interwału akwizycji (raz na 15 lub 30 sekund). Dokładne określenie czasu trwania fazy stacjonarnej i migracyjnej ma kluczowe znaczenie dla jednoznacznej interpretacji danych. Na przykład różnice w odległości migracji w danym okresie mogą być wywołane albo zmianami tempa migracji, albo zmianami czasu trwania lub okresowości migracji i faz stacjonarnych. Tych różnych możliwości nie da się rozróżnić za pomocą długich interwałów akwizycji.
Oprogramowanie Imaris zostało użyte do analizy migracji neuroblastów w 3D i do uzyskania dodatkowych parametrów migracji komórek, takich jak czas trwania ścieżki i długość ścieżki, a także długość przemieszczenia ścieżki, która jest wektorem przemieszczenia. Prostoliniowość toru można również obliczyć, dzieląc długość toru przez długość przemieszczenia toru i wskazuje to prostoliniowość trasy migracji poszczególnych neuroblastów.

Rysunek 1. Schematyczne przedstawienie przygotowania ostrych żywych plastrów. A) Schematyczne przedstawienie jednego cięcia ogonowego, jednego śródpółkulowego i dwóch strzałkowych. B) Schematyczne przedstawienie umieszczenia mózgu myszy na bloku agaru i platformie wibratomu. C) Schematyczne przedstawienie komory inkubacyjnej z ostrymi plastrami. D) Schematyczne przedstawienie komory obrazowania zbudowanej na mikroskopie pionowym.

Rysunek 2. Znakowanie neuroblastów w RMS. A) Obraz o małym powiększeniu pokazujący solidne znakowanie neuroblastów i naczyń krwionośnych w dorosłym RMS. Retrowirus kodujący GFP został wstrzyknięty do SVZ, a komórki eksprymujące GFP (kolor zielony) zostały wykryte w RMS po 3 dniach (lewy panel). Naczynia krwionośne znakowano przez wstrzyknięcie dekstranu TexasRed do serca myszy (czerwony, prawy panel). Wstawka pokazuje obraz naczyń krwionośnych i znakowanych wirusowo neuroblastów związanych z naczyniami krwionośnymi. B) Znakowanie różnych elementów komórkowych w dorosłym RMS. Neuroblasty znakowano przez wstrzyknięcie lentiwirusa kodującego mCherry do SVZ (czerwony), astrocyty znakowano przez wstrzyknięcie lentiwirusa kodującego GFP pod kontrolą promotora GFAP w RMS (zielony), a naczynia krwionośne znakowano przez wstrzyknięcie Dextran CascadeBlue (niebieski) do serca. C) Schematyczne przedstawienie wstrzyknięcia komórek GAD67-GFP oddzielonych od SVZ myszy GAD67-GFP do SVZ dorosłej myszy typu dzikiego. D) Przeszczepione komórki GAD67-GFP (zielone) wykryte w RMS 7 dni po przeszczepieniu w SVZ. RMS jest barwiony immunologicznie za pomocą GFAP (niebieski). E) Przeszczepione komórki GAD67-GFP (zielone) były immunododatnie dla Dcx (czerwone), ale były immunoujemne dla GFAP (niebieskie). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą postać.

Rysunek 3. Obrazowanie poklatkowe neuroblastów. Obrazowanie poklatkowe migracji neuroblastów (zielone) wzdłuż naczyń krwionośnych (czerwone). Strzałki wskazują fazy migracji neuroblastów, a groty strzałek wskazują fazy stacjonarne.

Rysunek 4. Analiza migracji neuroblastów. (A-D) Różne etapy analizy migracji neuroblastów. Czerwone kółka wskazują różne funkcje wymienione w tekście. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą postać.
Wideo 1. Obrazowanie poklatkowe neuroblastów znakowanych wirusem (zielony) migrujących wzdłuż dekstranu Naczynia krwionośne znakowane Texas Red (czerwone). Kliknij tutaj, aby obejrzeć film.
Wideo 2. Śledzenie migracji neuroblastów przez oprogramowanie Imaris. Zielone kropki wskazują ciała komórek, a ścieżki wskazują odległość migracji. Kliknij tutaj, aby obejrzeć film.
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Opisujemy protokół do obrazowania w czasie rzeczywistym migracji neuronów w przodomózgowiu myszy. Migrację znakowanych wirusowo lub przeszczepionych prekursorów neuronalnych zarejestrowano w ostrych żywych wycinkach przy użyciu obrazowania fluorescencyjnego o szerokim polu ze stosunkowo szybkim interwałem akwizycji w celu zbadania różnych faz migracji komórek, w tym czasu trwania fazy stacjonarnej i migracji oraz prędkości migracji.
Ta praca była wspierana przez grant Canadian Institutes of Health Research (CIHR) dla A.S. J.K był częściowo wspierany przez stypendium Université Laval. A.S. jest laureatem Canada Research Chair w neurogenezie poporodowej.
| Sacharoza | Sigma | S9378 | |
| Glukoza (ACSF) | EMD | DX0145-3 | |
| NaCI | Sigma | S9625 | |
| KCI | Sigma | P9541 | |
| MgCI2x6H2O | Sigma-Aldrich | M2670 | |
| NaHCO3 | Sigma | S5761 | |
| NaH2PO4xH2O | EMD | SX0710-1 | |
| CaCI2x2H2O | Sigma-Aldrich | C3881 | |
| Dextran TexasRed | Invitrogen | D1864 | |
| Dextran CascadeBlue | Invitrogen | D1976 | |
| Glukoza (40X roztwór) | Sigma | G8769 | |
| Pirogronian sodu | Gibco | 11360-070 | |
| HEPES | Sigma | H3375 | |
| HBSS | Gibco | 14170-112 | |
| DNaza I | Sigma | D-5025 | |
| Trypsyna-EDTA | Gibco | 25300-054 | |
| Podłoże neuropodstawowe | Gibco | 21103-049 | |
| BSA | EMD | 2930 | |
| Pen/Strep | Life Technologies | 15140-122 | |
| Ketamina/ksylazyna | CDMV | 5230 | |
| Pipeta Pasteura | VWR | 14672-380 | |
| Rurka stożkowa 15 ml | Sarstedt | 62.553.205 | |
| Rurka stożkowa 50 ml | Sarstedt | 62.547.205 | |
| Kapilary szklane (wtrysk stereotaktyczny) | WPI | 4878 | |
| Olej parafinowy | EMD | PX0045-3 | |
| Proviodine | Rougier | 65655-1370 | |
| Stoelting | do szwów | 50487 | |
| Anafen | CDMV | 11508 | |
| 20 cc Strzykawka | VWR | SS-20L2 | |
| szalka Petriego | VWR | 25384-094 | |
| Mata Agar Laboratoire | AP-0108 | ||
| Klej | Permabond | 910 | |
| 95% O2/5% CO2 | Linde | 24068835 | |
| Blade | WPI | 501901 | |
| Siatka nylonowa | Warner Instruments | 64-0198 | |
| Wirówka | Eppendorf | 5702 000.019 | |
| Ściągacz do pipet | Sutter Instrument | P-97 | |
| Wtryskiwacz nanolitrowy | WPI | B203MC4 | |
| Stereotaktyczny aparat iniekcyjny | WPI | 502900 | |
| System mikrowierteł | WPI | 501819 | |
| Vibratome | Thermo Scientific | 920110 | |
| Fluorescencyjny o szerokim polu widzenia mikroskop | Olympus | BX61WIF | |
| kamera CCD | Fotometria | CS-HQ2-D | |
| Ultracicha komora obrazowania | Aparat Harvarda | 64-1487 | |
| Platforma grzewcza serii PH-1 20 | Aparat Harvarda | 64-0284 | |
| System grzewczy | Warner Instruments | TC-344B | |
| 40-krotny obiektyw | zanurzeniowy w wodzieOlympus | 1-UM587 | |
| 10-krotny obiektyw do zanurzenia w wodzie | Olympus | 1-UM583 | |
| Lambda DG-4 | Sutter Instruments | Oprogramowanie DG-4/OF | |
| MetaMorph | Urządzenia molekularne | Oprogramowanie 40000 | |
| Imaris | Bitplane | BPI-IM70-F1 |