Ogólnym celem tej metody jest uzyskanie wysokiej rozdzielczości, trójwymiarowych obrazów pojedynczych neuronów, które są zainfekowane przez obligatoryjnego wewnątrzkomórkowego pasożyta Toxoplasma gondii.
Toxoplasma jest często uważana za jedną z najbardziej skutecznych pasożytów, ze względu na duży zakres pośrednich żywicieli, który obejmuje ludzi i gryzonie. Zarówno u ludzi, jak i gryzoni, po ostrym zakażeniu poprzez spożycie skażonej żywności lub wody, Toxoplasma jest w stanie wywołać trwałe zakażenie OUN poprzez przekształcenie się z szybko replikującej się formy (tachyzoitu) do formy wolno replikującej się i otorbiającej (bradyzoit). Uważa się, że u osób immunokompetentnych to utajone zakażenie OUN przebiega stosunkowo bezobjawowo, ale u osób z obniżoną odpornością, takich jak pacjenci z AIDS lub biorcy przeszczepów, nawrót pasożyta może prowadzić do śmiertelnego toksoplazmatycznego zapalenia mózgu1,2. Ponadto ostatnie badania wykazały, że utajone zakażenie Toxoplasma może prowadzić do zmian w zachowaniu gryzoni3,4, chociaż mechanizm pozostaje nieznany.
Zaskakująco, pomimo tych danych podkreślających znaczenie interakcji OUN-Toxoplasma, stosunkowo niewiele wiadomo o tym związku, zwłaszcza na poziomie komórkowym i molekularnym. Możliwość badania nawet prostych aspektów interakcji mózg-pasożyt została częściowo utrudniona przez ograniczenia technologiczne. Na przykład większość prac pokazujących, że neurony są komórkami, w których utrzymują się torbiele, została wykonana za pomocą mikroskopii elektronowej (EM)5,6. Chociaż EM zapewnia wysoką rozdzielczość, jest czasochłonne, pracochłonne i drogie. Testy immunofluorescencyjne (IF) zostały ostatnio wykorzystane w połączeniu z mikroskopią konfokalną w celu potwierdzenia pracy wykonanej przez EM7. Testy IF są technicznie łatwe do wykonania i stosunkowo niedrogie, ale wykorzystanie tych technik do zrozumienia relacji przestrzennej między torbielą a zakażonym neuronem wymaga seryjnej rekonstrukcji, która jest czasochłonna, trudna technicznie i może prowadzić do utraty cennych informacji. W ten sposób opracowaliśmy metodę, która może być stosowana z mysim modelem toksoplazmozy OUN i pozwala nam obrazować całość zakażonych neuronów bez EM lub immunohistochemii (IHC). Opracowując taką technikę, możemy zacząć badać związek komórkowy między zakażoną komórką a torbielą w stosunkowo szybki i niedrogi sposób.
Metoda, którą opracowaliśmy, łączy nowsze techniki optycznego oczyszczania i obrazowania grubych fragmentów mózgu za pomocą mikroskopii konfokalnej8 z systemem, który oznacza in vivo komórki, którym wstrzyknięto białka pasożytów9,10. W tym systemie zakażamy myszy Cre-reporter, które wyrażają zielone białko fluorescencyjne (GFP) dopiero po rekombinacji11 za pośrednictwem Cre ze szczepami Toxoplasma, które eksprymują białko czerwonej fluorescencji (RFP) i wstrzykują rekombinazę Cre do komórek gospodarza9. Ta kombinacja pozwala nam pobrać zainfekowany mózg myszy po ustaleniu infekcji OUN, wyciąć grube fragmenty mózgu i szybko zidentyfikować odpowiednie obszary do zobrazowania, znajdując torbiele RFP+. Ważne jest, aby pamiętać, że ponieważ ekspresja GFP w komórkach gospodarza zależy wyłącznie od wstrzyknięcia Cre przez pasożyty, a nie od infekcji, wiele komórek GFP+ nie zawiera pasożytów10. Ponieważ celem tego protokołu jest możliwość obrazowania całych zainfekowanych neuronów, nacisk kładziony jest tylko na neurony GFP+, które również zawierają torbiel RFP+, ale protokół może być również używany do obrazowania neuronów GFP+/RFP-.
Po pobraniu i podziale zainfekowanego mózgu, sekcje stają się przezroczyste przez usunięcie glicerolu. Odpowiednie obszary skrawków są następnie obrazowane za pomocą mikroskopii konfokalnej, co pozwala na niespotykaną dotąd wizualizację zakażonych komórek gospodarza i otorbionych pasożytów w całości. Tutaj przedstawiamy kompletny protokół identyfikacji, optycznego oczyszczania i obrazowania zainfekowanych neuronów.