W tym badaniu, szczegółowa technika mikroskopii świetlnej została zoptymalizowana do obserwacji i analizy ruchu rzęsek CPEC w czasie rzeczywistym ex vivo wraz z metodą mikroskopii elektronowej do analizy ultrastrukturalnej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
W tym badaniu, szczegółowa technika mikroskopii świetlnej została zoptymalizowana do obserwacji i analizy ruchu rzęsek CPEC w czasie rzeczywistym ex vivo wraz z metodą mikroskopii elektronowej do analizy ultrastrukturalnej.
Splot naczyniówkowy znajduje się w ścianie komorowej mózgu, której główną funkcją uważa się za produkcję płynu mózgowo-rdzeniowego. Komórki nabłonkowe splotu naczyniówkowego (CPEC) pokrywające powierzchnię tkanki splotu naczyniówkowego zawierają wiele unikalnych rzęsek, ale większość funkcji tych rzęsek pozostaje do zbadania. Aby odkryć funkcję rzęsek CPEC ze szczególnym uwzględnieniem ich ruchliwości, opracowano system obserwacji ex vivo do monitorowania ruchliwości rzęsek w okresie embrionalnym, okołoporodowym i poporodowym. Splot naczyniówkowy wypreparowano z komory mózgowej i obserwowano pod mikroskopem kontrastowym ze wzmocnieniem wideo, wyposażonym w dyferencyjną optykę kontrastową. W tych warunkach opracowano prostą i ilościową metodę analizy profili ruchliwych rzęsek CPEC przez kilka godzin ex vivo. Następnie za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej obserwowano zmiany morfologiczne rzęsek podczas ich rozwoju, aby wyjaśnić związek między dojrzałością morfologiczną rzęsek a ruchliwością. Co ciekawe, metoda ta może nakreślić zmiany w liczbie i długości rzęsek, które osiągnęły szczyt w dniu pourodzeniowym (P) 2, podczas gdy częstotliwość bicia osiągnęła maksimum w P10, po którym nastąpiło nagłe ustanie w P14. Techniki te umożliwią wyjaśnienie funkcji rzęsek w różnych tkankach. Podczas gdy podobne techniki zostały opublikowane w poprzednim raporcie1, obecne badanie koncentruje się na szczegółowych technikach obserwacji ruchliwości i morfologii rzęsek CPEC ex vivo.
Rzęski to przypominające włosy wypustki na powierzchni większości komórek kręgowców, które przyciągnęły uwagę badaczy medycznych ze względu na klasę chorób określanych jako ciliopatie 2-4. Pomimo wszechobecnej ekspresji organelli odnotowano szeroką gamę funkcji rzęskowych, w tym ruchliwość i bioczujniki. Na przykład ruchliwe rzęski na powierzchni błony śluzowej transportują śluz5 i resztki nabłonka do ujścia przewodów, zapobiegając w ten sposób chorobie poprzez oczyszczanie powierzchni nabłonka. Ponadto we wczesnych okresach rozwojowych i stadiach embrionalnych rzęski regulują proliferację komórek macierzystych6 i biorą udział w określaniu asymetrii lewo-prawej strony ciała kręgowców7.
Komórki nabłonkowe splotu naczyniówkowego (CPECs) są pochodnymi komórek neuroepitelialnych, które pokrywają powierzchnię tkanki splotu naczyniówkowego w mózgu, które odgrywają ważną rolę w utrzymaniu homeostazy środowiska wewnątrzczaszkowego poprzez produkcję płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF). Wcześniej wykazano, że CPEC mają wiele nieruchliwych rzęsek, które regulują produkcję płynu mózgowo-rdzeniowego poprzez receptory sprzężone z białkiem G, które są specyficznie skoncentrowane na rzęskach8. Chociaż rzęski te były uważane za spokojne rzęski nieruchome, odkryto, że niektóre rzęski CPEC wykazują przejściową ruchliwość w okresie noworodkowym1. Odkrycie to było dość ważne, ponieważ ujawniło, że tak zwane rzęski nieruchome niekoniecznie są nieruchome od początku rozwoju i mogą wykazywać przejściową ruchliwość w określonych oknach czasowych, prawdopodobnie w odpowiedzi na określone wymagania i funkcje fizjologiczne9. Aby precyzyjnie opisać ruchliwą naturę rzęsek CPEC, konieczne jest opracowanie systemu obserwacji ex vivo, który obejmuje analizę profili kinetycznych unikalnych dla rzęsek CPEC.
Jeśli chodzi o ruchliwość, chociaż kilka raportów technicznych opisywało obserwacje ruchliwych rzęsek nabłonka tchawicy5,10, ruchliwych jednokomórkowych wici11, tak zwanych konwencjonalnych rzęsek ruchliwych12 i rzęsek węzłowych13, szczegółowe metody analityczne mające zastosowanie do stosunkowo pofałdowanych struktur, takich jak splot naczyniówkowy, nie zostały do tej pory dobrze udokumentowane. Co więcej, do analizy ruchu rzęsek CPEC wymagana jest wysoka rozdzielczość czasowa, w której niezbędne są drogie kamery szybkoobrotowe. Aby obejść tę konieczność i uprościć monitorowanie ruchliwości rzęsek różnych typów komórek, wprowadzono tanią, szybką kamerę oraz opracowano łatwo dostępną i wygodną metodę rejestrowania ruchliwości rzęsek, zwłaszcza w celu opisania prędkości i wzorca ruchu każdej rzęski1. Ponadto zastosowano tu autorskie oprogramowanie do analizy obrazu "TI Workbench", które ułatwia szczegółową analizę ruchliwości. Podsumowując, metoda ta zapewnia nową, zwięzłą strategię analizy ruchu rzęsek wraz z korelacyjną skaningową mikroskopią elektronową (SEM), która może być zastosowana w szerokim zakresie badań rzęsek.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokoły i wykorzystanie zwierząt doświadczalnych zostały zatwierdzone przez instytucjonalne komitety ds. opieki nad zwierzętami i ich użytkowania na Uniwersytecie Yamanashi i Uniwersytecie Waseda. Opieka nad zwierzętami odbywała się zgodnie z wytycznymi instytucji.
1. Przygotowanie do CPEC
2. Obrazowanie na żywo rzęsek CPEC
3. Analiza ruchu rzęsek
4. Przygotowanie próbki do SEM
Uwaga: SEM jest ważną metodą oceny stanu rzęsek na CPEC w kompleksowy sposób. Do przygotowania próbek do SEM stosuje się standardową procedurę opisaną wcześniej15 z niewielkimi modyfikacjami.
5. Obserwacja przez SEM
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przegląd przebiegu pracy przedstawiono na Rysunku 1, wraz z obrazami urządzeń.
Obserwacje ruchu CPECs w czasie rzeczywistym
Film 1 przedstawia komórki CPECs wyizolowane z myszy w okresie okołoporodowym, a Film 2 pokazuje powiększony widok obrazów z Filmu 1. Należy zauważyć, że poszczególne końcówki rzęsek są mniej wyraźne na obrazach statycznych w porównaniu do filmów. Rycina 2 prze...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Perspektywy tej metody
Chociaż opisana tutaj technika nie zapewnia bardziej szczegółowej analizy rzęsek niż wcześniej opublikowane metody, znaczenie tej techniki polega na prostocie systemu i efektywności kosztowej, które można łatwo zastosować do badań przesiewowych każdego rodzaju ruchliwości rzęsek ex vivo. W szczególności TI Workbench zapewnia prosty i przyjazny dla użytkownika interfejs, który umożliwia badaczom łatwiejszą obserwację i analizę ruchliwości rzęsek. Nie opracowano s...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych. Niniejsza praca ma na celu przedstawienie szczegółowej metodyki obserwacji ruchliwości rzęsek w izolowanych tkankach splotu naczyniówkowego. Nowinki naukowe zostały zgłoszone we wcześniejszych badaniach1,8.
Ta praca była wspierana przez Projekt dla Prywatnych Uniwersytetów: dotacja z Ministerstwa Edukacji, Kultury, Sportu, Nauki i Technologii (MEXT) Japonii (T.I.) oraz Grants-in-Aid na badania naukowe (C) z MEXT (S.T. i K.N.).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Wymagane odczynniki | |||
| do obrazowania żywych komórek | |||
| etanol | Wako Chemicals | 057-00456 | |
| Leibovitz L-15 medium | Life Technologies | 11415-064 | |
| do przygotowania SEM | |||
| etanol | Wako Chemicals | 057-00456 | |
| Zrównoważony roztwór soli Hanka | Life Technologies | 14170112 | |
| paraformaldehyd | Merck | 1040051000 | |
| aldehyd glutarowy | Nacalai tesque | 17003-05 | |
| octan izoamylu | Nacalai tesque | 02710-95 | |
| Sita molekularne 4A 1/8 | Wako Chemicals | 130-08655 | do przygotowania bezwodnego |
| buforu fosforanowego etanolu soli fizjologicznej (PBS) | Sigma-Aldrich | D1408 | |
| bufor fosforanowy, 0,1 M | Aby przygotować 100 ml, wymieszaj 19,0 ml 0,1 M NaH2PO4 i 81,0 ml 0,1 M Na2HPO4 | ||
| monosodium fosforan (dwuwodny) | Nacalai tesque | 31718-15 | |
| fosforan disodowy (bezwodny) | Nacalai tesque | 31801-05 | |
| suclose | Nacalai tesque | 30406-25 | |
| tetratlenek osmu | Nisshin EM | 300 | |
| suchy lód | |||
| [nagłówek] | |||
| Narzędzia i materiały do sekcji | |||
| zarówno do obrazowania na żywo, jak i przygotowania SEM | |||
| stereoskop | Olympus | SZX7 | |
| płaski ręcznik | |||
| Φ Naczynie | |||
| cm Zlewka | |||
| Nożyczki proste | Sansyo | S-2B | |
| Dumont | No.DU-3 lub -4, INOX | ||
| do obrazowania żywych komórek | |||
| szklane naczynie dolne | Matsunami Glass | D110300 | |
| do przygotowania SEM | |||
| alminum flainka | |||
| szklana 5 ml z polietylenowym nasadką | Nichiden Rika-Glass | PS-5A | |
| pipeta transferowa | Samco | Scientific SM251-1S | do transportu próbek |
| Wykałaczka | do przenoszenia próbek | ||
| Napylanie jonowe ze złotem i palladem | Hitachi | Suszarka punktu krytycznego E-1030 | |
| Hitachi | HCP-2 | ||
| [header] | |||
| Mikroskopijny sprzęt i materiały | |||
| do obrazowania żywych komórek | |||
| mikroskop odwrócony | Olympus | IX81 | |
| 100 W obudowa i zasilacz z bryłami rtęci | Olympus | Lampa rtęciowa U-ULH i BH2-RFL-T3 | |
| 100 W | Kondensator Ushio | ||
| DIC, nie dotyczy 0,55 | Olympus | IX-LWUCD | |
| Associates | VS35S22M1R3-24 i VMM-D1 | . | |
| filtr pasmowo-przepustowy (400-700 nm, Φ 45 mm) | Filtr ND Koshin Kagaku | C10-110621-1 | |
| (Φ 45 mm) | Olympus | 45ND6, 45ND25 | kombinacja filtrów 25% i 6% ND to soczewka |
| obiektywu (zanurzenie w wodzie) z elementem DIC | Olympus | UApo 40XW/340, n.a., 1.15 z szybką kamerą wideo IX-DPAO40 | |
| Allied Vision Technologies | GE680 | ≥ Częstotliwość odświeżania 200 Hz i czas naświetlania 1 ms | |
| oprogramowanie do akwizycji / analizy obrazu | domu, oprogramowanie | TI Workbench | zdolne do akwizycji z dużą liczbą klatek na sekundę. |
| Komputer do sterowania / analizy kamery | Stół | Mac Pro | |
| Meiritsu Seiki | AD0806 | ||
| waga do tkanek | Zestawy kotew krojonych | Warner Instruments | Może być wykonany z nylonowej siatki przyklejonej do zgniecionego w kształcie litery U i Phi; 0,5 mm drut platynowy. |
| Szkło nakrywkowe (alternatywna waga dla chusteczek) | Matsunami | na zamówienie | Szkło nakrywkowe może być używane jako odważnik do chusteczek. |
| dla SEM | |||
| inverted mikroskop | Olympus | IX81 | |
| JEOL | JSM-6510 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.