Tutaj prezentujemy protokół do wizualizacji drobnych struktur nerwów obwodowych poprzez uzyskanie i barwienie odcinków 1-2 μm błękitem toluidynowym
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół do wizualizacji drobnych struktur nerwów obwodowych poprzez uzyskanie i barwienie odcinków 1-2 μm błękitem toluidynowym
Nerwy obwodowe rozciągają się po całym ciele, unerwiając docelowe tkanki za pomocą aksonów motorycznych lub czuciowych. Ze względu na powszechną dystrybucję, nerwy obwodowe są często uszkodzone z powodu urazu lub choroby. Ponieważ opracowano metody i strategie oceny uszkodzenia nerwów obwodowych w modelach zwierzęcych, funkcji i regeneracji, analiza morfometrii nerwu obwodowego stała się niezbędnym pomiarem końcowego wyniku. Barwienie niebieskim toluidynowym przekrojów czynnych nerwów uzyskane z odcinków nerwów zatopionych w żywicy jest powtarzalną metodą jakościowej i ilościowej oceny nerwów obwodowych, umożliwiającą wizualizację morfologii, liczby aksonów i stopnia mielinizacji. Ta technika, podobnie jak w przypadku wielu innych metod histologicznych, może być trudna do nauczenia się i opanowania przy użyciu standardowych pisemnych protokołów. Intencją niniejszej publikacji jest zatem zaakcentowanie pisemnych protokołów barwienia nerwów obwodowych błękitem toluidynowym za pomocą wideografii metody, przy użyciu nerwów kulszowych pobranych od szczurów. W tym protokole opisujemy unieruchomienie nerwów obwodowych in vivo i pobranie tkanki oraz po utrwaleniu 2% tetratlenkiem osmu, osadzenie nerwów w żywicy epoksydowej oraz ultramikrotomowe cięcie nerwów do grubości 1-2 μm. Skrawki nerwów są następnie przenoszone na szkiełko podstawowe i barwione błękitem toluidynowym, po czym są oceniane ilościowo i jakościowo. Przedstawiono przykłady najczęstszych problemów, a także kroki mające na celu ich złagodzenie.
Nerwy obwodowe rozciągają się po całym ciele, unerwiając docelowe tkanki za pomocą aksonów motorycznych lub czuciowych1. Wady nerwów obwodowych spowodowane zaburzeniami medycznymi i urazami stanowią poważny problem zdrowia publicznego i mają duże skutki ekonomiczne2,3. Pomimo postępów w ocenie wyników uszkodzeń nerwów obwodowych i zrozumieniu regeneracji nerwów, tradycyjne metody, takie jak histologia nerwów i techniki barwienia, są niezbędnymi narzędziami do jakościowej i ilościowej oceny zdrowia nerwów jako końcowego pomiaru wyniku w modelach zwierzęcych lub wyciętej tkance ludzkiej. Jest to często łączone z elektrofizjologicznymi pomiarami funkcji nerwów obwodowych, gdzie morfometria może ujawnić, dlaczego funkcjonalna regeneracja nerwów nastąpiła lub nie.
Barwienie niebieskim toluidyną półcienkich odcinków nerwów obwodowych zatopionych w żywicy to specjalistyczna metoda obrazowania mielinowych włókien nerwowych, zapewniająca wysokiej jakości i wyraźne szczegółowe obrazy struktur nerwowych4,5,6. Błękit toluidynowy jest kwasofilnym barwnikiem metachromatycznym, odkrytym przez Williama Henry'ego Perkina w 1856 roku7 i był używany w kilku zastosowaniach medycznych8. Zabarwione na niebiesko toluidyną odcinki nerwów obwodowych uzyskane z segmentów nerwowych zatopionych w żywicy pozwalają na wyraźną wizualizację struktur nerwowych. Wizualizacja struktury osłonki mielinowej może być wzbogacona przez zastosowanie tetratlenku osmu po utrwaleniu4,9. Tetroxide osmu jest toksycznym utleniaczem i utrwalaczem lipidów, który oddziałuje z podwójnymi wiązaniami w lipidach, co skutkuje wyraźnie zdefiniowanymi, bogatymi w lipidy osłonkami mielinowymi10. Jednak tetratlenek osmu jest toksyczny, drogi, wymaga dłuższej inkubacji segmentów nerwowych i nie zawsze jest stosowany.
Alternatywne metody przetwarzania i barwienia zostały opracowane do wizualizacji morfologii nerwów obwodowych; Parafina, sekcja kriogeniczna i cięcie nerwów zatopione w żywicy epoksydowej, a następnie barwienie błękitem toluidynowym lub roztworem fenylenodiaminy zostały wykorzystane do ilościowego określenia zmian morfologicznych regeneracji nerwów obwodowych 11,12. Każda z tych metod ma swoje zalety i dostarcza istotnych danych na temat liczby aksonów, grubości mieliny, średnicy aksonu i średnicy aksonu do średnicy włókna mielinizowanego (współczynnik g) 11,13,14,15.
Podstawową cechą zatapiania żywicy w tym protokole jest to, że ułatwia uzyskanie przekrojów o grubości 1-2 μm ze względu na twardość żywicy, przy jednoczesnym zachowaniu właściwości histologicznych nerwu. Te cienkie sekcje, w przeciwieństwie do odcinków o grubości 4-5 μm uzyskanych z zatapiania parafiny, zapewniają obwodowym skrawkom nerwów wyższą rozdzielczość, co pozwala na dokładniejsze określenie ilościowe mielinizacji aksonów, takie jak współczynnik g, którego nie można uzyskać z grubszych odcinków16. Podczas gdy cięcie kriogeniczne może być stosowane do uzyskiwania przekrojów 1-2 μm, z naszego doświadczenia wynika, że trudniej jest uzyskać przekroje bez licznych dużych pęknięć. Takie pęknięte odcinki mogą powodować niedokładne liczenie liczby aksonów i aspektów mielinizacji.
Oprócz barwienia niebieskim toluidyną17, metoda barwienia srebrem18 i trichromowe barwienie Massona4 mogą być również używane do pokazywania aksonów nerwowych. Jednak przy użyciu zatapiania żywicą środkowych odcinków nerwu szczura wybarwionych hematoksyliną i eozyną lub trichromem Massona wykazało słabe osłonki mielinowe i nierozpoznane struktury, podczas gdy barwienie błękitem toluidyny wykazało wyraźny obraz osłonki mielinowej i można je łatwo określić ilościowo4. Pomimo pewnych ograniczeń, barwienie nerwów obwodowych osadzonych w żywicy błękitem toluidynowym jest cenną techniką, która może być stosowana, gdy wymagane są obrazy morfologii nerwów o wysokiej rozdzielczości.
Główną wadą zatapiania żywicy jest to, że jest czasochłonne i nie pozwala na immunologiczne barwienie tej samej tkanki ze względu na trudność w odzyskaniu antygenu w porównaniu z technikami zaparzania parafiny i zamrożonych skrawków. W związku z tym generalnie nie jest możliwe wykorzystanie tej samej tkanki do barwienia immunologicznego, która jest przetwarzana poprzez zatapianie żywicy w celu barwienia błękitem toluidyny. Chociaż nie jest to tutaj stosowane, jeśli immunohistochemia jest pożądana w sekcjach osadzonych w żywicy, zastosowanie żywic zatapiających metakrylan glikolu pozwala na przeprowadzenie immunohistochemii na skrawkach tkanek, ale jest stosunkowo drogie19. Można to nieco złagodzić, przecinając nerw obwodowy na oddzielne segmenty, niektóre do zatapiania żywicy, a inne do barwienia immunologicznego bezpośrednio po utrwaleniu.
Proces barwienia nerwów obwodowych zanurzonych w żywicy na niebiesko toluidyny, podobnie jak w przypadku większości analiz histopatologicznych, można podzielić na pięć etapów, w tym utrwalanie, odwadnianie, osadzanie, cięcie i barwienie20. Naszym celem jest przedstawienie protokołu i praktycznych wskazówek dotyczących używania osadzonych w żywicy odcinków nerwu kulszowego szczura barwionych błękitem toluidynowym w celu uzyskania wysokiej jakości obrazów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dorosłe szczury Sprague Dawley zostały wykorzystane w tym projekcie, a wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Wyoming.
1. Chirurgia i unieruchomienie nerwów in vivo
UWAGA: Informacje o dostawcach wszystkich materiałów i sprzętu użytego w tym protokole są wymienione w Tabeli Materiałów.
UWAGA: Utrwalanie nerwów in vivo służy do zachowania tkanki i zmniejszenia degradacji strukturalnej, która może wystąpić między śmiercią a pobraniem nerwów. Utrwalanie tkanek in vivo jest standardową praktyką przygotowania tkanki układu nerwowego do histologii, gdzie perfuzja jest często prekursorem tego. Umiejscowienie i wielkość nerwów obwodowych pozwalały na utrwalenie in situ. Nie zalecamy pobierania i utrwalania tkanek po eutanazji ze względu na możliwość degradacji tkanek.
2. Leczenie tetratlenkiem osmu i zatapianie żywicy
3. Cięcie za pomocą ultramikrotomu
4. Niebieskie barwienie toluidyny
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Osadzone w żywicy odcinki nerwów obwodowych barwione błękitem toluidynowym pozwalają na dokładne określenie ilościowe danych histologicznych. Przegląd procedury jest pokazany w (Rysunek 2). Skrawki nerwów kulszowych zanurzone w podłożu żywicznym i zabarwione błękitem toluidynowym wykazywały wyraźne obrazy o optymalnej rozdzielczości (ryc. 3). Uszkodzenie nerwów może powodować wiele zmian w strukturach morfologicznych nerwów, na przykład zmian...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Badania struktur morfologicznych uszkodzenia i regeneracji nerwów obwodowych są częstymi przedmiotami badań13. W tym protokole opisujemy kroki w celu uzyskania wysokiej jakości obrazów do kwantyfikacji danych histologicznych przy użyciu tkanki nerwowej rwy kulszowej szczura osadzonej w blokach żywicy i wybarwionej błękitem toluidynowym. Technika ta zapewnia obraz morfologii nerwów, w którym regenerację nerwów można określić ilościowo, mierząc liczbę aksonów, stopień mielinizacji, obecność naciekaj...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie pozostają w konflikcie interesów.
Autorzy chcieliby podziękować Jenkins Microscopy Facility na Uniwersytecie Wyoming za pomoc, a członkom laboratorium Bushman, Kelly Roballo, Hayden True, Wupu Osimanjiang i Subash Dhunghana, za pomoc w opiece nad zwierzętami. Publikacja ta była możliwa dzięki Nagrodzie Rozwoju Instytucjonalnego (IDeA) przyznanej przez Narodowy Instytut Ogólnych Nauk Medycznych Narodowych Instytutów Zdrowia w ramach grantu # 2P20GM103432.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Bufor fosforanowy Dulbecco sól fizjologiczna | Gibco | 14200-075 | |
| Roztwór aldehydu glutarowego | Sigma-Aldrich | G6257 | |
| Paraformaldehyd | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| Monohydrat fosforanu sodu jednozasadowy | Sigma-Aldrich | S9638 | |
| Błękit toluidynowy O | Sigma-Aldrich | T3260 | |
| Tetraboran sodu Decahydrate | Acros Organics | 205950010 | |
| Isoflurane | Piramal | NDC 66794-013-25 | |
| Zestaw do zatapiania żywicy epoksydowej | Sigma-Aldrich | 45359 | |
| Roztwór wodorotlenku sodu | Sigma-Aldrich | 72068 | Aby dostosować utrwalacz pH Trumpa |
| Aceton | Fisher Chemical | 170942 | |
| Roztwór tetratlenku osmu | Sigma-Aldrich | 75632 | |
| Mikroprowadnice VWR, Superfrost Plus | VWR | 48311-703 | |
| Szklana osłona mikroskopu | Fisher Scientific | 12545102 | |
| Pelco Embedding Cast | Fisher Scientific | NC9671811 | |
| Maszyna do noży do szkła | Produkty RMC | GKM-2 | |
| Produkty RMC | MT-XL | ||
| 15 ml Probówka stożkowa | Falcon | ISO 9001 | |
| Eppendorf 1,5 ml mikrowirówki | Sigma-Aldrich | T9661 | |
| 4 ml Szklana fiolka | Sigma-Aldrich | 854190 | |
| VWR | 55411-050 | Do przycinania bloku żywicy | |
| Doskonała pętla | Mikroskopia elektronowa Nauki | 70944 | Do zbierania cienkich odcinków żywicy |
| Paski noża Ultra Glass 6,4 mm x 25 mm x 400 mm | Mikroskopia elektronowa Nauki | 71012 | |
| 100 Watt Piec | Millipore | ||
| Bibuła filtracyjna Whatman | Sigma-Aldrich | WHA10010155 | |
| 3 ml plastikowa pipeta | Zestaw mikrochirurgiczny Sigma-Aldrich | Z331740 | |
| Światowe instrumenty | |||
| Mikroskop | Podwójna kolorowa i monochromatyczna kamera CCD, DP80 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie