Tutaj prezentujemy zautomatyzowaną metodę półilościowego określania liczby neuronów dopaminergicznych u szczurzej istoty czarnej pars compacta.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy zautomatyzowaną metodę półilościowego określania liczby neuronów dopaminergicznych u szczurzej istoty czarnej pars compacta.
Oszacowanie liczby neuronów dopaminergicznych w istocie czarnej jest kluczową metodą w badaniach przedklinicznych nad chorobą Parkinsona. Obecnie bezstronne zliczanie stereologiczne jest standardem w kwantyfikacji tych komórek, ale pozostaje pracochłonnym i czasochłonnym procesem, który może nie być wykonalny dla wszystkich projektów. W tym miejscu opisujemy zastosowanie platformy do analizy obrazu, która może dokładnie oszacować liczbę oznaczonych komórek we wstępnie zdefiniowanym obszarze zainteresowania. Opisujemy krok po kroku protokół dla tej metody analizy w mózgu szczura i pokazujemy, że może on zidentyfikować znaczne zmniejszenie neuronów dodatnich pod względem hydroksylazy tyrozynowej z powodu ekspresji zmutowanej α-synukleiny w istocie czarnej. Zwalidowaliśmy tę metodologię, porównując ją z wynikami uzyskanymi za pomocą bezstronnej stereologii. Podsumowując, metoda ta zapewnia efektywny czasowo i dokładny proces wykrywania zmian w liczbie neuronów dopaminergicznych, a tym samym nadaje się do skutecznego określania wpływu interwencji na przeżycie komórek.
Choroba Parkinsona (PD) jest powszechnym neurodegeneracyjnym zaburzeniem ruchowym charakteryzującym się obecnością agregatów białkowych zawierających α-synukleinę (α-syn) i preferencyjną utratą neuronów dopaminergicznych w istocie czarnej pars compacta (SNpc)1. Kwantyfikacja liczby neuronów dopaminergicznych jest istotną częścią badań nad chorobą Parkinsona, ponieważ pozwala na ocenę integralności układu nigrostriatalnego, zapewniając w ten sposób ważny punkt końcowy do oceny skuteczności potencjalnych terapii modyfikujących przebieg choroby. Obecnie standardem ilościowego określania liczby komórek jest bezstronne zliczanie stereologiczne, które wykorzystuje dwuwymiarowe (2D) przekroje tkanek do oszacowania cech wolumetrycznych w strukturach trójwymiarowych (3D)2,3,4. Nowoczesne metody stereologiczne oparte na projektowaniu wykorzystują kompleksowe procedury losowego pobierania próbek i stosują protokoły zliczania (znane jako sondy) w celu uniknięcia potencjalnych artefaktów i błędów systematycznych, co pozwala na niezawodne wykrywanie różnic tylko nieznacznie większych niż zmienność między zwierzętami5. Chociaż stereologia stanowi potężne narzędzie analityczne do badań histologicznych in vivo, jest czasochłonna, zakłada jednolite przygotowanie próbki i wymaga walidacji na kilku etapach, co może mieć wpływ na wydajność coraz bardziej wymaganą w przedklinicznych badaniach translacyjnych.
Najnowsze osiągnięcia technologiczne w nauce cyfrowej umożliwiają przyjęcie nowatorskich aplikacji do bardziej efektywnej oceny patologii bez stereomikroskopu, jednocześnie wypełniając potrzebę jako substytut bezstronnej stereologii. Metody te zwiększają szybkość, redukują błędy ludzkie i poprawiają odtwarzalność technik stereologicznych6,7. HALO jest jedną z takich platform analizy obrazu do ilościowej analizy tkanek w patologii cyfrowej. Składa się z wielu różnych modułów i raportuje morfologiczne i multipleksowane dane dotyczące ekspresji na podstawie komórki po komórce w całych odcinkach tkanek przy użyciu algorytmów rozpoznawania wzorców. Moduł cytonuclear FL mierzy immunofluorescencyjność dodatnich markerów fluorescencyjnych w jądrze lub cytoplazmie. Pozwala to na raportowanie liczby komórek dodatnich dla każdego markera oraz wyniku intensywności dla każdej komórki. Moduł można dostosować do indywidualnych rozmiarów komórek i pomiarów intensywności, chociaż ta funkcja nie jest wymagana do ilościowego oznaczania neuronów dopaminergicznych.
Celem tego badania jest zweryfikowanie tej metody z wcześniej zweryfikowanym modelem neurodegeneracji nigral opartym na wektorze wirusowym opartym na wektorze wirusowym α-syn8,9,10. W tym modelu ludzki zmutowany A53T α-syn ulega ekspresji w SNpc przez stereotaktyczne wstrzyknięcie hybrydowego serotypu 1/2 wirusa związanego z adenowirusem (AAV1/2), co powoduje znaczną neurodegenerację w okresie 6 tygodni. Kontralateralny, niewstrzykiwany SNpc może, w niektórych badaniach, służyć jako wewnętrzna kontrola dla wstrzykniętej strony. Częściej wstrzyknięcie pustego wektora AAV (AAV-EV) w kohorcie kontrolnej zwierząt stosuje się jako kontrolę negatywną. Przedstawiamy przewodnik krok po kroku, jak oszacować gęstość neuronów dopaminergicznych pozostających w wstrzykniętym SNpc po 6 tygodniach przy użyciu oprogramowania do automatycznej analizy obrazu (Rysunek 1).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami Uniwersyteckiej Sieci Zdrowia i przeprowadzone zgodnie z wytycznymi i przepisami ustalonymi przez Kanadyjską Radę ds. Opieki nad Zwierzętami.
1. Stereotaktyczne wstrzykiwanie
2. Sekcja mózgu i immunohistochemia (IHC)
3. Mikroskopia konfokalna i akwizycja obrazu
4. Analiza obrazu i kwantyfikacja
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Stosując powyższe metody do tkanki mózgowej pobranej 6 tygodni po wstrzyknięciu AAV, wykazaliśmy, że stereotaktyczne wstrzyknięcie zmutowanego A53T α-syn (AAV-A53T) do SNpc mózgu szczura powoduje znaczne zmniejszenie gęstości neuronów dopaminergicznych w porównaniu do wstrzyknięcia pustego wektora AAV (AAV-EV) jako kontroli (Rysunek 5A, Średnia liczba neuronów TH-dodatnich/mm2 w SNpc szczurów, którym wstrzyknięto AAV-EV, wynosiła 276,2 ± 34,7, a w SNpc szczurów, którym wstr...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wiarygodna ocena integralności układu dopaminergicznego w przedklinicznych modelach choroby Parkinsona ma kluczowe znaczenie dla określenia skuteczności potencjalnych terapii modyfikujących przebieg choroby. Dlatego ważne jest, aby kontrolować i minimalizować potencjalne zakłócenia, które mogą zmniejszyć wiarygodność i odtwarzalność danych histopatologicznych. Staranne wyniki ilościowe mogą dostarczyć więcej informacji niż same opisy jakościowe lub półilościowe. Jednocześnie musimy zdać sobie sprawę, że ograniczenia czas...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie deklarują braku sprzecznych interesów.
Autorzy chcieliby podziękować wszystkim pracownikom Zaawansowanego Ośrodka Mikroskopii Optycznej (AOMF) w University Health Network za poświęcony czas i pomoc w opracowaniu tego protokołu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Przeciwciało A-Syn | ThermoFisher Scientific | 32-8100 | |
| ABC Elite | Vector Labs | PK-6102 | |
| Alexa Fluor 488 przeciwciało drugorzędowe | ThermoFisher Scientific | A-11008 | |
| Alexa Fluor 555 przeciwciało drugorzędowe | ThermoFisher Scientific | A-28180 | |
| Przeciwciało przeciw-królicze igG sprzężone z fosfatazą alkaliczną | Jackson Jackson Immuno | 111-055-144 | |
| Biotynylowane przeciwciało przeciw mysim IgG | Vector Labs | BA-9200 | |
| Albumina surowicy bydlęcej | Sigma | A2153 | |
| DAKO Fluorescencyjne podłoże montażowe | Agilent | S3023 | |
| HALO™ | Indica Labs | ||
| Histo-Clear II | Diamed | HS202 | |
| ImmPACT DAB Podłoże peroksydazy | Vector Labs | SK-4105 | |
| LSM880 Mikroskop konfokalny | Zeiss | ||
| NeuN Przeciwciało | Millipore | MAB377 | |
| Normalna surowica kozia | Vector Labs | S-1000-20 | |
| OCT | Tissue-Tek | ||
| Paraformaldehyde | BioShop | PAR070.1 | |
| Przesuwny mikrotom | Leica | SM2010 R | |
| Stereo Investigator | MBF Bioscience | ||
| Sacharoza | BioShop | SUC700 | |
| TH Przeciwciało | ThermoFisher Scientific | P21962 | |
| VectaMount | Vector Labs | H-5000 | |
| Wektor Niebieski Podłoże fosfatazy alkalicznej | Vector Labs | SK-5300 | |
| Zen Black Oprogramowanie | Zeiss | ||
| Zen Blue | Oprogramowanie Zeiss |
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