Obecny protokół opisuje praktyczną strategię przyspieszenia etapu weryfikacji współrzędnych iniekcji stereotaktycznej przed przeprowadzeniem śledzenia wirusa za pomocą barwników i zamrożonych skrawków.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Obecny protokół opisuje praktyczną strategię przyspieszenia etapu weryfikacji współrzędnych iniekcji stereotaktycznej przed przeprowadzeniem śledzenia wirusa za pomocą barwników i zamrożonych skrawków.
Stereotaktyczne wstrzyknięcie określonego obszaru mózgu stanowi podstawową technikę eksperymentalną w podstawowej neurobiologii. Naukowcy często opierają swój wybór parametrów iniekcji stereotaktycznej na atlasach mózgu myszy lub opublikowanych materiałach, w których wykorzystano różne populacje/wiek myszy i różne urządzenia stereotaktyczne, co wymaga dalszej walidacji parametrów współrzędnych stereotaktycznych. Skuteczność obrazowania wapnia, manipulacji chemogenetycznych i optogenetycznych zależy od precyzyjnej ekspresji genów reporterowych w obszarze zainteresowania, co często wymaga kilku tygodni wysiłku. Jest to więc czasochłonne zadanie, jeśli współrzędne docelowego obszaru mózgu nie zostaną wcześniej zweryfikowane. Stosując odpowiedni barwnik zamiast wirusa i wdrażając kriosekcję, naukowcy mogą obserwować miejsce wstrzyknięcia natychmiast po podaniu barwnika. Ułatwia to terminowe dostosowanie parametrów współrzędnych w przypadkach, gdy występują rozbieżności między rzeczywistym miejscem wstrzyknięcia a teoretycznym położeniem. Takie korekty znacznie zwiększają dokładność ekspresji wirusa w regionie docelowym w kolejnych eksperymentach.
Prawie wszystkie nowoczesne narzędzia neuromodulacji, w tym zapis wapnia in vivo, narzędzia optogenetyczne i chemogenetyczne, wymagają użycia współrzędnych stereotaktycznych do celowania w obszar zainteresowania mózgu1,2,3, tworząc podstawę manipulacji neuronalnej. Współrzędne stereotaktyczne dla obszarów mózgu myszy są zdefiniowane w odniesieniu do bregma i lambda, kostnych punktów orientacyjnych na czaszce, tworzących tak zwany stereotaktyczny układ współrzędnych wywodzący się z czaszki. Zarówno bregma, jak i lambda mogą służyć jako punkt zerowy współrzędnych trójwymiarowych. Trzy osie to przednio-tylna (AP), przyśrodkowo-boczna (ML) i grzbietowo-brzuszna (DV), reprezentująca osie y, x i z na cyfrowym wyświetlaczu instrumentów stereotaktycznych. Dla dobrze znanych obszarów mózgu parametry współrzędnych stereotaktycznych określonego obszaru można uzyskać z atlasów mózgu myszy 4 (np. Paxinos i mózg myszy Franklina we współrzędnych stereotaktycznych) i/lub opublikowanej literatury5,6. Jednak dalsza walidacja jest konieczna ze względu na różnice w sprzęcie stereotaktycznym oraz wiek/populacje myszy używanych przez różnych badaczy.
Struktura jest podstawą funkcji. Obwody neuronalne stanowią podstawę wielu funkcji mózgu, takich jak czynności poznawcze, emocje, pamięć, funkcje sensoryczne i motoryczne1. Etykietowanie struktury i manipulowanie aktywnością obwodów nerwowych jest niezbędne do zrozumienia funkcji określonego obwodu neuronalnego. W ciągu ostatnich dziesięcioleci znaczniki neuronowe ewoluowały przez wiele pokoleń; Wczesne badania przyjęły aglutyninę z kiełków pszenicy (WGA) i aglutyninę phaseolus vulgaris (PHA) jako znaczniki następcze, a fluorogold (FG), podjednostkę B toksyny (CTB), karbocyjaninę jako znaczniki wsteczne. Jednak w przeciwieństwie do znaczników wirusowych, te tradycyjne znaczniki neuronalne nie mogą integrować genów egzogennych z gospodarzem ani nie mają selektywności typu komórki. W dzisiejszych czasach strategia wirusowa stała się ważną propozycją podczas podstawowych badań neurobiologicznych. Do różnych celów badawczych można wybrać różne narzędzia wirusowe7,8. Istnieją wirusy nietranssynaptyczne, wirusy trans-multisynaptyczne (wsteczne i następcze) oraz wirusy transmonosynaptyczne (wsteczne i następcze). Każda kategoria zawiera kilka typów o odpowiednich cechach.
Proces podawania i wyrażania wirusa jest bardzo czasochłonny i zasobożerny, często trwa tygodnie, a nawet dłużej. Wśród różnych wektorów wirusowych, wirus związany z adenowirusem został zidentyfikowany jako obiecujący sposób dostarczania genów, zapewniający szerokie okno od 3 do 8 tygodni po wstrzyknięciu dla procedury eksperymentalnej7,8. W miarę rozwoju AAV analizę można przeprowadzić 2-3 tygodnie po podaniu9,10. Inne znaczniki obwodów neuronalnych, takie jak wirus wścieklizny rzekomej (PRV) i wirus wścieklizny (RV), również wymagają okresu śledzenia wynoszącego co najmniej 2-7 dni11,12,13,14,15. W związku z tym wstępna weryfikacja miejsca wstrzyknięcia przed obserwacją sygnałów fluorescencyjnych jest efektywna zarówno czasowo, jak i kosztowo.
Aby ułatwić prostą i szybką weryfikację stereotaktycznych zastrzyków, w tym badaniu, barwnik jest podawany przed wektorami wirusowymi, a kriosekcja umożliwia badaczom obserwację miejsca wstrzyknięcia i śledzenie go w ciągu 30 minut po wstrzyknięciu.
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi Animal Research Reporting In Vivo Experiments (ARRIVE) oraz National Institutes of Health Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. Niniejsze badanie zostało zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Szpitala Renji, Shanghai Jiaotong University School of Medicine. Do niniejszego badania wykorzystano ośmiotygodniowe samce myszy C57BL/6J. Zwierzęta zostały pozyskane w celach handlowych (patrz Tabela Materiałów) i trzymane w standardowych klatkach (22 °C ± 2 °C, 12 godzin/12 godzin cykl światła/ciemności, pożywienie i woda ad libitum).
1. Wybór docelowych obszarów mózgu
UWAGA: To jest sterylna procedura. Upewnij się, że wszystkie narzędzia chirurgiczne są wysterylizowane. Spryskaj rękawice alkoholem przed kontaktem z narzędziami chirurgicznymi. Unikaj dotykania końcówki narzędzi lub obszaru operacyjnego rękawiczkami. Upewnij się, że mysz jest odpowiednio znieczulona przed rozpoczęciem zabiegu, sprawdzając, czy nie ma utraty odruchów prostowania i braku reakcji na stymulację skóry. Przed wierceniem i wstrzyknięciem należy ściśle monitorować częstość oddechów (60-220 oddechów na minutę, średnio 100-150 oddechów na minutę) oraz amplitudę oddechu (powinna być stała i nie powinna być zbyt płytka ani głęboka). Należy zwrócić uwagę na wszelkie istotne zmiany w częstości lub amplitudzie oddechów.
2. Przygotowanie roztworu barwnika i mikroiniekcja mózgu
3. Pobieranie tkanki mózgowej i kriosekcja
4. Obrazowanie
To badanie z powodzeniem zidentyfikowało miejsce wstrzyknięcia w ciągu 30 minut przy użyciu zademonstrowanej metody. Początkowo roztwór ładujący próbkę SDS-PAGE zawierający błękit bromofenolowy wstrzyknięto do LDTgV myszom C57/BL. Rysunek 1A przedstawia schematyczne przedstawienie wstrzykiwania roztworu barwnika. Rozkład niebieskiego barwnika w LDTgV jest zilustrowany na Rysunek 1B.
Błękit bromofenolowy został również wstrzyknięty do kory przedlimbicznej mPFC, kory podlimbicznej mPFC i ciała migdałowatego basomedialnego (BMA), aby ocenić uniwersalność tego protokołu. Jak pokazano na Rysunek 1C-E i Rysunek 2A, niebieski barwnik był rozprowadzany w korze przedlimbicznej mPFC, korze podlimbicznej mPFC i BMA.
Ponadto, wirus związany z adenowirusem przenoszący fluorescencyjne białko mCherry został wstrzyknięty do LDTgV (współrzędne zostały zweryfikowane za pomocą roztworu barwnika). Ekspresja wirusa trwała cztery tygodnie. Rozkład neuronów mCherry+ w LDTgV jest przedstawiony w Rysunek 2B.

Rysunek 1: Wstrzykiwanie roztworu barwnika. (A) Schemat ideowy wstrzykiwania roztworu barwnika. (B) Dystrybucja niebieskiego barwnika w LDTgV. (C) Dystrybucja niebieskiego barwnika w korze przedlimbicznej mPFC. (D) Dystrybucja niebieskiego barwnika w korze podlimbicznej mPFC. (E) Dystrybucja niebieskiego barwnika w BMA. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Rozkład niebieskiego barwnika i rozkład mCherry oglądane pod mikroskopem. (A) Rozkład niebieskiego barwnika w korze przedlimbicznej mPFC (10-krotne powiększenie, podziałka = 500 μm). (B) Reprezentatywny obraz rozkładu mCherry w regionie LDTgV uzyskany za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej (10-krotne powiększenie, podziałka = 500 μm). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
W tym artykule opisano stabilną strategię weryfikacji dokładności stereotaktycznych wstrzyknięćdo mózgu 5,6 szybciej i prościej przed śledzeniem wirusa, ale niezastąpiony aspekt ekspresji genu reporterowego w regionie mózgu ma kluczowe znaczenie dla znakowania regionów mózgu. Użyty przez nas niebieski barwnik pozwolił na natychmiastową wizualizację miejsca iniekcji.
Kilka kluczowych etapów tego protokołu przyczynia się do poprawy dokładności miejsca wstrzyknięcia. Po pierwsze, zapewnienie poziomu mózgu od lewej do prawej w instrumencie stereotaktycznym od kroku 1.5; Ten krok wymaga od operatorów zaznajomienia się z anatomią czaszki, upewnienia się, że nauszniki są umieszczone we właściwej pozycji. Skale na nausznikach i ramka stereotaktyczna służą również jako odniesienia. Po drugie, znalezienie dokładnego punktu zerowego, bregmy, w kroku 1.6 i kroku 2.3. Czasami znaczna rozbieżność we współrzędnych znalezionych w krokach 1.6 i 2.3 wynika ze znacznej różnicy w położeniu punktu zerowego. Może to spowodować, że igła mikroiniektora nie będzie w stanie przeniknąć przez okno czaszki. W takich przypadkach konieczne jest przemieszczenie punktu zerowego i w razie potrzeby utworzenie nowego okna czaszkowego. Mimo to nadal konieczne jest ponowne ustalenie punktu zerowego i ponowne znalezienie współrzędnych w kroku 2.3; Nie można bezpośrednio wprowadzić mikrostrzykawki z wcześniej wykonanego okienka czaszkowego.
W porównaniu z cięciem niezamrożonego mózgu w formie do wycinania mózgu myszy, strategia ta zapewnia dokładniejszy wynik, ponieważ blok próbki stałej zapobiega ściskaniu mózgu przez ostrze i powodowaniu przemieszczania barwnika z punktów wstrzyknięcia. Co więcej, sekcje mózgu przecięte przez plastra mózgu są stosunkowo grubsze i niemożliwe do zlokalizowania małych jąder mózgowych. Jednak w porównaniu ze standardowym procesem kriosekcji tkanki mózgowej 11,12,13,14,15, skróciliśmy czas przetwarzania o co najmniej 72 godziny, pomijając etapy odwodnienia, co spowodowało, że sekcje mózgu były bardziej kruche i trudniejsze do wychwycenia na szkiełku podstawowym, co stanowi główną słabość tego protokołu.
Podczas tworzenia okien czaszkowych do wstrzykiwania barwnika, mocne przymocowanie wiertła dentystycznego do ramienia stereotaktycznego, zamiast trzymania go w ręku, ułatwia kontrolowanie głębokości wiercenia za pomocą pokrętła precyzyjnej regulacji, zmniejszając w ten sposób możliwość uszkodzenia tkanki mózgowej.
Podsumowując, badanie to dostarczyło obiecującej metody wstępnej weryfikacji dokładnych współrzędnych stereotaktycznych przed śledzeniem wirusa, dzięki czemu późniejszy proces znakowania i śledzenia neuronów jest bardziej wiarygodny.
Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów.
Chińska Narodowa Fundacja Nauk Przyrodniczych (grant nr 82101249 dla XY Sun), Chińska Fundacja Badań Podoktoranckich (grant nr 2022M722125 dla XY Sun). Shanghai Sailing Program (grant nr 21YF1425100 dla SH Chen). Specjalny Projekt Badań Klinicznych Miejskiej Komisji Zdrowia w Szanghaju (grant nr 202340088 dla J Zhou). Chińska Narodowa Fundacja Nauk Przyrodniczych (grant nr 82101262 dla X Zhang, grant nr 82101287 dla SH Chena).
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1.0 &mikro; L, Strzykawka Neuros, Model 7001 KH, 32 G, Styl Punktowy 3 | Hamilton | 65458-01 | |
| 200 μ L końcówki do pipet | biosharp | BS-200-T | |
| Strzykawka 20 ml | Uprzejmie grupuj | ||
| roztwór 3% H2O2 | Lircon Company | ||
| 6-dołkowa płytka | Shengyou Biotech | 20006 | |
| Anerdian | Likang Zaawansowana technologicznie | 31001002 | |
| Płytka przeciwrolkowa | Leica | 14047742497 | |
| BD insulina strzykawka | Becton,Dickinson and Company | 328421 | |
| Bend ząbkowane kleszcze preparacyjne | Jinzhong | JD1050 | |
| Oprogramowanie wymiarów Cellsens | Wacik | ||
| Fisher Scientific | 23-400-122 | ||
| Dapi-Fluoromount-G | Southernbiotech | 0100-20 | |
| Wiertło | Longxiang | ||
| Cienkie pędzle | HWAHONG | ||
| Drobne nożyczki | Jinzhong | y00030 | |
| Mikroskopia fluorescencyjna | Olympus | BX63 | |
| mikrotom do zamrażania | Leica | CM1950 | |
| Kleszcze hemostatyczne proste z zębem | Jinzhong | J31010 | |
| Igła infuzyjna 0,7 mm | Uprzejmie proszę | ||
| Chlorowodorek lidokainy do wstrzykiwań | Harvest Pharmaceutical Company | 71230803 | |
| Szkło powiększające | M& G Chenguang Stationery | ||
| Male C57 / BL | myszy Szanghajski Instytut Badań nad Planowanym Rodzicielstwem– Myszy laboratoryjne | ||
| koronalna forma do wycinków mózgu | RWD Life Science | 68713 | |
| Probówka do mikrowirówek | biosharp | BS-02-P | |
| Ostrza mikrotomu | Leica | 819 | |
| Maść okulistyczna | Cisen Pharmaceutical Company | G23HDM9M4S5 | |
| paraformaldehyd | Biosharp | BL539A | |
| Pompy perystaltyczne | Harvard Apparatus | 70-4507 | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami | Servicebio | G4202 | |
| Piette 2-200 μ L | thermofisher | 4642080 | |
| SDS-PAGE ładowanie próbki zawierające błękit bromofenolowy | Beyotime | P0015A | |
| Ostrza do golenia | BFYING | 91560618 | |
| Slajdy | Citotest Scientific | 188105 | |
| Aparat stereotaktyczny | RWD Life Science | 68807 | |
| Kleszcze preparacyjne z prostymi zębami | Jinzhong | JD1060 | |
| Uchwyt strzykawki | RWD Life Science | 68206 | |
| Nożyczki do tkanek | Jinzhong | J21040 | |
| Związek Tissue-Tek OCT | Sakura | 4583 | |
| Tribromoetanol | Aibei Biotechnology | M2910 |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie