Ten protokół zapewnia zoptymalizowaną i skomplikowaną procedurę przygotowania próbek organoidów siatkówki do transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Nadaje się do zastosowań, które obejmują analizę synaps w dojrzałych organoidach siatkówki.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten protokół zapewnia zoptymalizowaną i skomplikowaną procedurę przygotowania próbek organoidów siatkówki do transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Nadaje się do zastosowań, które obejmują analizę synaps w dojrzałych organoidach siatkówki.
Organoidy siatkówki (RO) to trójwymiarowy system hodowli naśladujący cechy ludzkiej siatkówki, które w określonych warunkach różnią się od indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC). Rozwój i dojrzewanie synaps w RO badano pod względem immunocytochemicznym i funkcjonalnym. Jednak bezpośrednie dowody na ultrastrukturę kontaktu synaptycznego są ograniczone, zawierają zarówno specjalne synapsy wstęgowe, jak i konwencjonalne synapsy chemiczne. Transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) charakteryzuje się wysoką rozdzielczością i szacowną historią wyjaśniającą rozwój siatkówki i dojrzewanie synaps u ludzi i różnych gatunków. Jest to potężne narzędzie do badania struktury synaptycznej w RO i jest szeroko stosowane w dziedzinie badań RO. Dlatego, aby lepiej zbadać strukturę kontaktów synaptycznych RO w nanoskali i uzyskać wysokiej jakości dowody mikroskopowe, opracowaliśmy prostą i powtarzalną metodę przygotowania próbki RO TEM. W tym artykule opisano protokół, użyte odczynniki i szczegółowe etapy, w tym przygotowanie do utrwalenia RO, po utrwaleniu, osadzanie i wizualizację.
Siatkówka, ważny narząd zmysłów wzrokowych u ludzi i ssaków, wykazuje wyraźną laminowaną strukturę charakteryzującą się trzema warstwami jądrowymi mieszczącymi somy neuronów i dwiema warstwami splotowatymi utworzonymi przez połączenia synaptyczne1, w tym konwencjonalne synapsy i wyspecjalizowana synapsa wstęgowa2,3. Synapsa wstęgowa odgrywa kluczową rolę w stopniowym przekazywaniu impulsów pęcherzyków2,3. Proces widzenia obejmuje transmisję sygnału elektrooptycznego przez różne poziomy neuronów i synaps, ostatecznie docierając do kory wzrokowej4,5.
Organoidy siatkówki (RO) reprezentują trójwymiarowy (3D) system hodowli pochodzący z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC), naśladujący stany fizjologiczne tkanki siatkówki in vitro1,6,7. Podejście to jest obiecujące w badaniu chorób siatkówki8, drug screening9 i służy jako potencjalna terapia nieodwracalnych stanów zwyrodnieniowych siatkówki, takich jak barwnikowe zwyrodnienie siatkówki10 i jaskra11. Jako potężny system przewodnictwa optycznego in vitro, synapsa w RO jest kluczową strukturą ułatwiającą efektywną transformację i transfer sygnału5.
Rozwój RO można z grubsza podzielić na trzy etapy, zgodnie z ich cechami morfologicznymi i profilami ekspresji molekularnej6,12. RO w stadium 1 (około D21-D60) obejmują nerwowe komórki progenitorowe siatkówki, wiele komórek zwojowych siatkówki (RGC) i kilka komórek amakrynowych gwiazdotwórczych (SAC), odpowiadających pierwszej epoce rozwoju płodu ludzkiego. W stadium 2 (około D50-D150) RO wyrażają niektóre prekursory fotoreceptorów, interneurony i geny związane z synaptogenezą, co stanowi fazę przejścia. Fotoreceptory osiągają dojrzałość w stadium 3 RO (mniej więcej po D100-D150), co odpowiada trzeciemu etapowi rozwoju płodu ludzkiego6,12,13. Warto zauważyć, że w porównaniu z RO w etapie 1 i etapie 2, RO w etapie 3 mają wyraźną strukturę blaszkową, której synapsy dojrzały12, w tym obecność synaps wstęgowych14. Co więcej, niedawne badania potwierdziły, że dojrzałe synapsy są transmisją sygnałów świetlnych, co wskazuje, że są funkcjonalne13. W związku z tym RO w stadium 3 są często wybierane do badania struktury synaptycznej.
Immunohistochemia jest szeroko stosowana do badania ekspresji różnych białek molekularnych. Jednak ograniczenie mikroskopii optycznej polega na jej zdolności do obserwowania tylko ograniczonej liczby określonych komórek i cząsteczek jednocześnie, co skutkuje brakiem kompleksowej analizy relacji między komórkami a otaczającym je środowiskiem. Transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) charakteryzuje się wysoką rozdzielczością, z ograniczoną rozdzielczością 0,1-0,2 nm, przewyższając mikroskop świetlny o ~10-20 razy15. Uzupełnia wady mikroskopii optycznej i służy do wyjaśniania rozwoju siatkówki i dojrzewania synaps u ludzi16,17 i różnych gatunków18,19,20,21. TEM umożliwia bezpośrednie rozróżnienie komponentów presynaptycznych i postsynaptycznych18,20, a nawet pozwala na kompleksową obserwację struktur subkomórkowych, takich jak wstążki2,3, vesicles22 i mitochondria23. Dlatego TEM jest niezbędnym narzędziem do identyfikacji typów synaps i badania ultrastruktury kontaktów synaptycznych w RO w nanoskali.
Należy zauważyć, że przygotowanie próbki ma ogromne znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości mikrofotografii elektronowych. Chociaż niektóre badania przeprowadziły EM na ROs12,13,24, szczegółowe procedury są niejasne. Ponieważ jakość obrazu z mikroskopii elektronowej zależy w dużym stopniu od efektu utrwalania RO i przenikania odczynników, podczas przygotowania należy wziąć pod uwagę różne ważne czynniki. W związku z tym, aby lepiej zbadać kontakty synaptyczne w RO, przedstawiamy metodę o dobrej odtwarzalności, która pokazuje punkty działania mocowania RO, osadzania i identyfikacji miejsc obserwacji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Uzyskiwanie RO z iPSCs25
UWAGA: RO zostały uzyskane z iPSC poprzez modyfikację poprzednio zgłoszonej procedury.
2. Przednie unieruchomienie RO
3. Po utrwaleniu RO
4. Barwienie i odwodnienie
UWAGA: Osuszacz musi być włączony, aby osuszyć środowisko od tego kroku.
5. Infiltracja
6. Osadzanie
7. Półcienkie pozycjonowanie
8. Ultracienkie przekroje
9. Obrazowanie RO za pomocą TEM
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tworzenie trójwymiarowych organoidów siatkówki (RO) poprzez różnicowanie indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) stanowi potężne narzędzie do badania mechanizmów chorób siatkówki oraz terapii zastępczej z użyciem komórek macierzystych. Chociaż inni wykazali istnienie połączeń synaptycznych w RO w sposób funkcjonalny i immunocytochemiczny, bezpośrednie dowody na obecność synaps konwencjonalnych i wstążkowych są bardzo ograniczone. W niniejszej pracy przedstawiamy metodę badania ultrastruktury dwóch ty...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym artykule przedstawiliśmy szczegółowy protokół obserwacji konwencjonalnej i wstęgowej ultrastruktury synaptycznej w RO za pomocą TEM. Protokół ten opiera się na wcześniej opisanych metodach preparacji siatkówki z pewnymi modyfikacjami20. Aby poprawić wskaźnik powodzenia obróbki próbek i jakość mikrofotografii TEM, należy wziąć pod uwagę następujące kluczowe punkty. Po pierwsze, ważne jest, aby przyznać, że RO rozwijają się z iPSC, tworząc masę komórkową pozbawioną układu naczyniowego
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Ta praca była częściowo wspierana przez granty z Narodowego Programu Badań i Rozwoju Chin (2022YFA1105503), Państwowego Kluczowego Laboratorium Neuronauki (SKLN-202103) oraz Chińskiej Fundacji Nauk Przyrodniczych Zhejiang (Y21H120019), Chińskiej Fundacji Nauk Przyrodniczych (82070981).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 100 mm szalka Petriego | Corning | 430167 | |
| Aceton | Mikroskopia elektronowa Science | 10000 | |
| B27 suplement | Gibco | A3582801 | |
| Podnośnik komórek | Santa Cruz | sc-395251 | |
| Siatki miedziane | Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd. | ||
| Oprogramowanie DigitalMicrograph | Gatan, Inc. | Oprogramowanie | |
| Dispase | StemCell Technologies | # 07913 | Proteaza bakteryjna |
| DMEM / F12 medium | Gibco | # 11320033 | |
| Forma do zatapiania | Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd. | ||
| Żywica Epon-812 | Mikroskopia elektronowa Nauka | #14900 | |
| Płodowa surowica bydlęca (FBS) | Przemysł biologiczny# | 04-0021A | |
| Mikroskopia elektronowa | aldehydu glutarowego | Nauka 16020 | |
| hiPSC | Pokazany w Biotechnology Co., Ltd. | RC01001-A | |
| Główny cytrynian | Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd. | ||
| L-GlutaMax | Life Technologies | #35050061 Substytut | L-glutaminy |
| Matrigel | Corning | 356234 | |
| Szkiełko mikroskopowe | CITOTEST | 80312-3161 | |
| Suplement N2 | Gibco | 17502048 | |
| Na2HPO4· 12H2O | Sigma | 71650 | Składnik PB/PBS |
| NaH2PO4· H2O | Sigma | 71507 | Składnik PB/PBS |
| Aminokwasy endogenne | Sigma | #M7145 | |
| Mikroskop optyczny | Laboratoryjny lornetkowy mikroskop biologiczny | Xsz-107bnii | |
| OsO4 | TED PELLA | 4008-160501 | |
| Piekarnik | Bluepard | BPG9040A | |
| Paraformaldehydowa | mikroskopia elektronowa Nauka | 157-8 | |
| Penicylina-Streptomycyna | Gibco | #15140-122 | |
| Pół/ultracienki mikrotom | Reichert-Jung | 396649 | |
| Tauryna | Sigma | #T0625 | |
| Błękit toluidynowy | Sangon Biotech | E670105-0100 | |
| Transmisyjne mikroskopy elektronowe | HITACHI | H-7500 | |
| Octan uranylu | TED PELLA | CA96049 | |
| β-merkaptoetanol | Sigma | 444203 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.