Ten protokół przedstawia metody oceny rozkładu i ilości odkładania się żelaza w tkankach, zwłaszcza w mózgu. Protokół szczegółowo opisuje procedury przygotowania próbek, barwienia Perls/DAB, przechwytywania obrazu i analizy danych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten protokół przedstawia metody oceny rozkładu i ilości odkładania się żelaza w tkankach, zwłaszcza w mózgu. Protokół szczegółowo opisuje procedury przygotowania próbek, barwienia Perls/DAB, przechwytywania obrazu i analizy danych.
Choroba Alzheimera (AD), powszechna choroba neurodegeneracyjna, jest główną przyczyną demencji u osób starszych. Odkładanie się żelaza jest ściśle związane z patogenezą choroby Alzheimera. W mózgu osoby z chorobą Alzheimera podwyższony poziom żelaza jest silnie skorelowany z charakterystycznymi patologiami AD, w tym blaszkami β-amyloidowymi, splątkami neurofibrylarnymi tau i apoptozą. Coraz więcej dowodów sugeruje, że stres oksydacyjny, spowodowany rozregulowanym metabolizmem żelaza, odgrywa ważną rolę w patofizjologii choroby Alzheimera. Zrozumienie roli akumulacji żelaza w patologii choroby Alzheimera ma zatem kluczowe znaczenie w leczeniu choroby Alzheimera. Kompleksowy protokół barwienia żelaza jest niezbędny do wykrycia ekspresji i dystrybucji żelaza w mózgu. Protokół ten ma na celu opisanie metody oceny ilości i rozkładu odkładania się żelaza w mózgu. Opisujemy procesy związane z przygotowaniem odczynników, leczeniem myszy i przygotowaniem wycinków mózgu. Ponadto przedstawiamy szczegółowy protokół krok po kroku do histochemicznego wykrywania żelaza w skrawkach tkanki mózgowej, któremu towarzyszą systematyczne ramy analityczne integrujące zarówno ocenę ilościową, jak i ocenę morfologiczną, aby zapewnić kompleksową interpretację wyników barwienia. Ten eksperymentalny protokół pomoże naukowcom zrozumieć odkładanie się żelaza w mózgu i wesprze badania nad chorobą Alzheimera.
Choroba Alzheimera (AD) jest najczęstszym schorzeniem neurodegeneracyjnym i stała się poważnym problemem społecznym. Częstość występowania AD gwałtownie wzrasta wraz z wiekiem1,2,3,4. Główne cechy patologiczne choroby Alzheimera (AD) obejmują odkładanie się blaszek z β-amyloidu (Aβ) oraz splotów neurofibrylarnych (NFTs) wynikających z aberrantnej fosforylacji białek tau. Aβ powstaje w wyniku sekwencyjnego rozszczepiania białka prekursorowego amyloidu (APP) przez enzymy β-sekretaza i γ-sekretaza. Zaburzenia w produkcji lub usuwaniu Aβ prowadzą do jego akumulacji w mózgu, tworząc blaszki amyloidowe, które są uznawane za jeden z najwcześniejszych markerów patologicznych AD. Blaszki te nie tylko powodują bezpośrednie uszkodzenia neuronów, ale także inicjują kaskadę szkodliwych efektów, w tym neurostan zapalny, stres oksydacyjny i dysfunkcję synaptyczną. Wspólnie procesy te przyczyniają się do śmierci neuronów i postępującego upośledzenia funkcji poznawczych obserwowanego w AD5. Pomimo dziesięcioleci badań ukierunkowanych głównie na cechy patologiczne choroby Alzheimera (AD), w tym na odkładanie się blaszek amyloid-β i agregację hiperfosforylowanego białka tau, klinicznie istotne przełomy terapeutyczne pozostają nieuchwytne, a istniejące interwencje wykazują ograniczoną skuteczność w modyfikowaniu postępu choroby6.
Żelazo jest istotnym metalem dla utrzymania funkcji mózgu i bierze udział w transporcie tlenu, syntezie DNA, oddychaniu mitochondrialnym, syntezie mieliny, syntezie neurotransmiterów oraz w metabolizmie. Jednak żelazo staje się szkodliwe, gdy jego stężenia przekroczą zdolności sekwestracji komórkowej6,7,8. Zwiększone odkładanie żelaza, zazwyczaj współwystępujące z blaszkami Aβ, zaobserwowano zarówno w obszarach korowych, jak i w hipokampie mózgu u pacjentów z AD9,10. Poprzez reakcję Fentona11 wewnątrzkomórkowe wolne żelazo może generować rodniki hydroksylowe (•OH) oraz reaktywne formy tlenu. Substancje te nie tylko indukują neurostan zapalny poprzez aktywację komórek glejowych, ale także atakują biomolekuły komórki poprzez stres oksydacyjny, zaburzając prawidłowe funkcje komórkowe i prowadząc do dysfunkcji synaptycznej8,12. Co więcej, zwiększone stężenie żelaza jest bezpośrednio zaangażowane w rozwój oznak patologicznych AD: żelazo przyczynia się do produkcji Aβ12, a także zwiększa dysfunkcję białka tau, prowadząc do powstawania splotów neurofibrylarnych13.
Opracowano szereg technik pozwalających na ocenę zawartości żelaza w mózgu, w tym obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) oraz metody chemiczne i histochemiczne.14. In vivo ilościowe określanie poziomu żelaza wewnątrz mózgowa za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI) ma istotne znaczenie kliniczne w przypadku pacjentów z procesami starzenia oraz neurodegeneracją15Obrazowanie rezonansem magnetycznym (MRI) charakteryzuje się zaletą nieinwazyjności i wysokiej czułości: pozwala na wykrycie odkładania się żelaza we wczesnych stadiach choroby. W szczególności technika zależnego od pola wzrostu R2 (FDRI) umożliwia rozróżnienie między różnymi formami żelaza, takimi jak żelazo ferrytynowe i żelazo hemowe.16Jednakże MRI nie pozwala na wykrycie akumulacji żelaza na poziomie komórkowym i jest kosztowne, dlatego znajduje zastosowanie głównie w badaniach klinicznych.17.
Pomiar kolorymetryczny to metoda chemiczna służąca do wyznaczania stężenia substancji (np. żelaza) poprzez pomiar intensywności barwy powstającej w wyniku reakcji substancji w roztworze z czynnikiem chromogenicznym.18Metoda ta jest łatwa w wykonaniu i wykorzystuje niedrogie odczynniki oraz instrumentację, co czyni ją odpowiednią dla laboratoriów z ograniczonym budżetem.18Dokładność i czułość tej metody są jednak bardzo ograniczone, ponieważ wyniki podlegają wpływowi czynników środowiskowych, czasu rozwoju barwy oraz subiektywnej oceny operatora. Inną metodą, którą można wykorzystać do oceny poziomu żelaza, jest płomieniowa spektrometria absorpcyjna (FAAS).19W tej metodzie uzyskuje się klarowny roztwór próbki poprzez spalanie analizowanej tkanki w piecu wysokotemperaturowym. Następnie próbkę rozpuszcza się w kwasie solnym, a następnie wyznacza stężenie żelaza w roztworze. poprzez spektrometria absorpcji atomowej. Metoda ta charakteryzuje się wysoką czułością i jest odpowiednia dla wszystkich rodzajów próbek biologicznych19Proces ten jest jednak czasochłonny i wymaga kosztownej aparatury, co ogranicza jego zastosowanie.
Barwienie metodą Perls'a/DAB w celu wykrywania niehemowego żelaza jonowego (III) jest najczęściej stosowaną metodą wykrywania żelaza ze względu na wysoką swoistość i łatwość wykonania w porównaniu z innymi metodami histochemicznymi14. W przeciwieństwie do analizy kolorymetrycznej, barwienie metodą Perls'a jest jakościową metodą barwienia histochemicznego, która opiera się na reakcji jonów żelaza z żelazocyjankiem potasu w celu wytworzenia niebieskiego osadu. Jest ona wykorzystywana do mikroskopowej wizualizacji obecności i rozmieszczenia żelaza w tkankach. Ponadto metoda ta pozwala na rozróżnienie złogów żelaza w różnych typach komórek oraz obserwację ich rozmieszczenia wewnątrzkomórkowego, co stanowi narzędzie do badania choroby Alzheimera (AD)20. Barwienie metodą Perls'a wykrywa przede wszystkim niehemowe żelazo jonowe (III) i opiera się na tworzeniu kompleksu błękitu pruskiego:
![figure-introduction-1 Równanie chemiczne: powstawanie błękitu pruskiego z udziałem Fe³⁺, [Fe(CN)₆]⁴⁻, Fe₄[Fe(CN)₆]₃·xH₂O.](/files/ftp_upload/67501/67501eq01.jpg)
(Błękit pruski)
Jednakże tradycyjne barwienie metodą Perla jest nieskuteczne w wykrywaniu lokalizacji żelaza przy niskim jego stężeniu. Po dodaniu diaminobenzydyny (DAB) wchodzi ona w reakcję z heksacyjanożelazianem(III), tworząc brunatny związek, co zwiększa specyficzność analizy21.
Celem niniejszego protokołu jest opisanie sposobu oceny ilości i rozmieszczenia złogów żelaza w mózgach mysiego modelu choroby Alzheimera (AD). W protokole tym jako model AD wykorzystano 8-miesięczne myszy transgeniczne 5×FAD (C57BL/6J), które porównano z myszami typu dzikiego w tym samym wieku. Przedstawiono tutaj szczegóły procedur przygotowania odczynnika chemicznego, sekcjonowania mózgu, wykonywania barwienia Perls'/DAB oraz analizy obrazów uzyskanych po barwieniu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury zostały wykonane zgodnie z wytycznymi Instytucjonalnego Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Medycznego Xuzhou oraz chińskimi przepisami rządowymi dotyczącymi opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych.
1. Perfuzja zwierząt
2. Kriosekcja mózgu
3. Barwienie Perls'/DAB
4. Obrazowanie
5. Analiza obrazu
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby zbadać rozkład i akumulację żelaza w mysim modelu AD, przeprowadzono barwienie Perls'/DAB w przekrojach strzałkowych 8-miesięcznych myszy 5xFAD. Jak pokazano na Rysunku 3, sygnały barwienia Perls'/DAB zaobserwowano u 8-miesięcznych myszy 5xFAD i typu dzikiego oraz u 2-miesięcznych myszy typu dzikiego. U myszy 5xFAD silne sygnały barwienia Perls'/DAB zaobserwowano w hipokampie i korze, szczególnie w subiculum hipokampa. Myszy typu dzikiego posłużyły jako zwalidowane kontrole negatywne; ob...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Odkładanie się żelaza jest ściśle związane z chorobą Alzheimera. Z jednej strony może prowadzić do produkcji Aβ poprzez wiele mechanizmów, w tym zwiększoną ekspresję białka prekursorowego amyloidu, a także zwiększoną aktywność γ-sekretazy, co może prowadzić do przyspieszonej produkcji Aβ24; Z drugiej strony, peroksydacja lipidów indukowana przez zwiększoną ilość żelaza może sprzyjać polimeryzacji Tau, co może również prowadzić do zwiększonej nieprawidłowej fosforylacji biał...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Badania te były wspierane przez ogólny projekt Chińskiej Fundacji Nauk Przyrodniczych (numer grantu: 32271010).
Podczas przygotowywania tej pracy autorzy korzystali z DeepSeek w celu poprawy języka i czytelności. Po skorzystaniu z tego narzędzia/usługi autorzy przejrzeli i zredagowali treść zgodnie z potrzebami oraz biorą pełną odpowiedzialność za treść publikacji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,1 M PBS | biosharp | BL601A | Dodaj wodę dejonizowaną, aby uzyskać roztwór |
| 4% PFA | Beyotime | P0099 | Przywróć w 4 & stopni; C do stosowania |
| 20X roztwór DAB | Bioss | C-0003 | Mix 10 μ l roztwór A, 10 μ l roztwór B i 180 μ l |
| PBS Alcohol | Supelco | 107017 | |
| HCL | Sigma | 7647-01-0 | Dodaj wodę destylowaną do 50 ml |
| ketaminy | Chińskie Narodowe Leki | H20193336 | 100 mg/kg do znieczulenia |
| Mikroskop | Olympus | CX43 | |
| Związek o optymalnej temperaturze skrawania (OCT) | Sakura Finetek | 4583 | |
| roztwór żelazocynidu potasu | Sigma | 14038-43-8 | Dodaj wodę destylowaną do 50 ml |
| sacharozy | Sigma | 57-50-1 | |
| ksylazyna& nbsp; | Y-S Biotechnology | YS-(BC)-2842 | 15 mg/kg do znieczulania |
| Ksyleny | Sigma | 1330-20-7 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.