В настоящем протоколе описана практическая стратегия для ускорения этапа верификации координат стереотаксической инъекции перед проведением отслеживания вируса с использованием красителей и замороженных срезов.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В настоящем протоколе описана практическая стратегия для ускорения этапа верификации координат стереотаксической инъекции перед проведением отслеживания вируса с использованием красителей и замороженных срезов.
Стереотаксическая инъекция в определенную область мозга представляет собой фундаментальный экспериментальный метод в фундаментальной нейробиологии. Исследователи обычно основывают свой выбор параметров стереотаксической инъекции на атласах мозга мышей или опубликованных материалах, в которых использовались различные популяции/возрасты мышей и различное стереотаксическое оборудование, что требует дальнейшей проверки параметров стереотаксических координат. Эффективность визуализации кальция, хемогенетических и оптогенетических манипуляций зависит от точной экспрессии репортерных генов в исследуемой области, что часто требует нескольких недель усилий. Таким образом, это трудоемкая задача, если заранее не проверены координаты целевой области мозга. Используя соответствующий краситель вместо вируса и реализуя криосекцию, исследователи могут наблюдать за местом инъекции сразу после введения красителя. Это способствует своевременной корректировке параметров координат в тех случаях, когда существуют расхождения между фактическим местом введения и теоретическим положением. Такие корректировки значительно повышают точность экспрессии вируса в целевой области в последующих экспериментах.
Почти все современные инструменты нейромодуляции, включая запись кальция in vivo, оптогенетические и хемогенетические инструменты, требуют использования стереотаксических координат для нацеливания на область мозга, представляющую интерес 1,2,3, что составляет основу нейронных манипуляций. Стереотаксические координаты областей мозга мыши определяются по отношению к брегме и лямбде, костным ориентирам на черепе, образуя так называемую стереотаксическую систему координат, производную от черепа. Либо брегма, либо лямбда могут служить нулевой точкой трехмерных координат. Три оси — переднезадняя (AP), медиолатеральная (ML) и дорсовентральная (DV), представляющие оси y, x и z на цифровом дисплее стереотаксических инструментов. Для хорошо известных областей мозга параметры стереотаксических координат конкретной области могут быть получены из атласов мозга мышей4 (например, мозг мыши Паксиноса и Франклина в стереотаксических координатах) и/или из опубликованной литературы 5,6. Тем не менее, дальнейшая валидация необходима из-за различий в стереотаксическом оборудовании и возрасте/популяциях мышей, используемых различными исследователями.
Структура – это основа функции. Нейронные цепи формируют основу для многих функций мозга, таких как когнитивная деятельность, эмоции, память, сенсорные и моторныефункции. Маркировка структуры и манипулирование активностью нейронных цепей жизненно важны для понимания функции конкретной нейронной цепи. За последние десятилетия нейронные индикаторы развивались на протяжении многих поколений; в ранних исследованиях в качестве антероградных индикаторов использовались агглютинин зародышей пшеницы (WGA) и агглютинин phaseolus vulgaris (PHA), а в качестве ретроградных индикаторов - фторзолото (FG), субъединица холерного токсина B (CTB), карбоцианин. Однако, в отличие от вирусных индикаторов, эти традиционные нейронные индикаторы не могут интегрировать экзогенные гены в организм хозяина, а также не обладают селективностью по типу клеток. В настоящее время вирусная стратегия стала важным предложением в фундаментальных исследованиях в области нейробиологии. Для различных исследовательских целей могут быть выбраны различные вирусные средства 7,8. Различают нетранссинаптические вирусы, транс-мультисинаптические вирусы (ретроградные и антероградные) и транс-моносинаптические вирусы (ретроградные и антероградные). Каждая категория содержит несколько типов с соответствующими характеристиками.
Процесс введения и экспрессии вируса очень трудоемкий и ресурсоемкий, часто занимает недели или даже дольше. Среди различных вирусных векторов аденоассоциированный вирус был идентифицирован как перспективное средство доставки генов, обеспечивающее широкое окно в диапазоне от 3 до 8 недель после инъекции для экспериментальной процедуры 7,8. По мере развития AAV анализ может быть проведен через 2-3 недели после введения 9,10. Другие индикаторы нейронных цепей, такие как вирус псевдобешенства (PRV) и вирус бешенства (RV), также требуют периода отслеживания не менее 2-7 дней 11,12,13,14,15. Таким образом, предварительная верификация места инъекции перед наблюдением сигналов флуоресценции является как быстрой, так и экономически эффективной.
Чтобы облегчить простую и быструю верификацию стереотаксических инъекций, в этом исследовании краситель вводится перед вирусными векторами, а криосекция позволяет исследователям наблюдать за местом инъекции и отслеживать его в течение 30 минут после инъекции.
Все эксперименты на животных проводились в соответствии с руководящими принципами Animal Research Reporting In Vivo Experiments (ARRIVE) и Руководством Национальных институтов здравоохранения по уходу и использованию лабораторных животных. Настоящее исследование было одобрено Комитетом по уходу за животными и их использованию больницы Жэньцзи Медицинской школы Шанхайского университета Цзяотун. Для настоящего исследования были использованы восьминедельные самцы мышей C57BL/6J. Животные были коммерчески получены (см. Таблицу материалов) и содержались в стандартных клетках (22 °C ± 2 °C, 12 ч/12 ч светлый/темный цикл, пища и вода ad libitum).
1. Выбор целевых областей мозга
ПРИМЕЧАНИЕ: Это стерильная процедура. Убедитесь, что все хирургические инструменты стерилизованы. Опрыскайте перчатки спиртом перед контактом с хирургическими инструментами. Не прикасайтесь в перчатках к кончикам инструментов или к области операции. Перед началом процедуры убедитесь, что мышь надлежащим образом обезболивается, проверив потерю корректирующих рефлексов и отсутствие реакции на стимуляцию кожи. Перед сверлением и инъекцией внимательно следите за частотой дыхания (60-220 вдохов в минуту, в среднем 100-150 вдохов в минуту) и амплитудой дыхания (она должна быть постоянной и не должна быть чрезмерно поверхностной или глубокой). Следует отметить любые значительные изменения частоты дыхания или амплитуды.
2. Приготовление раствора красителя и микроинъекция в мозг
3. Забор ткани головного мозга и криосекция
4. Визуализация
В этом исследовании было успешно идентифицировано место инъекции в течение 30 мин с использованием продемонстрированного метода. Первоначально раствор для загрузки образцов SDS-PAGE, содержащий бромфенольный синий, вводили в LDTgV мышам C57/BL. На рисунке 1А показано схематическое изображение введения раствора красителя. Распределение синего красителя в LDTgV показано на рисунке 1B.
Бромфеноловый синий также вводили в прелимбическую кору mPFC, инфралимбическую кору mPFC и базомедиальное миндалевидное тело (BMA) для оценки универсальности этого протокола. Как показано на рисунках 1C-E и 2A, синий краситель был распределен в прелимбической коре mPFC, инфралимбической коре mPFC и BMA.
Кроме того, в LDTgV был введен аденоассоциированный вирус, несущий флуоресцентный белок mCherry (координаты были проверены с помощью раствора красителя). Экспрессия вируса заняла четыре недели. Распределение нейронов mCherry+ в LDTgV показано на рисунке 2B.

Рисунок 1: Инъекция раствора красителя. (A) Принципиальная схема инъекции раствора красителя. (B) Распределение синего красителя в LDTgV. (C) Распределение синего красителя в прелимбической коре mPFC. (D) Распределение синего красителя в инфралимбической коре mPFC. (E) Распределение синего красителя в BMA. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Распределение синего красителя и распределение mCherry под микроскопом. (A) Распределение синего красителя в прелимбической коре mPFC (10-кратное увеличение, масштабная линейка = 500 мкм). (B) Репрезентативное изображение распределения mCherry в области LDTgV, полученное с помощью флуоресцентной микроскопии (10-кратное увеличение, масштабная линейка = 500 мкм). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
В этой статье описана стабильная стратегия более быстрой и простой проверки точности стереотаксических инъекций в мозг до отслеживания вируса, но незаменимый аспект экспрессии репортерных генов в области мозга имеет решающее значение для маркировки областей мозга. Синий краситель, который мы использовали, позволил немедленно визуализировать место инъекции.
Несколько критических этапов в этом протоколе способствуют повышению точности места инъекции. Во-первых, обеспечение лево-правого выравнивания мозга в стереотаксическом инструменте с шага 1.5; На этом этапе операторы должны быть знакомы с анатомией черепа, чтобы убедиться, что ушные планки расположены в правильном положении. Шкалы на амбушюрах и стереотаксическая рамка также служат референсами. Во-вторых, нахождение точной нулевой точки, брегмы, на шаге 1.6 и шаге 2.3. Иногда значительное расхождение в координатах, обнаруженных на шагах 1.6 и 2.3, связано со значительной разницей в расположении нулевой точки. Это может привести к тому, что игла микроинъектора не сможет проникнуть в черепное окно. В таких случаях необходимо изменить положение нулевой точки и, при необходимости, создать новое краниальное окно. Несмотря на это, все еще важно восстановить нулевую точку и заново найти координаты на шаге 2.3; Нельзя напрямую вводить микрошприц из ранее изготовленного черепного окна.
По сравнению с резкой незамороженного мозга в форме для среза мозга мыши, эта стратегия обеспечивает более точный результат, поскольку твердый блок образца позволяет избежать сдавливания мозга лезвием и смещения красителя из точек инъекции. Кроме того, участки мозга, вырезанные по слепку для среза мозга, относительно толще и не позволяют локализовать небольшие ядра головного мозга. Однако, по сравнению со стандартным процессом криосекции тканей мозга 11,12,13,14,15, мы сократили продолжительность обработки как минимум на 72 часа, пропустив этапы обезвоживания, что привело к тому, что участки мозга стали более хрупкими и их было труднее обнаружить на предметном стекле, что является основным недостатком этого протокола.
При изготовлении краниальных окон для инъекций красителя, плотное прикрепление бормашины к стереотаксической руке, а не удержание ее рукой, облегчает контроль глубины сверления с помощью ручки точной регулировки, тем самым снижая возможность повреждения тканей мозга.
В заключение следует отметить, что данное исследование предоставило многообещающий метод предварительной проверки точных стереотаксических координат перед отслеживанием вируса, что сделало последующий процесс маркировки нейронов и трассировки более надежным.
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Национальный фонд естественных наук Китая (грант No 82101249 XY Sun), Фонд постдокторских исследований Китая (грант No 2022M722125 XY Sun). Шанхайская парусная программа (грант No 21YF1425100 для С. Х. Чена). Специальный проект по клиническим исследованиям Шанхайской муниципальной комиссии по здравоохранению (грант No 202340088 компании J Zhou). Национальный фонд естественных наук Китая (грант No 82101262 Х Чжану, грант No 82101287 С. Чэню).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1.0 & микро; L, Шприц Neuros, модель 7001 KH, 32 г, Point Style 3 | Hamilton | 65458-01 | |
| 200 μ L наконечники для пипеток | biosharp | BS-200-T | |
| 20 мл шприц | Kindly group | ||
| 3% H2O2 раствор | Lircon Company | ||
| 6-луночная пластина | Shengyou Biotech | 20006 | |
| Anerdian | Likang High-tech | 31001002 | |
| Anti roll plate | Leica | 14047742497 | |
| BD инсулин шприц | Becton,Dickinson and Company | 328421 | |
| Bend зубчатый рассекающий щипцы | Jinzhong | JD1050 | |
| Cellens размерное программное обеспечение | Olympus | ||
| Ватный тампон | Fisher Scientific | 23-400-122 | |
| Dapi-Fluoromount-G | Southernbiotech | 0100-20 | |
| Сверло | Longxiang | ||
| Тонкие щетки | HWAHONG | ||
| Тонкие ножницы | Jinzhong | y00030 | |
| Флуоресцентная микроскопия | Olympus | BX63 | |
| замораживающий микротом | Leica | CM1950 | |
| Гемостатические щипцы прямые с зубом | Jinzhong | J31010 | |
| Инфузионная игла 0,7 мм | Kindly group | ||
| Лидокаина гидрохлорид для инъекций | Harvest Фармацевтическая компания | 71230803 | |
| Лупа | M& G Chenguang Канцелярские принадлежности | ||
| Самец мышей C57/BL | Шанхайский институт исследований планирования семьи– BK Лабораторные | ||
| мыши корональный срез мозга форма | RWD Life Science | 68713 | |
| Микроцентрифужная трубка | биошарп | BS-02-P | |
| Микротомные лезвия | Leica | 819 | |
| Офтальмологическая мазь | Cisen Pharmaceutical Company | G23HDM9M4S5 | |
| параформальдегид | Biosharp | BL539A | |
| Перистальтические насосы | Harvard Apparatus | 70-4507 | |
| Фосфатный буферный физиологический раствор | Servicebio | G4202 | |
| Piette 2-200 μ L | thermofisher | 4642080 | |
| SDS-PAGE загрузка образца, содержащего бромфенол синий | Beyotime | P0015A | |
| Бритвенные лезвия | BFYING | 91560618 | |
| Слайды | Citotest Scientific | 188105 | |
| Stereotaxic Apparatus | RWD Life Science | 68807 | |
| Прямозубые рассекающие щипцы | Jinzhong | JD1060 | |
| Держатель шприца | RWD Life Science | 68206 | |
| Ножницы для салфеток | Jinzhong | J21040 | |
| Ткань-Tek O.C.T соединение | Сакура | 4583 | |
| Трибромэтанол | Aibei Biotechnology | M2910 |
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение