В этом протоколе представлены методы оценки распределения и количества отложений железа в тканях, особенно в головном мозге. В протоколе подробно описаны процедуры подготовки образцов, окрашивания Perls/DAB, захвата изображений и анализа данных.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В этом протоколе представлены методы оценки распределения и количества отложений железа в тканях, особенно в головном мозге. В протоколе подробно описаны процедуры подготовки образцов, окрашивания Perls/DAB, захвата изображений и анализа данных.
Болезнь Альцгеймера (БА), распространенное нейродегенеративное заболевание, является основной причиной деменции у пожилых людей. Отложение железа тесно связано с патогенезом болезни Альцгеймера. В головном мозге с болезнью Альцгеймера повышенный уровень железа сильно коррелирует с характерными патологиями болезни Альцгеймера, включая β-амилоидные бляшки, тау-нейрофибриллярные клубки и апоптоз. Все больше данных свидетельствуют о том, что окислительный стресс, вызванный нарушением регуляции метаболизма железа, играет важную роль в патофизиологии болезни Альцгеймера. Таким образом, понимание роли накопления железа в патологии БА имеет решающее значение для лечения БА. Комплексный протокол окрашивания железом необходим для определения экспрессии и распределения железа в мозге. Этот протокол направлен на описание метода оценки количества и распределения отложений железа в мозге. Описаны процессы, связанные с приготовлением реагентов, лечением мышей и препарированием участков мозга. Кроме того, мы представляем подробный пошаговый протокол гистохимического обнаружения железа в срезах мозговой ткани, сопровождаемый систематической аналитической структурой, объединяющей как количественную, так и морфологическую оценку, чтобы обеспечить всестороннюю интерпретацию результатов окрашивания. Этот экспериментальный протокол поможет исследователям понять отложения железа в мозге и поддержит исследования болезни Альцгеймера.
Болезнь Альцгеймера (БА) является наиболее распространенным нейродегенеративным заболеванием и стала серьезной проблемой для общества. Распространенность болезни Альцгеймера резко возрастает с возрастом 1,2,3,4 года. Основными патологическими признаками болезни Альцгеймера (БА) являются отложение бляшек β-амилоида (Aβ) и нейрофибриллярных клубков (NFT) из-за аберрантного фосфорилирования тау-белков. Aβ образуется путем последовательного расщепления белка-предшественника амилоида (APP) ферментами β-секретазы и γ-секретазы. Нарушение регуляции в производстве или выведении Aβ приводит к его накоплению в головном мозге, образованию амилоидных бляшек, которые признаны одним из самых ранних патологических маркеров БА. Эти бляшки не только вызывают прямое повреждение нейронов, но и инициируют каскад вредных эффектов, включая нейровоспаление, окислительный стресс и синаптическую дисфункцию. В совокупности эти процессы способствуют гибели нейронов и прогрессирующему снижению когнитивных функций, наблюдаемому при5-й мере нашей эры. Несмотря на десятилетия исследований, в основном нацеленных на патологические признаки болезни Альцгеймера (БА), включая отложение бляшек амилоидного β и агрегацию гиперфосфорилированных тау-белков, клинически значимые терапевтические прорывы остаются недостижимыми, а существующие вмешательства демонстрируют ограниченную эффективность в модификации прогрессированиязаболевания.
Железо является важным металлом для поддержания функции мозга и участвует в транспортировке кислорода, синтезе ДНК, митохондриальном дыхании, синтезе миелина, синтезе нейротрансмиттеров и метаболизме. Однако железо становится вредным, когда его концентрации превышают емкость клеточной секвестрации 6,7,8. Повышенное отложение железа, обычно кокализованное с Aβ-бляшками, наблюдалось как в корковой, так и в гиппокампальной областях мозга у пациентов с БА 9,10. Посредством реакции Фентона11 внутриклеточное свободное железо может генерировать гидроксильные радикалы (•OH), а также активные формы кислорода. Эти вредные вещества не только вызывают нейровоспаление, активируя глиальные клетки, но и атакуют биомолекулы клетки посредством окислительного стресса, нарушая нормальную функцию клеток и приводя к синаптической дисфункции. Кроме того, повышенное содержание железа непосредственно участвует в развитии патологических признаков болезни Альцгеймера: железо способствует производству Aβ12, а также увеличивает дисфункцию тау-белка, что приводит к образованию нейрофибриллярных клубков13.
Для оценки содержания железа в головном мозге разработано несколько методик, в том числе магнитно-резонансная томография (МРТ), а также химические и гистохимические методы14. Количественное определение внутримозгового уровня железа in vivo с помощью МРТ клинически важно для пациентов со старением и нейродегенерацией15. МРТ имеет преимущество в том, что она неинвазивна и высокочувствительна: она может обнаруживать отложение железа на ранних стадиях заболевания. В частности, метод полевого увеличения R2 (FDRI) позволяет различать различные формы железа, такие как ферритин и гемовое железо16. Однако МРТ не может обнаружить накопление железа на клеточном уровне, и это дорого, поэтому в основном используется вклинических исследованиях.
Колориметрическое измерение – это химический метод, который определяет концентрацию вещества (например, железа) путем измерения интенсивности цвета, полученного в результате реакции вещества в растворе с хромогенным агентом18. Этот метод прост в исполнении и использует недорогие реагенты и инструменты, что делает его подходящим для лабораторий с ограниченным бюджетом. Однако точность и чувствительность этого метода очень ограничены, так как результаты зависят от факторов окружающей среды, времени проявления цвета и субъективного суждения оператора. Пламенная атомно-абсорбционная спектрометрия (FAAS) является еще одним методом, который может быть использован для оценки уровня железа19. В этом методе осветленный раствор образца получают путем обжига интересующей ткани в высокотемпературной печи. Затем образец растворяют с помощью соляной кислоты, а концентрацию железа в растворе определяют с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии. Этот метод обладает высокой чувствительностью и подходит для всех типов биологических образцов19. Однако процесс трудоемкий и требует дорогостоящего оборудования, поэтому его использование ограничено.
Окрашивание Perls'/DAB для обнаружения негемового трехвалентного железа является наиболее часто используемым методом определения железа из-за его высокой специфичности и простоты реализации по сравнению с другими гистохимическими методами14. В отличие от колориметрического анализа, окрашивание Перлза является качественным методом гистохимического окрашивания, который основан на реакции между ионами железа и ферроцианидом калия для получения синего осадка. Он используется для микроскопической визуализации присутствия и распределения железа в тканях. Более того, этот метод позволяет различать отложения железа в разных типах клеток и наблюдать за субклеточным распределением отложений железа, обеспечивая метод для изучения AD20. Морилка Перлза в первую очередь обнаруживает негемовое трехвалентное железо и зависит от образования комплекса прусского синего:

(Прусский синий)
Однако традиционная морилка Перлза неэффективна для обнаружения локализации железа при низком уровне железа. При добавлении диаминобензидина (DAB) он вступает в реакцию с гексацианоферратом железа с образованием коричневого соединения, повышая специфичность анализа21.
Цель этого протокола — описать, как оценить количество и распределение отложений железа в мозге мышиной модели с болезнью Альцгеймера. В этом протоколе 8-месячные трансгенные мыши 5×FAD (C57BL/6J) были использованы в качестве модели мышей AD и сравнивались с мышами дикого типа того же возраста. Здесь подробно описаны процедуры приготовления химического реагента, разреза мозга, окрашивания по методу Перлза/DAB и анализа изображений, полученных после окрашивания.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все процедуры были выполнены в соответствии с рекомендациями Комитета по уходу за животными и их использованию Медицинского университета Сюйчжоу и правительственными правилами Китая по уходу и использованию лабораторных животных.
1. Перфузия животных
2. Криосекция мозга
3. Окрашивание Perls'/DAB
4. Визуализация
5. Анализ изображений
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Чтобы исследовать распределение и накопление железа в мышиной модели болезни Альцгеймера, мы провели окрашивание по методу Перлза/DAB в сагиттальных срезах 8-месячных мышей 5xFAD. Как показано на рисунке 3, сигналы окрашивания Perls/DAB наблюдались у 8-месячных мышей 5xFAD и дикого типа, а также у 2-месячных мышей дикого типа. У мышей 5xFAD высокие сигналы окрашивания Perls'/DAB наблюдались в гиппокампе и коре головного мозга, особенно в субикулуме гиппокампа. Мыши дикого типа служили валиди...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Отложение железа тесно связано с болезнью Альцгеймера. С одной стороны, это может привести к продукции Aβ через несколько механизмов, включая повышенную экспрессию белка-предшественника амилоида{ПРИМЕЧАНИЕ:20}23, а также повышенную активность γ-секретазы, что может привести к ускоренной продукции Aβ24; С другой стороны, перекисное окисление липидов, вызванное повышенным содержанием железа, может способствовать полимеризации тау, что также м...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Данное исследование было поддержано общим проектом Фонда естественных наук Китая (номер гранта: 32271010).
Во время подготовки данной работы авторы использовали DeepSeek для улучшения языка и удобочитаемости. После использования этого инструмента/услуги авторы просмотрели и отредактировали контент по мере необходимости и несут полную ответственность за содержание публикации.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,1 М PBS | biosharp | BL601A | Добавьте деионизированную воду для получения раствора |
| 4% PFA | Beyotime | P0099 | Восстановление при 4 ° C для использования |
| 20X DAB раствор | Bioss | C-0003 | Mix 10 μ l раствор А, 10 & мкм; l раствор В и 180 мкм; l |
| PBS Alcohol | Supelco | 107017 | |
| HCL | Sigma | 7647-01-0 | Добавьте дистиллированную воду до 50 мл |
| кетамина | China National Medicines | H20193336 | 100 мг/кг для обезболивания |
| Микроскоп | Olympus | CX43 | |
| Оптимальная температура резки компаунд (ОКТ) | Сакура Finetek | 4583 | |
| раствор ферроцинида калия | Sigma | 14038-43-8 | Добавьте дистиллированную воду до 50 мл |
| Сахарозы | Sigma | 57-50-1 | |
| ксилазин& НБСП; | Y-S Biotechnology | YS-(BC)-2842 | 15 мг/кг для обезболивания |
| ксилолов | Sigma | 1330-20-7 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.