В типичной схеме, используемой здесь, весь мозг взрослой игрунки может быть визуализирован (рис. 5) с разрешением ~1,3 x 1,3 мкм/пиксель с интервалом сечения 50 мкм примерно за 1 неделю. Это составляет ~650 корональных изображений в трех каналах после сшивки изображений. С объективом 16x (Nikon 16xW CFI75 LWD; NA = 0,80), поле зрения одного снимка составляет около 1 х 1 мм. Изображение для всей корональной поверхности получается путем сшивания этих снимков (рис. 5А). Выравнивание в направлении Z отличное, и хорошее 3D-изображение получается путем простого наложения данных коронального изображения (рис. 5B, E). Для стандартизации можно использовать шаблон STPT для мозга11 мартышки для 3D-3D регистрации (рис. 5F). Это преобразование данных является одним из ключевых аспектов всей нейроанатомии мозга, в которой интересующей области присваивается абсолютная пространственная координата, не зависящая от анатомической аннотации. После того, как образец мозга зарегистрирован в стандартном пространстве, можно легко выделить интересующие его области для дальнейшего анализа (рис. 5F, G). В частности, области коры головного мозга могут быть преобразованы в плоскую карту с помощью заданного параметра (рисунок 5H).
Срезы, полученные во время визуализации, могут быть использованы для различных гистологических целей. Как показано на рисунках 4A, B, изображение с подсветкой без окрашивания дает рисунок, очень похожий на подлинное окрашивание миелином. Это может стать отличной альтернативой окрашиванию миелином. Кроме того, если изображение с подсветкой получено до окрашивания по Нисслю, то один и тот же участок может быть использован для получения узоров как миелинового, так и ниссльского окрашивания, что дает полезную информацию для идентификации областей и слоев (рис. 5C-E). Эти срезы также могут быть использованы для иммунологического окрашивания. На рисунке 5J срез вокруг центра инъекции был компенсирован антителом NeuN для оценки эффективности трансдукции вируса AAV. Также хорошей стратегией является введение нефлуоресцентных индикаторов в дополнение к флуоресцентным индикаторам и их гистологическое обнаружение после забора среза. В нашем предыдущем исследовании мы объединили антероградные зеленые индикаторы с ретроградным вектором «cre», который позже был обнаружен анти-cre антителом10. В примере на рисунке 6A-E BDA вводили в контралатеральную сторону зеленого индикатора (клевера) и флуоресцентно его обнаруживали. Обратите внимание, что красные сигналы BDA могут быть зарегистрированы на изображении TissueCyte и локализованы во всей координате мозга. В другом примере на рисунке 6F-I smFP-myc вводили в теменную область (рисунок 6G), в то время как зеленый индикатор вводили в лобную область. Таким образом, несколько индикаторов могут быть введены одному и тому же животному без вмешательства в визуализацию. Большим преимуществом использования участков STPT для дополнительного окрашивания является то, что взаимосвязь между флуоресцентными и нефлуоресцентными индикаторами может быть определена для одного и того же мозга. Таким образом, мы смогли определить взаимность кортикокортикальных проекций с высокой точностью10. Еще одним преимуществом является то, что 3D-координаты окрашенных участков могут быть сопоставлены с данными STPT, а затем со стандартным шаблоном. Таким образом, может не потребоваться использовать все извлеченные участки для окрашивания. Для лучшей интерпретации можно выбрать разделы для окрашивания, чтобы добавить дополнительный контекст к данным STPT.

Рисунок 1: Подготовка образца для STPT. (A) Удаление мозговой оболочки с помощью ватных палочек. Мозговые оболочки, окружающие ствол мозга, могут быть удалены с помощью щипцов с тонким наконечником. Мозговые оболочки, окружающие мозг мартышки, удаляются вручную путем растирания ватными палочками. На фото показаны мозговые оболочки, отслаивающиеся изнутри боковой борозды. (В) Акриловая коробка, используемая для заделки агарозы. Штифты подвижны и используются для регулировки угла наклона мозга, чтобы он был близок к стереотаксически фиксированному положению20. (C) Магнитное стекло из стекла размером 76 мм x 52 мм и четырех неодимовых магнитов, прикрепленных эпоксидным клеем. Агарозный блок крепится к магнитному столику с помощью суперклея. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Влияние мозговых оболочек на визуализацию. (А) Мозговые оболочки, которые остаются неразрезаными, всплывают вверх, как показано белой стрелкой. В этом примере видна обширная выпячиваемость мозговых оболочек, поскольку они не были удалены перед внедрением агарозы. Обычно мозговые оболочки остаются неразрезанными только для нескольких сложных участков. (Б) Пример плохого среза из-за наличия мозговых оболочек между мозолистым телом и верхней частью таламуса. В этом случае плохая нарезка приводила к чередованию глубокого среза (329) и относительно нормального среза (330). #78-329 обозначает образец No 78 раздел No 329 на портале данных Brain/MINDS (C) Еще один пример плохой визуализации. В худшем случае пульвинарное ядро, показанное красной стрелкой, может полностью оторваться. Масштабные линейки: 0,5 мм (верхняя панель), 0,5 μм (нижняя панель). (D) Еще один пример плохого имиджа. Мозговые оболочки глубоко внутри пяточной борозды трудно удаляются. Тени, видимые на участках 469 и 470, вызваны плавающими оболочками, которые попали под цель. Масштабные линейки: 0,5 мм (верхняя панель), 0,5 μм (нижняя панель). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Выравнивание участков ткани по порядку. (A) До 50 корональных срезов мартышек могут быть правильно выровнены по порядку в пластиковом контейнере (31 см x 22,5 см). Чтобы визуализировать детализированные конструкции, контейнер помещают на черную бумагу и подсвечивают сбоку. Эти участки сначала грубо выравниваются по порядку, а затем подвергаются точному выравниванию. (B) Точное выравнивание использует кровеносный сосуд в качестве маркера. Кора головного мозга содержит множество кровеносных сосудов, которые проходят вертикально через корковые слои. Они идентифицируются как вытянутые отверстия, которые систематически меняют свое положение в пределах корковых слоев (белые стрелки). С помощью этого метода можно точно выровнять даже участки с интервалом 50 мкм. Эти отверстия в кровеносных сосудах могут быть идентифицированы на изображениях секции SPTP для подтверждения. Масштабная линейка: 5 мм (верхняя панель), 1 мм (нижняя панель). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Изображение с подсветкой в качестве заменителя окрашивания миелином. (A,B) Идентичный участок использовался для изображения с подсветкой и окрашивания миелином. Сначала срез устанавливали на предметное стекло, сушили, регидратировали с помощью PBS, закрывали и визуализировали с помощью светового микроскопа (Table of Materials). После снятия покровного стекла тот же срез использовали для окрашивания миелином21 и визуализировали с помощью флуоресцентного микроскопа. Изображение с подсветкой регистрировалось на изображение миелина с помощью плагина bUnwarpJ компании ImageJ. В зеленых прямоугольниках показано увеличенное изображение каждого изображения. Обратите внимание, что на этих изображениях видны почти идентичные узоры, за исключением того, что окрашивание миелином лучше визуализирует фиброзные структуры. (К-Е) Идентичная секция использовалась для съемки с подсветкой и окрашивания по Нисслю. Низкопороговая маска для изображения с подсветкой сначала была зарегистрирована с низкопороговой маской для изображения Nissl с помощью плагина bUnwarpJ, а исходное изображение было преобразовано с помощью того же параметра. Обратите внимание, что кровеносные сосуды (белые стрелки) хорошо совпадают между двумя изображениями. Поскольку эти два изображения относятся к одному и тому же разделу, совпадение почти идеально, и можно напрямую сравнить паттерны миелина и Ниссля для идентификации корковых слоев. Масштабные линейки: 5 мм (панели А-Е). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5: Типичный результат визуализации STPT. (A) Простое мозаичное изображение Ch2 (зеленого) на примере разреза (раздел 310 образца #21). Без коррекции фона видны границы для каждой плитки. В средней колонке плитки были сшиты с коррекцией фона для Ch1 (красный) и Ch2 (зеленый) соответственно. Чтобы уменьшить сигналы липофусцина (см. панель C), сигналы Ch1 вычитали из Ch2 и показывали зеленым цветом. Чтобы уменьшить липофусциновые сигналы Ch1, перед сшиванием с помощью ImageJ использовалась команда «Удалить аутилеры...». В правой колонке сигналы трассеров были сегментированы по конвейеру обработки изображений11. Стрелки (c, d) показывают места, где показаны увеличенные виды на панелях C и D. Масштабная линейка: 2 мм. (B) Обзор серийных разрезов для образца #21. STPT сгенерировал 635 изображений короны с высоким разрешением для этого образца. (C) Изображение с большим увеличением, показанное стрелкой c на панели A. Это простое наложение Ch1 (красный) и Ch2 (зеленый) без дальнейшей обработки. Треугольники показывают сигналы флуоресценции липофусцина, которые показывают широкий спектр. Алгоритм сегментации трассеров точно отличает сигналы трассеров от фона липофусцина, несмотря на очень похожую форму (правая панель). Масштабная линейка: 100 μм. (D) Еще один пример изображения с большим увеличением. Обратите внимание, что тонкие волокна аксонов в слое 1 могут быть хорошо заметны. Масштабная линейка: 100 мкм. (E) 3D-реконструкция исходных изображений STPT. 635 корональных изображений с низким разрешением, показанных на панели B, были использованы в качестве tiff-stack для 3D-визуализации с использованием флуорендера22. Масштабная линейка: 5 мм. (F) 3D-реконструкция сегментированных сигналов трассера, зарегистрированных в шаблоне STPT (серый). Сигналы индикаторов в разных областях мозга были показаны разными цветами. Эти области были вырезаны с помощью аннотации, показанной на панели G. Масштабная линейка: 5 мм. (G) Шаблон STPT, наложенный на аннотацию различных областей мозга. Масштабная линейка: 5 мм. (H) Сигнал кортикального трассера, показанный на панели F, был показан в виде плоской карты. (I) Идентификация места инъекции с помощью флуоресценции Ch3, которая менее чувствительна к флуоресценции индикатора и остается ненасыщенной. Масштабная линейка: 1 мм. (J) Окрашивание участка вокруг центра инъекции антителом NeuN показало, что примерно 30 % нейронов демонстрируют сильную экспрессию зеленой флуоресценции клевера. Масштабная линейка: 40 мкм. Сокращения: Cx; кора головного мозга, св. стриатум, Th; таламус, SC; Верхний холмистый. Эми; миндалевидное тело, бедро; гиппокамп, Cb; мозжечок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6: Гистология после STPT, показывающая множественные нефлуоресцентные индикаторы. (А-С) Сравнение STPT-изображения с BDA-окрашенным изображением. В этом образце BDA вводится в контралатеральную сторону впрыска клевера. На панелях A и C показано изображение Ch2 и сегментация трассеров данных STPT. На панели B показано окрашивание BDA после STPT. Флуоресценция клевера уменьшается из-за обработки разреза метанолом. Масштабная линейка: 2 мм. (D,E) Пунктирные прямоугольники на панелях A и B увеличены. Масштабная линейка: 100 мкм. (F,G) Сравнение STPT-изображения с окрашиванием антител anti-myc tag. В этом образце клевер вводится в ПФК, в то время как AAV-smFP-myc вводится в контралатеральную теменную кору. Белые прямоугольники увеличены на панелях H и I. Масштабная линейка: 4 мм. (H) Сегментация трассеров показана зеленым цветом. Масштабная линейка: 200 мкм. (I) Окрашивание myc показано красным цветом. Флуоресценция клевера показана зеленым цветом. Масштабная линейка: 200 μм. Зеленые сигналы на панелях H и I присутствуют в аналогичном положении, но не идентичны, потому что STPT извлекает только оптическое сечение ~10 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
| Протокол флуоресцентного окрашивания BDA | |
| Удаляем агарозу | |
| Промывка TBS | 10 мин (2 раза) |
| 1%Н2О2 в растворе Дента | 10 мин |
| Промывка TBS | Короткий |
| Блокировка TNB на 0,5% | 1 ч |
| StAvHRP (1:4000) в TNB | 2 ночевки |
| Промывка тротилом | 10 мин (3 раза) |
| TSA Биотин (1:4000) в 0,1 М борат (pH8,5) + 0,003% H2O2 | 2 ч |
| Промывка тротилом | 10 мин (3 раза) |
| Cy3-стрептавидин (1:1000) в тротиловом эквиваленте | 3 ч |
| Промывка тротилом | 10 мин (2 раза) |
| Промывка TBS | Сохраняйте секцию до монтажа |
| Установите секцию на скользящее стекло с помощью монтажного носителя, препятствующего выцветанию. |
| |
| Протокол флуоресцентного окрашивания против MYC |
| Удаляем агарозу | |
| Промывка TBS | 10 мин (2 раза) |
| блокировка в IB | 1 ч |
| Anti-Myc (1:4000) в IB | 2 ночлег |
| Промывка тротилом | 10 мин (3 раза) |
| Антимышь Cy3 (1:1000) в тротиловом эквиваленте | 3 ч |
| Промывка тротилом | 10 мин (2 раза) |
| Промывка TBS | Сохраняйте секцию до монтажа |
| Установите секцию на скользящее стекло с помощью монтажного носителя, препятствующего выцветанию. |
| |
| Буферы/решения | Состав |
| 0,5% ТНБ | 0,5% блокирующий реагент TSA в TS7.5 |
| Решение Дента | 20% ДМСО, 80% Метанол |
| Погружной буфер (IB) | 10% FBS, 2% BSA 0,5% TritonX100 в TBS |
| TBS (Трис-буферизованный физиологический раствор) | 25 мМ Tris, 137 мМ NaCl, 2,7 мМ KCl (pH 7,4) |
| ТРОТИЛ | 0,05 % Tween20 в TS7.5 |
| ТС7.5 | 0,1 М TRIS-HCl, pH 7,5, 0,15 М NaCl |
Таблица 1: Протокол флуоресцентного окрашивания BDA и анти-myc флуоресцентного окрашивания
| Плазмида для трассера AAV | Addgene No. | Рекомендуемые антитела | Рекомендуемое разведение | Ожидаемый результат |
| pAAV-EF1_Cre | 201198 | Клон Millipore 2D8 | 1:1000 | Хорошо для клеток |
| pAAVCam1.3_smFP_Myc | 201205 | MBL M192 My3 (мышь) | 1:4000 | Отлично |
| pAAVCam1.3_smFP_HA | 201206 | CST C29F4 (кролик) | 1:1000 | Хорошо для клеток |
| pAAVCam1.3_smFP_FLAG | 201207 | MBL PM020B (кролик) | 1:1000 | ХОРОШО |
| AAVTRE3_smFP_Myc | 201208 | | | |
| AAVTRE3_smFP_HA | 201209 | | | |
| AAVTRE3_smFP_FLAG | 201210 | | | |
Таблица 2: Список плазмид Addgene, доступных для производства нефлуоресцентных индикаторов. Конструкция cre нацелена на ядро и подходит для ретроградной трассировки с оболочкой AAV2 retro. smFP_HA конструкция хороша для обнаружения тела клетки (и ретрограда).
Дополнительное видео: Микроскоп для удаления мозговых оболочек. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать это видео.