RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Burada, uyanık farelerde mikroglial dinamiklerin ve nöronal aktivitenin eşzamanlı görüntülenmesi için adeno ilişkili virüs enjeksiyonunu kraniyal pencere implantasyonu ile birleştiren bir protokolü tanımladık.
Beyin fonksiyonları periferik dokulardan türetilen sinyallerin sürekli etkisi altında olduğundan, beyindeki glial hücrelerin periferdeki çeşitli biyolojik koşulları nasıl algıladığını ve sinyalleri nöronlara nasıl ilettiğini aydınlatmak çok önemlidir. Mikroglia, beyindeki bağışıklık hücreleri, sinaptik gelişim ve plastisitede rol oynar. Bu nedenle, mikroglia'nın vücudun iç durumuna yanıt olarak nöral devre yapısına katkısı, mikroglial dinamikler ve nöronal aktivite arasındaki ilişkinin intravital görüntülemesi ile kritik olarak test edilmelidir.
Burada, uyanık farelerde mikroglial dinamiklerin ve nöronal aktivitenin eşzamanlı görüntülenmesi için bir teknik açıklanmaktadır. Kırmızı floresan proteininin gen kodlu bir kalsiyum göstergesi olan adeno ilişkili virüs kodlayan R-CaMP, mikrogliada EGFP'yi eksprese eden CX3CR1-EGFP transgenik farelerde birincil görsel korteksin 2/3 katmanına enjekte edildi. Viral enjeksiyondan sonra, enjekte edilen bölgenin beyin yüzeyine bir kranial pencere yerleştirildi. Ameliyattan 4 hafta sonra uyanık farelerde in vivo iki foton görüntüleme, nöral aktivitenin ve mikroglial dinamiklerin saniyenin altındaki zamansal çözünürlükte aynı anda kaydedilebileceğini göstermiştir. Bu teknik, mikroglial dinamikler ve nöronal aktivite arasındaki koordinasyonu ortaya çıkarabilir, birincisi periferik immünolojik durumlara cevap verirken, ikincisi iç beyin durumlarını kodlar.
Vücudun iç durumunun hayvanlarda beyin fonksiyonlarını sürekli olarak etkilediğine dair kanıtlar artmaktadır 1,2,3,4,5. Buna göre, beyin fonksiyonlarını daha iyi anlamak için, beyindeki glial hücrelerin çevredeki biyolojik koşulları nasıl izlediğini ve bilgiyi nöronlara nasıl aktardığını aydınlatmak çok önemlidir.
Mikroglia, beyindeki bağışıklık hücreleri, beyindeki sinir devrelerinin özelliklerini şekillendiren sinaptik gelişim ve plastisitede rol oynar 6,7,8,9. Örneğin, Wake ve ark. tarafından yapılan öncü çalışmalar, mikroglial süreçlerin fare neokorteksindeki nöronal aktiviteye bağımlı bir şekilde sinapslarla temas ettiğini ve yapay iskeminin mikroglia10 ile uzun süreli temastan sonra sinaps kaybına neden olduğunu göstermiştir. Tremblay ve ark., görsel deneyimin değişmesinin sinapslarla mikroglial etkileşim modalitesini değiştirdiğini bulmuşlardır. Primer görsel korteksteki (V1) dendritik omurga döngüsünün binoküler yoksunluk ile arttığı kritik dönemde, karanlık adaptasyon mikroglial süreçlerin hareketliliğini azaltır ve hem sinaptik yarıklarla temas sıklığını hem de mikroglia11'deki hücresel inklüzyonların sayısını arttırır. Bu sonuçlar, mikroglial süreçlerin nöral devreleri yeniden şekillendirmek için nöral aktiviteyi ve çevrelerini algıladığını göstermektedir. Ayrıca, yakın tarihli bir çalışma, mikroglial sürveyansın uyanık ve anestezi altındaki koşullar arasında farklılık gösterdiğini bildirmiştir, bu da fizyolojik koşullar altında nöron-mikroglia iletişimini araştırmak için uyanık farelerin kullanıldığı deneylerin önemini düşündürmektedir12.
İn vivo iki fotonlu kalsiyum görüntüleme, canlı bir hayvanda aynı anda yüzlerce nöronda devam eden nöronal ateşlemeyi yansıtan kalsiyum dinamiklerinin kaydedilmesi için güçlü bir araçtır13,14,15. Nöronlarda kalsiyum görüntüleme genellikle hızlı nöronal yanıtları izlemek için birkaç Hz'den fazla zamansal çözünürlük gerektirir16,17. Buna karşılık, mikroglial dinamikleri izleyen önceki çalışmalar, mikroglial yapıları 0.1 Hz 18,19,20'den daha düşük nispeten düşük bir zamansal çözünürlükte örneklemiştir. Son zamanlarda yapılan bir çalışmada, nöron-mikroglia iletişimini anlamak için eşzamanlı iki fotonlu görüntüleme uygulanmıştır21. Bununla birlikte, dinamik mikroglial süreçlerin uyanık farelerde birkaç Hz'den daha fazla zamansal çözünürlükte çevredeki nöral aktiviteye nasıl tepki verdiği hala belirsizdir. Bu sorunu ele almak için, uyanık farelerde 1 Hz'den daha yüksek bir zamansal çözünürlüğe sahip nöral aktivite ve mikroglial dinamiklerin eşzamanlı in vivo iki foton görüntüleme yöntemini tanımladık. Bu yöntem, uyanık farelerde daha yüksek kare hızında (maksimum, 512 x 512 piksel piksel kare boyutuyla 30 Hz) kararlı görüntüleme elde etmemizi sağlar ve mikroglia'nın gözetim davranışını veya uyanık farelerde nöronal aktivite ile etkileşimlerini araştırmak için daha uygun bir yol sağlar.
Tüm deneyler Tokyo Üniversitesi Tıp Fakültesi ve Tıp Fakültesi Hayvan Etik Komitesi ve Genetik Rekombinant Deney Güvenliği Komitesi tarafından onaylanmış ve kılavuzlarına göre gerçekleştirilmiştir.
1. Hazırlık
2. AAV enjeksiyonu
3. Kraniyal pencere implantasyonu
NOT: Kraniyal pencere implantasyonu aynı gün AAV enjeksiyonunu takip eder.
4. Mikroglia ve nöronal kalsiyum dinamiklerinin in vivo iki foton görüntülemesi
Bu protokolde tarif edildiği gibi 8 haftalık CX3XR1-EGFP transgenik farenin V1'ine AAV enjeksiyonu ve kraniyal pencere implantasyonu uyguladık. Ameliyattan dört hafta sonra, V1'in 2/3 tabakasında R-CaMP tabanlı nöral aktivite ve mikroglial dinamiklerin eşzamanlı in vivo iki foton görüntülemesini gerçekleştirdik (Şekil 4 ve Video 1). Görüntüleme sırasında, fare bir koşu bandına yerleştirildi ve serbestçe koşmasına izin verildi. Görüntüler, 25x, 1,1 NA hedefi ve GaAsP PMT'ler kullanılarak 0,25 μm/piksel uzamsal çözünürlükle 30 Hz kare hızında elde edildi. Hem EGFP hem de R-CaMP, 1.000 nm dalga boyunda uyarıldı ve EGFP floresan (525/50 nm emisyon filtresi) ve R-CaMP floresan (593/46 nm emisyon filtresi) aynı anda toplandı. Hareket artefaktlarını en aza indirmek için elde edilen verilerin kaydedilmesinden sonra, arka plan gürültüsünü azaltmak için her dört karenin ortalaması tek bir kareye alındı. Izgara görsel uyaranları fareye sunuldu ve nöronların ve bireysel dendritik dikenlerin görsel tepkileri analiz edildi (Şekil 4D). Mikroglial süreçler hızlı dinamikler gösterdi ve morfolojilerini 10 saniye içinde değiştirdi (Şekil 4E ve Video 1). Tartışma bölümünde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi, AAV enjeksiyonu başarısız olduğunda, R-CaMP ifadesi tespit edilemedi. Ameliyat başarılı olmazsa, EGFP ve R-CaMP sinyalleri gözlenemedi.

Resim 1: AAV enjeksiyonu . (A) Bir cam pipet, silikon tüp kullanılarak 26 G Hamilton şırıngaya bağlandı. (B) AAV enjeksiyonu için kurulum. (C) AAV çözeltisi, dikey eksenden 60° öne eğilmiş cam pipet aracılığıyla enjekte edildi. (D) Açık kafatası prosedürünün şematik diyagramı (adım 3.3'te açıklanmıştır). Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Resim 2: Kraniyal pencere ve kafa plakası . (A) Kraniyal pencere implantasyonunun şematik diyagramı. (B) Ismarlama kafa plakaları kullanılmıştır. Sağ yarımkürede görüntüleme için sağ tarafta daha kısa kol kullanılmalıdır. (C) Kraniyal penceresi ve implante edilmiş kafa plakası olan bir farenin sırt görünümü. (D) Şekil 2C'de gösterilen kafatası penceresinin yüksek büyütmeli görünümü. (E) Özel yapım stereotaksik aletle sabitlenmiş bir farenin sırt görünümü. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: İn vivo iki fotonlu görüntüleme için kurulum. (A) Gölgelendirme cihazının dorsal görünümü. (B) Gölgelendirme cihazının yandan görünümü. (C) Objektif lensin altındaki kafa plakasında gölgelendirme cihazı bulunan bir farenin görünümü. Fare koşu bandına yerleştirilir. (D) İki fotonlu uyarma mikroskobu altında görüntüleme. Görsel uyaranlar sunan bir monitör şeklin sağ tarafına yerleştirilmiştir. Objektif lens, monitörden objektif lense giden ışığı önlemek için gölgelendirme cihazı ve siyah alüminyum folyo ile kaplanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Dendritik omurgada mikroglial dinamikler ve görsel tepkiler. (A-C) 12 haftalık CX3XR1-EGFP transgenik farede V1'in 2/3 katmanındaki EGFP(+) mikroglia ve R-CaMP(+) nöronlarının zaman ortalamalı görüntüleri. Her kanaldaki sinyal yoğunluğu bağımsız olarak normalleştirildi. (D) Dendritik omurgada görsel tepkiler. Siyah oklu şerit diyagramları, gri sütunlarla gösterilen zamanlamada sunulan ızgara uyaranlarının yönünü gösterir. Kalsiyum izlerinde, gri çizgiler bireysel tepkileri gösterir ve siyah bir çizgi ortalamalarını gösterir. Sağ girişte, sarı bir ok ucu, kalsiyum izlerini elde etmek için ilgilenilen bölgenin (ROI) üretildiği dendritik omurgayı gösterir. (E) Mikroglial süreç (camgöbeği ok ucu) 10 sn'de hızlı geri çekilme gösterdi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Video 1: Nöronal aktivite ve mikroglial dinamiklerin iki fotonlu görüntülenmesi. 12 haftalık CX3XR1-EGFP transgenik farede V1'in 2/3 katmanındaki EGFP(+) mikroglia ve R-CaMP(+) nöronlarının görüntüleme verileri. Filmin sol tarafında, macenta nöronlarda R-CaMP'yi gösterir ve yeşil mikrogliada EGFP'yi gösterir. Filmin merkezi EGFP sinyaline karşılık gelir ve sağ taraf R-CaMP sinyaline karşılık gelir. Her kanaldaki sinyal yoğunluğu bağımsız olarak normalleştirildi. Filmin kare hızı, gerçek hızdan 40 kat daha hızlıdır. Ölçek çubuğu = 10 μm Bu Videoyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Burada, uyanık farelerde mikroglial dinamiklerin ve nöronal aktivitenin eşzamanlı görüntülenmesi için adeno ilişkili virüs enjeksiyonunu kraniyal pencere implantasyonu ile birleştiren bir protokolü tanımladık.
Dr. Masashi Kondo ve Dr. Masanori Matsuzaki'ye virüs vektörleri sağladıkları için teşekkür ederiz. Bu çalışma Grants-in-Aid for Scientific Research (20H00481, 20A301, 20H05894, 20H05895 to S.O.), Japonya Tıbbi Araştırma ve Geliştirme Ajansı (JP19gm1310003 ve JP17gm5010003 to S.O. ve JP19dm0207082 to H.M.), UTokyo Center for Integrative Science of Human Behavior (CiSHuB), Japonya Bilim ve Teknoloji Ajansı Moonshot R&D (JPMJMS2024 to H.M.), Beyin Bilimi Vakfı (H. M.).
| 10 inç LCD monitör | EIZO | DuraVision FDX1003 | Izgara görsel uyaranları sunmak için |
| 26G Hamilton şırınga | Hamilton | 701N | |
| 27G iğne | Terumo | NN-2719S | |
| AAV-hSyn-R-CAMP1.07 | N/A | N/A | Prof. Matsuzaki'nin laboratuvarından nazikçe hediye edilmiştir |
| Aktif kömür tozu | Nacalai tesque | 07909-65 | |
| Siyah alüminyum folyo | THORLABS | BKF12 | |
| CX3CR1-EGFP fare | Jackson laboratuvar | IMSR_JAX: 005582 | CX3CR-1EGFP/+ endojen Cx3cr1 lokusun kontrolü altında beyindeki mikrogliada EGFP eksprese eden knock-in/knock-out fareler. |
| DENT SİLİKON-V | Shofu Inc | N/A | Bir gölgeleme cihazının bir kafa plakasına takılması için |
| Diş çimentosu (hızlı reçine, sıvı) | Shofu Inc | N/A | AB |
| Diş çimentosu(hızlı reçine, toz) | Shofu Inc | N/AB | Renk 3 |
| Matkap | Toyo Associates | HP-200 | |
| Cam kılcal pipet | Drummond Scientific Company | 2-000-075 | |
| Cam disk (büyük) | Matsunami | N / A | 4mm çapında, 0.15 & plusmn; 0,02 mm kalınlığında |
| Cam disk (küçük) | Matsunami | N/A | 2 mm çapında, 0,525 & 0,075 mm kalınlık |
| Kafa plakası | Özelleştirilmiş | N/A | Malzeme: SUS304, kalınlık: 0,5 mm, şekil için Şekil 2B'ye bakın |
| Hemostatik fiber | Davol Inc | 1010090 | |
| ImageJ Fiji yazılımı | Özgür yazılım | Veri kaydı için | |
| Anında yapıştırıcı (Aron alpha) | Daiichi Sankyo | N/A | |
| Isofluran | Pfizer | N/A | |
| Lidokain | Astrazeneca | N/A | |
| MATLAB 2017b | MathWorks | N/A | Veri kaydı ve işleme için |
| Meloxicam | Tokyo Kimya Endüstrisi | M1959 | |
| Mikroenjektör | KD Scientific | KDS-100 | |
| Mikropipet çektirme | Sutter Instrument Company | P-97 | |
| Çoklu foton uyarma mikroskobu | NIKON | N/A | Ticari adı "A1MP+"dır. |
| Objektif lens | NIKON | N/A | Ticari adı "CFI75 apochromat 25xC W"dir. |
| Parafin Sıvı | Nacalai tesque | 26132-35 | |
| Psychtoolbox | Ücretsiz yazılım | Izgara görsel uyaranları sunmak için | |
| Gölgeleme cihazı | Özelleştirilmiş | N / A | |
| Stereomikroskop | Leica | M165 FC | |
| Stereotaksik alet | Narishige Bilimsel Enstrüman | SR-611 | Ameliyat için |
| Stereotaksik alet | Özelleştirilmiş | N/A | Fareleri iki foton mikroskobu altında sabitlemek için |
| Stopcock | ISIS | VXB1079 | |
| Cerrahi ipek | Ethicon | K881H | |
| Koşu | Bandı Özelleştirilmiş | N/A | |
| UV ışıkla sertleştirici | Norland Products Inc | NOA 65 | |
| Buharlaştırıcı | Penlon | Sigma Delta | Anestezik makinesi |