Mevcut protokol, boyalar ve donmuş kesitler kullanarak viral izleme yapmadan önce stereotaksik enjeksiyon koordinatlarının doğrulama adımını hızlandırmak için pratik bir stratejiyi açıklamaktadır.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Mevcut protokol, boyalar ve donmuş kesitler kullanarak viral izleme yapmadan önce stereotaksik enjeksiyon koordinatlarının doğrulama adımını hızlandırmak için pratik bir stratejiyi açıklamaktadır.
Belirli bir beyin bölgesinin stereotaksik enjeksiyonu, temel sinirbilimde temel bir deneysel teknik oluşturur. Araştırmacılar genellikle stereotaksik enjeksiyon parametreleri seçimlerini fare beyin atlaslarına veya çeşitli popülasyonlar / yaşlarda fareler ve farklı stereotaksik ekipman kullanan yayınlanmış materyallere dayandırırlar ve bu da stereotaksik koordinat parametrelerinin daha fazla doğrulanmasını gerektirir. Kalsiyum görüntüleme, kemogenetik ve optogenetik manipülasyonların etkinliği, genellikle birkaç haftalık çaba gerektiren, ilgilenilen bölgedeki raportör genlerin kesin ifadesine dayanır. Bu nedenle, hedef beyin bölgesinin koordinatlarının önceden doğrulanmaması zaman alıcı bir iştir. Virüs yerine uygun bir boya kullanarak ve kriyoseksiyon uygulayarak, araştırmacılar boya uygulamasından hemen sonra enjeksiyon bölgesini gözlemleyebilirler. Bu, gerçek enjeksiyon bölgesi ile teorik konum arasında tutarsızlıkların olduğu durumlarda koordinat parametrelerinde zamanında ayarlamalar yapılmasını kolaylaştırır. Bu tür ayarlamalar, sonraki deneylerde hedef bölge içindeki viral ekspresyonun doğruluğunu önemli ölçüde artırır.
İn vivo kalsiyum kaydı, optogenetik ve kemogenetik araçlar dahil olmak üzere neredeyse tüm modern nöromodülasyon araçları, nöral manipülasyonun temelini oluşturan beyin ilgi alanını 1,2,3 hedeflemek için stereotaksik koordinatların kullanılmasını gerektirir. Fare beyin bölgeleri için stereotaksik koordinatlar, kafatası üzerindeki kemikli yer işaretleri olan bregma ve lambda ile ilişkili olarak tanımlanır ve kafatasından türetilmiş stereotaksik koordinat sistemini oluşturur. Ya bregma ya da lambda, üç boyutlu koordinatların sıfır noktası olarak hizmet edebilir. Üç eksen anteroposterior (AP), mediolateral (ML) ve dorsoventral (DV) olup, stereotaksik aletlerin dijital ekranında y, x ve z eksenlerini temsil eder. İyi bilinen beyin bölgeleri için, belirli bir alanın stereotaksik koordinat parametreleri, fare beyin atlaslarından4 (örneğin, stereotaksik koordinatlarda Paxinos ve Franklin'in fare beyni) ve/veya yayınlanmış literatürden 5,6 elde edilebilir. Bununla birlikte, stereotaksik ekipmandaki farklılıklar ve farklı araştırmacılar tarafından kullanılan farelerin yaşı / popülasyonları nedeniyle daha fazla doğrulama gereklidir.
Yapı, işlevin temelidir. Nöral devreler, bilişsel aktiviteler, duygu, hafıza, duyusal ve motor işlevler gibi birçok beyin fonksiyonunun temelini oluşturur1. Nöral devrelerin yapısını etiketlemek ve aktivitesini manipüle etmek, belirli bir nöral devrenin işlevini anlamak için hayati önem taşır. Geçtiğimiz on yıllar boyunca, nöral izleyiciler birçok nesil boyunca gelişti; erken araştırmalar, buğday tohumu aglütinini (WGA) ve phaseolus vulgaris aglütinini (PHA) anterograd izleyiciler olarak ve florogold (FG), kolera toksin alt birimi B (CTB), karbosiyanin retrograd izleyiciler olarak kabul edildi. Bununla birlikte, viral izleyicilerin aksine, bu geleneksel nöral izleyiciler, eksojen genleri konakçıya entegre edemezler ve hücre tipi seçiciliğine sahip değildirler. Günümüzde, viral strateji, temel sinirbilim araştırmaları sırasında önemli bir öneri haline gelmiştir. Farklı araştırma amaçları için çeşitli viral araçlar seçilebilir 7,8. Transsinaptik olmayan virüsler, trans-multisinaptik virüsler (retrograd ve anterograd) ve trans-monosinaptik virüsler (retrograd ve anterograd) vardır. Her kategori, ilgili özelliklere sahip birkaç tür içerir.
Viral uygulama ve ekspresyon süreci oldukça zaman ve kaynak yoğundur, genellikle haftalar veya daha uzun sürer. Çeşitli viral vektörler arasında, adeno-ilişkili virüs, deneysel prosedür için enjeksiyondan 3 ila 8 hafta sonra geniş bir pencere sağlayarak, gen iletimi için umut verici bir araç olarak tanımlanmıştır 7,8. AAV geliştikçe, uygulamadan 2-3 hafta sonra analiz yapılabilir 9,10. Yalancı kuduz virüsü (PRV) ve kuduz virüsü (RV) gibi diğer nöral devre izleyicileri de en az 2-7 günlük bir izleme süresi gerektirir 11,12,13,14,15. Bu nedenle, floresan sinyallerini gözlemlemeden önce enjeksiyon bölgesinin ön doğrulaması hem zaman hem de maliyet açısından etkilidir.
Stereotaksik enjeksiyonların basit ve hızlı bir şekilde doğrulanmasını kolaylaştırmak için, bu çalışmada, viral vektörlerden önce bir boya uygulanır ve kriyoseksiyon, araştırmacıların enjeksiyon bölgesini gözlemlemelerini ve enjeksiyondan sonraki 30 dakika içinde izlemelerini sağlar.
Tüm hayvan deneyleri, Hayvan Araştırmaları Raporlama İn Vivo Deneyleri (ARRIVE) kılavuzlarına ve Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'na uygun olarak yürütülmüştür. Bu çalışma, Şanghay Jiaotong Üniversitesi Tıp Fakültesi, Renji Hastanesi Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylanmıştır. Bu çalışma için sekiz haftalık C57BL / 6J erkek fareler kullanıldı. Hayvanlar ticari olarak elde edildi (Malzeme Tablosuna bakınız) ve standart kafeslerde (22 °C ± 2 °C, 12 saat/12 saat aydınlık/karanlık döngüsü, yiyecek ve su ad libitum) barındırıldı.
1. Hedef beyin bölgelerinin seçimi
NOT: Bu steril bir işlemdir. Tüm cerrahi aletlerin sterilize edildiğinden emin olun. Cerrahi aletlerle temas etmeden önce eldivenlere alkol püskürtün. Aletlerin ucuna veya cerrahi bölgeye eldivenle dokunmaktan kaçının. Prosedüre başlamadan önce, doğru reflekslerin kaybını ve kutanöz stimülasyona yanıt verilmemesini kontrol ederek farenin yeterince uyuşturulduğundan emin olun. Delme ve enjeksiyondan önce, solunum hızını (dakikada 60-220 nefes, dakikada ortalama 100-150 nefes) ve solunum genliğini (tutarlı olmalı ve aşırı sığ veya derin olmamalıdır) yakından izleyin. Solunum hızı veya genliğindeki herhangi bir önemli değişiklik not edilmelidir.
2. Boya çözeltisinin hazırlanması ve beyin mikroenjeksiyonu
3. Beyin dokusu hasadı ve kriyoseksiyon
4. Görüntüleme
Bu çalışma, gösterilen yöntemi kullanarak enjeksiyon bölgesini 30 dakika içinde başarıyla tanımladı. Başlangıçta, bromofenol mavisi içeren bir SDS-PAGE numune yükleme çözeltisi, C57 / BL farelerinde LDTgV'ye enjekte edildi. Şekil 1A , boya çözeltisi enjeksiyonunun şematik bir gösterimini göstermektedir. LDTgV'deki mavi boyanın dağılımı Şekil 1B'de gösterilmiştir.
Bromofenol mavisi ayrıca bu protokolün evrenselliğini değerlendirmek için mPFC prelimbik korteks, mPFC infralimbik korteks ve bazomdial amigdalaya (BMA) enjekte edildi. Şekil 1C-E ve Şekil 2A'da gösterildiği gibi, mavi boya mPFC prelimbik korteks, mPFC infralimbik korteks ve BMA'da dağıtıldı.
Ayrıca, bir floresan mCherry proteini taşıyan adeno-ilişkili bir virüs LDTgV'ye enjekte edildi (koordinatlar boya çözeltisi kullanılarak doğrulandı). Virüsün ifadesi dört hafta sürdü. LDTgV'deki mCherry + nöronlarının dağılımı Şekil 2B'de gösterilmiştir.

Şekil 1: Boya çözeltisinin enjeksiyonu. (A) Boya çözeltisi enjeksiyonunun şematik bir diyagramı. (B) LDTgV'de mavi boyanın dağılımı. (C) mPFC prelimbik kortekste mavi boyanın dağılımı. (D) mPFC infralimbik kortekste mavi boyanın dağılımı. (E) BMA'da mavi boyanın dağılımı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Mikroskop altında görüntülenen mavi boya dağılımı ve mCherry dağılımı. (A) mPFC prelimbik kortekste mavi boya dağılımı (10x büyütme, ölçek çubuğu = 500 μm). (B) Floresan mikroskobu ile elde edilen LDTgV bölgesindeki mCherry dağılımının temsili görüntüsü (10x büyütme, ölçek çubuğu = 500 μm). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Bu makale, stereotaksik beyin enjeksiyonlarının 5,6 doğruluğunu viral izlemeden önce daha hızlı ve basit bir şekilde doğrulamak için istikrarlı bir strateji tanımlamıştır, ancak beyin bölgesindeki raportör gen ekspresyonunun yeri doldurulamaz yönü, beyin bölgesi etiketlemesi için çok önemlidir. Kullandığımız mavi boya, enjeksiyon bölgesinin hemen görselleştirilmesine izin verdi.
Bu protokoldeki birkaç kritik adım, enjeksiyon bölgesinin doğruluğunun iyileştirilmesine katkıda bulunur. İlk olarak, 1.5 adımından itibaren stereotaksik alette beynin sol-sağ düzlüğünün sağlanması; Bu adım, operatörlerin kafatası anatomisine aşina olmasını ve kulak çubuklarının doğru konuma yerleştirilmesini sağlamasını gerektirir. Kulak çubukları üzerindeki ölçekler ve stereotaksik çerçeve de referans görevi görür. İkinci olarak, adım 1.6 ve adım 2.3'te tam sıfır noktasını, bregmayı bulmak. Bazen, adım 1.6 ve 2.3'te bulunan koordinatlardaki önemli bir tutarsızlık, sıfır noktası konumlandırmasındaki önemli bir farktan kaynaklanır. Bu, mikroenjektör iğnesinin kafatası penceresine nüfuz edememesine neden olabilir. Bu gibi durumlarda, sıfır noktasını yeniden konumlandırmak ve gerekirse yeni bir kraniyal pencere oluşturmak gerekir. Buna rağmen, adım 2.3'te sıfır noktasını yeniden kurmak ve koordinatları yeniden bulmak hala önemlidir; Mikro şırınga önceden yapılmış kraniyal pencereden doğrudan yerleştirilemez.
Donmamış bir beynin bir fare beyin dilimi kalıbında kesilmesiyle karşılaştırıldığında, bu strateji daha doğru bir sonuç sağlar çünkü katı numune bloğu bıçağın beyni sıkmasını ve boyanın enjeksiyon noktalarından yer değiştirmesine neden olmasını önler. Ayrıca, bir beyin dilimi kalıbı tarafından kesilen beyin bölümleri nispeten daha kalındır ve küçük beyin çekirdeklerini lokalize etmek için mümkün değildir. Bununla birlikte, standart beyin dokusu kriyoseksiyon işlemi 11,12,13,14,15 ile karşılaştırıldığında, dehidrasyon adımlarını atlayarak işlem süresini en az 72 saat kısalttık, bu da beyin bölümlerinin daha kırılgan olmasına ve bu protokolün büyük bir zayıflığını temsil eden bir cam slayt üzerinde alınması daha zor olmasına neden oldu.
Boya enjeksiyonu için kraniyal pencereler yapılırken, diş matkabını elle tutmak yerine stereotaksik kola sıkıca takmak, ince ayar düğmesini kullanarak delme derinliğini kontrol etmeyi kolaylaştırır ve böylece beyin dokusuna zarar verme olasılığını azaltır.
Sonuç olarak, bu çalışma, viral izlemeden önce kesin stereotaksik koordinatları önceden doğrulamak için umut verici bir yöntem sağlamış ve sonraki nöron etiketleme ve izleme sürecini daha güvenilir hale getirmiştir.
Yazarlar hiçbir rakip çıkar beyan etmezler.
Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (XY Sun'a 82101249 NO'lu hibe), Çin Doktora Sonrası Araştırma Vakfı (XY Sun'a hibe NO. 2022M722125). Şangay Yelken Programı (SH Chen'e hibe NO. 21YF1425100). Şanghay Belediye Sağlık Komisyonu Klinik Araştırma Özel Projesi (J Zhou'ya 202340088 numaralı hibe). Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (X Zhang'a 82101262 NO'lu hibe, SH Chen'e 82101287 NO'lu hibe).
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 1.0 ve mikro; L, Nöro Şırınga, Model 7001 KH, 32 G, Nokta Stili 3 | Hamilton | 65458-01 | |
| 200 & mu; L pipet uçları | biosharp | BS-200-T | |
| 20 mL şırınga | Lütfen grup | ||
| %3 H2O2 çözeltisi | Lircon Company | ||
| 6 kuyulu plaka | Shengyou Biotech | 20006 | |
| Anerdian | Likang Yüksek teknoloji | 31001002 | |
| Anti rulo plakası | Leica | 14047742497 | |
| BD insülin şırınga | Becton, Dickinson ve Şirket | 328421 | |
| Bükme dişli diseksiyon forseps | Jinzhong | JD1050 | |
| Cellsens boyut yazılımı | Olympus | ||
| Pamuklu çubuk | Fisher Scientific | 23-400-122 | |
| Dapi-Fluoromount-G | Southernbiotech | 0100-20 | |
| Matkap | Longxiang | ||
| İnce fırçalar | HWAHONG | ||
| İnce makas | Jinzhong | y00030 | |
| Floresan mikroskobu | Olympus | BX63 | |
| donma mikrotomu | Leica | CM1950 | |
| Dişli düz hemostatik forseps | Jinzhong | J31010 | |
| İnfüzyon iğnesi 0,7 mm | Nazik grup | ||
| Lidokain hidroklorür enjeksiyonu | Hasat İlaç Şirketi | 71230803 | |
| Büyüteç | M& G Chenguang Kırtasiye | ||
| Erkek C57 / BL fareler | Şanghay Planlı Ebeveynlik Araştırma Enstitüsü– BK Laboratuvar Fareleri | ||
| koronal beyin dilimi kalıbı | RWD Yaşam Bilimleri | 68713 | |
| Mikrosantrifüj tüpü | biosharp | BS-02-P | |
| Mikrotom bıçakları | Leica | 819 | |
| Oftalmik merhem | Cisen İlaç Şirketi | G23HDM9M4S5 | |
| paraformaldehit | Biosharp | BL539A | |
| Peristaltik pompalar | Harvard Aparatı | 70-4507 | |
| Fosfat tamponlu tuzlu su | Servicebio | G4202 | |
| Piette 2-200 & mu; L | thermofisher | 4642080 | |
| SDS-PAGE bromofenol mavisi içeren numune yükleme | Beyotime | P0015A | |
| Tıraş bıçakları | BFYING | 91560618 | |
| Slaytlar | Citotest Bilimsel | 188105 | |
| Stereotaksik cihaz | RWD Yaşam Bilimleri | 68807 | |
| Düz dişli diseksiyon forseps | Jinzhong | JD1060 | |
| Şırınga Tutucu | RWD Yaşam Bilimleri | 68206 | |
| Doku makası | Jinzhong | J21040 | |
| Doku-Tek OCT bileşiği | Sakura | 4583 | |
| Tribromoetanol | Aibei Biyoteknoloji | M2910 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste