Bu protokol, transmisyon elektron mikroskobu için retinal organoid numuneler için optimize edilmiş ve ayrıntılı bir hazırlık prosedürü sağlar. Olgun retinal organoidlerde sinapsların analizini içeren uygulamalar için uygundur.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Bu protokol, transmisyon elektron mikroskobu için retinal organoid numuneler için optimize edilmiş ve ayrıntılı bir hazırlık prosedürü sağlar. Olgun retinal organoidlerde sinapsların analizini içeren uygulamalar için uygundur.
Retinal organoidler (RO'lar), belirli koşullar altında indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden (iPSC'ler) farklılaşan insan retina özelliklerini taklit eden üç boyutlu bir kültür sistemidir. RO'larda sinaps gelişimi ve olgunlaşması immünositokimyasal ve fonksiyonel olarak incelenmiştir. Bununla birlikte, sinaptik temas üst yapısının doğrudan kanıtı, hem özel şerit sinapsları hem de geleneksel kimyasal sinapsları içeren sınırlıdır. Transmisyon elektron mikroskobu (TEM), insanlarda ve çeşitli türlerde retina gelişimini ve sinaps olgunlaşmasını aydınlatan yüksek çözünürlük ve saygın bir geçmiş ile karakterizedir. RO'lardaki sinaptik yapıyı keşfetmek için güçlü bir araçtır ve RO'ların araştırma alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, RO sinaptik kontaklarının yapısını nano ölçekte daha iyi keşfetmek ve yüksek kaliteli mikroskobik kanıtlar elde etmek için, basit ve tekrarlanabilir bir RO TEM numune hazırlama yöntemi geliştirdik. Bu belge, protokolü, kullanılan reaktifleri ve RO fiksasyon hazırlığı, fiksasyon sonrası, gömme ve görselleştirme dahil olmak üzere ayrıntılı adımları açıklamaktadır.
İnsanlarda ve memelilerde hayati bir görsel duyu organı olan retina, nöron somalarını barındıran üç nükleer katman ve geleneksel sinapslarve özel şerit sinaps2,3 dahil olmak üzere sinaptik bağlantılar 1 tarafından oluşturulan iki pleksiform katman ile karakterize edilen belirgin bir lamine yapı sergiler. Şerit sinaps, vezikül uyarılarının kademeli bir şekilde iletilmesinde çok önemli bir rol oynar 2,3. Görme süreci, çeşitli nöron ve sinaps seviyeleri boyunca elektro-optik sinyal iletimini içerir ve sonuçta görsel kortekse 4,5 ulaşır.
Retinal organoidler (RO'lar), retina dokusunun fizyolojik durumlarını in vitro 1,6,7 taklit eden, indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden (iPSC'ler) türetilen üç boyutlu (3D) bir kültür sistemini temsil eder. Bu yaklaşım, retina hastalıkları8, ilaç taraması9 ve retinitis pigmentosa10 ve glokom11 gibi geri dönüşümsüz retinal dejeneratif durumlar için potansiyel bir tedavi olarak hizmet etmek için umut vaat etmektedir. Güçlü bir in vitro optik iletim sistemi olarak, RO'lar içindeki sinaps, etkili sinyal dönüşümünü ve transferini kolaylaştıran çok önemli bir yapıdır5.
RO gelişimi, morfolojik özelliklerine ve moleküler ekspresyon profillerine göre kabaca üç aşamaya ayrılabilir 6,12. Evre 1'deki RO'lar (D21-D60 civarında), retinanın nöral progenitör hücrelerini, birçok retinal ganglion hücresini (RGC'ler) ve insan fetal gelişiminin ilk dönemine karşılık gelen birkaç yıldız patlaması amakrin hücresini (SAC'ler) içerir. Evre 2'de (D50-D150 civarında), RO'lar bazı fotoreseptör öncülerini, internöronları ve sinaptogenezle ilgili genleri eksprese eder, bu da bir geçiş aşamasını temsil eder. Fotoreseptörler, insan fetal gelişimininüçüncü aşamasına karşılık gelen evre 3 RO'larda (yaklaşık D100-D150'den sonra) olgunluk geliştirir 6,12,13. Özellikle, aşama 1 ve aşama 2'deki RO'larla karşılaştırıldığında, aşama 3'teki RO'lar, şerit sinapslarının14 varlığı da dahil olmak üzere, sinapslarıolgunlaşmış 12 belirgin bir lamel yapıya sahiptir. Ayrıca, yakın zamanda yapılan bir çalışma, olgun sinapsların ışık sinyallerinin iletimi için var olduğunu doğruladı ve bu da işlevsel olduklarını gösteriyor13. Bu nedenle, evre 3'teki RO'lar genellikle sinaptik yapıyı araştırmak için seçilir.
İmmünohistokimya, çeşitli moleküler proteinlerin ekspresyonunun incelenmesine yaygın olarak uygulanır. Bununla birlikte, optik mikroskobun sınırlaması, bir seferde yalnızca sınırlı sayıda spesifik hücre ve molekülü gözlemleme yeteneğinde yatmaktadır, bu da hücreler ve çevreleri arasındaki ilişkilerin kapsamlı bir analizinin olmamasına neden olmaktadır. Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM), ışık mikroskobunu ~ 10-20 kat15 aşan, 0.1-0.2 nm'lik sınırlı bir çözünürlüğe sahip yüksek çözünürlük ile karakterize edilir. Optik mikroskopinin kusurlarını telafi eder ve insanlarda 16,17 ve çeşitli türlerde 18,19,20,21 retina gelişimini ve sinaps olgunlaşmasını aydınlatmak için kullanılır. TEM, presinaptik ve postsinaptik bileşenlerin18,20 doğrudan ayırt edilmesini sağlar ve hatta şeritler 2,3, veziküller22 ve mitokondri 23 gibi hücre altı yapıların kapsamlı bir şekilde gözlemlenmesine izin verir. Bu nedenle TEM, sinaps türlerini tanımlamak ve RO'lardaki sinaptik kontakların üst yapısını nano ölçekte keşfetmek için önemli bir araçtır.
Yüksek kaliteli elektron mikrografları elde etmek için numune hazırlamanın büyük önem taşıdığına dikkat etmek çok önemlidir. Bazı çalışmalar RO12,13,24 üzerinde EM gerçekleştirmiş olsa da, ayrıntılı prosedürler belirsizdir. Elektron mikroskobu görüntüsünün kalitesi büyük ölçüde RO fiksasyonunun ve reaktif geçirgenliğinin etkisine bağlı olduğundan, hazırlık sırasında çeşitli önemli faktörlerin dikkate alınması gerekir. Sonuç olarak, RO'lardaki sinaptik temasları daha iyi araştırmak için, RO fiksasyonu, gömme ve gözlem bölgelerinin tanımlanmasının çalışma noktalarını gösteren iyi tekrarlanabilirliğe sahip bir yöntem sunuyoruz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. iPSC'lerden RO elde etme25
NOT: RO'lar, daha önce bildirilen prosedür değiştirilerek iPSC'lerden türetilmiştir.
2. RO'ların anterior fiksasyonu
3. RO'ların sabitlenmesi sonrası
4. Lekelenme ve dehidrasyon
NOT: Bu adımdan itibaren ortamı kurutmak için nem alma cihazı açılmalıdır.
5. Sızma
6. Gömme
7. Yarı ince konumlandırma
8. Ultra ince kesit alma
9. TEM ile RO'ların Görüntülenmesi
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
iPSC farklılaşması yoluyla 3D RO'ların oluşturulması, retina hastalığı mekanizmalarını ve kök hücre replasman tedavisini incelemek için güçlü bir araç sağlar. Diğerleri RO'lardaki sinaptik bağlantıları fonksiyonel ve immünositokimyasal olarak göstermiş olsa da, konvansiyonel ve şerit sinapsların doğrudan kanıtları çok sınırlıdır. Burada, RO'larda TEM ile iki tip sinapsın üst yapısını araştırmak için bir yöntem sunuyoruz. 180 günlük kültürden sonra, RO'lar sabitlendi, boyandı, gömüldü ve ultra ince dilimlendi. TEM gözlemi...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu yazıda, TEM ile RO'larda konvansiyonel ve şerit sinaptik üst yapının gözlemlenmesi için ayrıntılı bir protokol sunduk. Bu protokol, bazı modifikasyonlarla daha önce tarif edilen retina hazırlama yöntemlerine dayanmaktadır20. Numune işlemenin başarı oranını ve TEM mikrograflarının kalitesini artırmak için aşağıdaki önemli noktaları göz önünde bulundurun. İlk olarak, RO'ların iPSC'lerden geliştiğini ve vaskülatür 6,26
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Bu çalışma kısmen Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı (2022YFA1105503), Devlet Sinirbilim Anahtar Laboratuvarı (SKLN-202103) ve Çin Zhejiang Doğa Bilimleri Vakfı (Y21H120019), Çin Doğa Bilimleri Vakfı (82070981) tarafından sağlanan hibelerle desteklenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 100 mm Petri kabı | Corning | 430167 | |
| Aseton Elektron | Mikroskobu Bilim | 10000 | |
| B27 takviyesi | Gibco | A3582801 | |
| Hücre kaldırıcı | Santa Cruz | sc-395251 | |
| Bakır ızgaralar | Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd. | ||
| DigitalMicrograph Yazılımı | Gatan, Inc. | Yazılım | |
| Dispase | StemCell Technologies | # 07913 | Bakteriyel proteaz |
| DMEM / F12 orta | Gibco | # 11320033 | |
| Gömme kalıp | Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd. | ||
| Epon-812 reçine | Elektron Mikroskobu Bilimi | # 14900 | |
| Fetal Sığır Serumu (FBS) | Biyolojik Endüstriler | # 04-0021A | |
| Glutaraldehit | Elektron Mikroskobu Bilimi | 16020 | |
| hiPSC | Shownin Biotechnology Co., Ltd. | RC01001-A | |
| Kurşun sitrat | Beijing Zhongjingkeyi Technology Co., Ltd. | ||
| L-GlutaMax | Yaşam Teknolojileri | #35050061 | L-glutamin ikamesi |
| Matrigel | Corning | 356234 | |
| Mikroskop slaydı | CITOTEST | 80312-3161 | |
| N2 takviyesi | Gibco | 17502048 | |
| Na2HPO4· 12H2O | Sigma | 71650 | PB/PBS NaH'nin bir bileşeni |
| 2PO4· H2O | Sigma | 71507 | PB/PBS'nin bir bileşeni |
| Esansiyel olmayan amino asitler | Sigma | #M7145 | |
| Optik mikroskop | Laboratuvar Binoküler Biyolojik Mikroskop | Xsz-107bnii | |
| OsO4 | TED PELLA | 4008-160501 | |
| Fırın | Bluepard | BPG9040A | |
| Paraformaldehit | Elektron Mikroskobu Bilimi | 157-8 | |
| Penisilin-Streptomisin | Gibco | #15140-122 | |
| Yarı / ultra ince mikrotom | Reichert-Jung | 396649 | |
| Taurin | Sigma | #T0625 | |
| Toluidin mavisi | Sangon Biotech | E670105-0100 | |
| Transmisyon Elektron Mikroskopları | HITACHI | H-7500 | |
| Uranil asetat | TED PELLA | CA96049 | |
| β-merkaptoetanol | Sigma | 444203 |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.