Method Article
여기, 선물이 두 소설 방법론, psPACT 및 최대 광학 투명성과 조직 맥 관 구조에 그대로 설치류의 후속 현미경 분석을 달성 하기 위한 mPACT 전체 CNS.
선명도의 개발 이후 기술 삭제 bioelectrochemical 수 있는 3 차원 표현 형 매핑 투명 한 조직 내의 다양 한 큐빅 (명확 하 고 가리지 뇌 이미징 등 새로운 개간 방법론에 대 한 칵테일 및 전산 분석), 스위치 (상호 작용 시간의 시스템 제어) 및 화학 제품의 활동, 지도 (확대는 프로테옴의 분석), 및 협정 (수동 선명도 기술)에 대 한 기존의 툴킷 확대 설립 되었습니다 생물학 직물의 현미경 분석입니다. 현재 향상 하 고 전체 중앙 신경 시스템 (CNS), 신장, 비장, 그리고 전체 마우스 배아를 포함 하 여 그대로 설치류 조직의 배열에 대 한 원래 협정 절차를 최적화 하는 것을 목표로 공부 합니다. PsPACT (프로세스 별도 협정) 및 mPACT (수정 된 협정) 되 나, 이러한 소설 기법 셀 회로 고 그대로 정상 및 병 적인 조직에서 subcellular 구조 시각화의 높은 효능 수단을 제공 합니다. 다음 프로토콜에서 우리는 psPACT 및 mPACT 통해 그들의 구조적 무결성의 최소한의 침공으로 최대한 조직 허가 달성 하는 방법에 세부, 단계별 개요를 제공 합니다.
과학 및 임상 조회의 근본적인 목적은 관련 기관의 구조와 기능;의 완벽 한 이해를 달성 그러나, 포유류 장기의 상당히 복잡 한 자연 완전히이 목표1을 달성 하는 방 벽으로 수시로 제공 합니다. 명확성 (명확한 지질 교환 아크릴 때 교배 엄밀한 이미징 호환 Tisssue-하이드로 겔)2,3,4, 건물 그대로 조직에서 히드로 아크릴 기반 하이브리드 포함, 달성 다양 한 기관, 뇌, 간, 그리고 비장를 포함 하 여5그들의 구조적 무결성 유지 하면서 광학 정리. 선명도 시각화 뿐만 아니라 복잡 한 셀룰러 네트워크 및 단면 필요 없이 조직 형태학을 정밀 하 게 해 부를 기회에 따라서 사용할 수 있습니다.
조직 허가 달성 하기 위해 선명도 샘플의 지질 콘텐츠 제거 하 전기 이동 방법을 사용 합니다. 물리적으로 안정적인 조직-히드로 하이브리드 생산에 대 한 선명도 지적 하는 동안 연구 전기 이동 조직 개간 (등) 방법의 사용 조직 품질, 브라우닝, epitope 손상을 포함 한 변수 결과 산출 하 고 단백질 손실5,6. 이러한 문제를 해결 하려면 수동, 이온-세제 기반된 delipidation 기술 등 치료를 대체 하는 협정 (수동 선명도 기술) 등 수정된 프로토콜 개발된7,,89되었습니다. 그러나 결과에 더 일관성을 달성에 불구 하 고, 협정 최대한 정리를 얻기 위해 더 많은 시간이 필요 합니다. 또한, 이러한 기술의 아무도 아직 적용 되었을 전체 CNS 양식 또는 쥐 및 기니 피그와 같은 큰 설치류 모델.
현재 연구는 psPACT (프로세스 별도 협정) 및 mPACT (수정 된 협정), 전체 CNS와 마우스와 쥐 모델10에 내부 장기의 빠른 통관을 촉진을 위한 새로운 방법론을 제안 하 여 이러한 한계를 해결 하고자 합니다. 특히, psPACT 처리 조직 4% 아크릴에 0.25% 하이드로 겔 형성; 하는 동안 두 개의 별도 단계에서 버지니아-044 mPACT는 기본적으로 동일한 단계를 수행 하지만 키 시 약으로 서 0.5% α-thioglycerol와 개간 SDS 기반 솔루션을 보완. 두 기술을 마구 크게 광학 클리어런스를 생산 하는 데 필요한 시간을 줄이기 위해 내 생 적인 조직 및 cerebrospinal 순환 시스템. 원리의 증거로, 허가 조직10혈관 패턴 분석에 confocal 현미경 검사 법의 사용을 설명 합니다.
모든 절차는 연 세 대학 의과대학에서 적절 한 연구 윤리 위원회에 의해 승인 되었습니다. 연 세 대학 대학의과 대학에 실험실 동물 관리 위원회의 지침에 따라 모든 실험 동물을 희생 한다.
1입니다. 시 약의 준비
주의: Paraformaldehyde (PFA), 아크릴 및 나트륨 라우릴 황산 염 (SDS) 독성 irritants 이며 따라서 적절 한 개인 보호 장비 (PPE; 실험실 외 투, 장갑, 보호 안경)와 증기 두건에서 처리 되어야 합니다.
2. 마 취와 관류 수술
주의: PFA와 아크릴 독성 irritants 이며 따라서 적절 한 보호구와 증기 두건에서 처리 되어야 합니다.
3. 전체 관류와 쥐의 해 부
주의: PFA와 아크릴 독성 irritants 이며 따라서 적절 한 보호구와 증기 두건에서 처리 되어야 합니다.
참고: 다음 전체 관류 단계는 비슷합니다 우 외에 의해 이전 연구에서 사용 되는 프로토콜. (2016) 10 , 11.
4. 하이드로 겔 단위체 주입 및 쥐 및 마우스 CNS의 중 합
주의: 아크릴, SDS, α-thioglycerol 및 PFA irritants 있으며 따라서 처리 연기 후드와 적절 한 오 줌.
5. 굴절률 매칭과 허가 CNS의 Immunostaining
참고: n바퀴 (Nycodenz 기반 굴절률 매칭 솔루션) 0.8 g/mL Nycodenz 분말 30 mL 기본 버퍼 (0.01% 나트륨 아 지 드와 0.1 m M PBS, pH 8.0에서에서 트윈-20)에 녹아 있는 이루어져 있다. 솔루션 파우더의 적절 한 solvation 수 있도록 인큐베이터 떨고 37 ° C에 배치 하는 것이 좋습니다.
6. 이미지 처리
최적화 된 수동 청소 기술을 사용 하 여 전체 CNS의 투명 한 모델의 생성
마우스와 쥐 전체 CNS 조직의 광 정리 빠른 속도로 다양 한 수동 개간 기법 (그림 1)를 사용 하 여 달성 되었다. 조직 시간이 지남에 비운의 회로도 그림 2A에 표시 됩니다. 원래 협정 메서드와 달리 psPACT (프로세스 별도 협정) 히드로 하이브리드를 형성 하기 위하여 4% 아크릴 아 미드 (A4P0)와 0.25% 버지니아-044 초기자 솔루션 샘플을 두 개의 별도 단계에서 치료 포함 됩니다. mPACT (수정 된 협정) psPACT 8 %SDS 지우기 0.5% α-thioglycerol 솔루션을 보완 하 여 더욱 향상 시켰습니다. 협정, psPACT, 그리고 하루 14 mPACT 통해 처리 샘플 비교 되며 그림 2B에 제시.
이전 연구에서 우리가 보고 그 동안 원래 협정 프로토콜 달성 23 일, psPACT에에서 광 정리 및 mPACT 전체 마우스 CNS 단지 20 및 14 일, 각각10. 현재 연구에서 우리가 mPACT 프로토콜을 통해 마우스 뇌 샘플 처리 우리 발견 그들은 (그림 2B)는 14 일 후 광학 투명도 달성. 쥐 전체 CNS 샘플은 psPACT를 통해 처리 되 고 mPACT 또한 보여주었다 그 mPACT 최고의 효율으로 허가 최대한 달성으로 조직 각각 30, 20 일에 허가 했다 (그림 3A, B). 성인 쥐 두뇌 전체 CNS 반대로 혼자 mPACT로 (그림 4A) 단순한 5 일에 허가 했다. 삭제 된 쥐 두뇌의 혈관 패턴 psPACT 및 (그림 4B, mPACT 데이터 뇌의 해 부와 기능 분석에 대 한 이러한 개간 절차의 유틸리티를 보여 주기 위해 mPACT 처리 후 면역 형광 검사를 통해 분석 되었다 에 우 외. 2016 표시)10.
이들을 사용 하 여 최적화 수동 조직 프로토콜을 삭제, 우리 전체 CNS의 손상, 투명 모델을 시각화 수 있지만 세 가지 프로토콜 중 개간 시간 달랐다. 최적화 된 수동 삭제 방법 짧은 기간에 장기 선명도 달성. 함께 찍은, 이러한 결과 지우기 방법 mPACT 분명 CNS 더 안정적이 고 이전 보다 빠르게 수동 삭제 방법을 생성할 수 있습니다 것이 좋습니다. 따라서, mPACT 포유류 장기의 미래에 구조 및 해 부 분석 사용 하기 위해 큰 잠재력을 보유 하 고 효능과 안전성 면에서 기존 방법에 비해 상당한 이점을 제공 한다.
광학 허가 내부 기관과 mPACT를 사용 하 여 배아의 생성
전체 CNS 조직 뿐만 아니라 성인 쥐 비장 및 신장 맑게 되었다 mPACT로 19과 23 일에 각각 (그림 5AB). E10.5 및 E13.5에서 마우스 배아 했다 또한 mPACT 프로토콜을 통해 처리의 3 일 후 삭제 됩니다. 그림 5C -E 마우스 배아, 쥐 cauda 말 및 쥐 비장 꼬리 지역의 microvasculature로 전체 태아 혈관 패턴의 시각화를 표시합니다. 이러한 결과 mPACT 다양 한 조직 및 3D 해 부 분석에 대 한 장기의 투명 한 모델 생성에 사용할 수 있습니다 것이 좋습니다.
그림 1: 최적화 된 수동 개간 기법 (협정)의 도식 대표. 3 협정 프로토콜의 각 개별 단계에 대 한 개요는 각 단계에 필요한 시 약 함께 제공 됩니다. 원래 협정 프로토콜은 4 %PFA, 4% 아크릴 (금주 모임) 솔루션 및 0.25% 버지니아-044 초기자 솔루션의 차가운 혼합물으로 히드로에서 중 합 조직입니다. 후 조직 질소 가스를 사용 하 여 생산은, 솔루션을 삭제 하는 8 %SDS 수 동적으로 지워집니다. 조직;의 하이드로 겔 형성을 위한 4% 금주 모임 솔루션 및 0.25% 버지니아-044 초기자 솔루션의 별도 처리 프로세스를 사용 하는 psPACT (프로세스 별도 협정) 이러한 조건은 원래 협정 프로토콜의 다. MPACT (수정 된 협정) 추가 8% SDS psPACT 프로토콜의 솔루션을 지우기에 0.5% α-thioglycerol를 추가 합니다. 모든 세 가지 프로토콜에 대 한 그대로 조직에서 incubated은 > 최대한 클리어런스 iss 달성까지 떨고 인큐베이터에서 37 ° C =. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 마우스 전체 중앙 신경 시스템 (CNS) 수동 조직 개간 하 여의 광학 투명도. (A) Schematization 전체 CNS 조직의 시간이 지남에 협정 기반 방법을 통해 삭제. 3 수동 개간 프로토콜 (원래 협정, psPACT, mPACT) 마우스 처리 후 14 일에 모든 CNS의 (B) 비교. MPACT 14 일 이상 처리 대상이 마우스 뇌의 (C) 광학 정리. 이 그림은 우 외. 201610에서 수정 되었습니다. 2 c에서 문자가 키가 3 m m입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 쥐 전체 CNS 조직 게시물-psPACT 및 mPACT 광학 투명도. (A) 성인 쥐 전체 CNS 조직 달성 30 일 후 psPACT와 최대한 광 정리. (B) 성인 쥐 전체 CNS 조직 달성 20 일 후 mPACT로 최대한 광 정리. 다이어그램의 크기를 나타낼 전체 CNS 치료 전후 눈으로 측정 된 전후. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: mPACT 처리 및 microvasculature 시각화 sectioned 성인 쥐 두뇌의. (A) mPACT 3 ~ 5 일에 처리 후 4 m m 두꺼운 성인 쥐 두뇌의 비교 섹션. (B) psPACT 처리 후 안티 CD31 항 체로 시각화 성인 쥐 두뇌에 있는 혈관 패턴 3D 투영 스케일 바, 1500 µ m, 100 µ m. 이 그림은 우 외. 201610에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: 설치류 기관과 전체 마우스 배아 mPACT 처리. mPACT 달성 성인 쥐 (A) 비장 및 (B) 신장에 광학 투명도 19 ~ 23 일, 각각. (C) mPACT는 3 일 후 투명 한 E10.5 및 E13.5 마우스 배아를 생산. MPACT로 개간 후 마우스 배아의 꼬리 영역에서 안티 CD31와 microvasculature의 (D) 시각화. (E) mPACT 통해 처리 후 쥐 cauda 말에 안티-CD31와 (F) 쥐 비장 맥 관 구조의 3D 투영 이 그림은 우 외. 201610에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
수동, 전기 이동 비 추출 방법에 고용 하는 동안 협정 크게 이전 조직 삭제 선명도2,3,,47 같은 방법으로 달성 일관성 향상 , 8, 기술은 여전히 가장 눌러 최대한 조직 선명도12를 달성 하는 데 필요한 시간의 길이 여러 가지 단점을 맺는 다. 현재 연구에서 선물이 조직 조직 무결성 및 구조6,10유지 하면서 지우기에 필요한 시간을 크게 줄일 수정된 협정 프로토콜. 또한, 처음으로 우리 조직의 전체 CNS 조직 및 더 높은 순서 설치류 모델 쥐10프로토콜 삭제 응용 프로그램을 보여 줍니다.
특히, psPACT 4% 아크릴에 0.25% 샘플 처리를 포함 한다 버지니아-044 하이드로 겔 형성 하는 동안 두 개의 별도 단계에서 mPACT 추가 psPACT 시 빌드 동안 0.5% α-thioglycerol10솔루션 삭제 8 %SDS 보충. Unpolymerized 히드로 단위체 협정;와 투명도 달성 한 후 최종 조직의 무결성을 손상 시킬 수 있는 조직을 둘러싸고 있는 나머지를 제거 하기 위한 필요 방지 아크릴 및 후속 버지니아-044 단계 분리 또한, 최대 광학 클리어런스를 생산 하는 데 필요한 시간이 크게 줄어듭니다. Α-thioglycerol mPACT 메서드에서 추가의 추가 가속 청소13, α-thioglycerol는 원래 협정 방법에만 약을 사용 하 여 액세스 되는 조직 영역을 취소 하는 데 도움이 유엔 브라우닝 에이전트 처리 7 , 8 , 9.
그 동안 psPACT 원래 협정 프로토콜을 기준으로 광 투명성 향상, mPACT 가장 효율적으로 허용 한다 개간 그리고 두 전부의 후속 고해상도 이미징에 대 한 협정, psPACT 및 설치류 조직에 mPACT의 비교 시연 포유류 장기 고 그림 2, 그림 3, 그림 4에서 시연으로 sectioned 조각. MPACT 입증 방법 키 다른 두 개간 방법에 비해 투명성, 효율성, 그리고 조직 안정성에 차이를에서 처리 된 장기의 α-thioglycerol-기반 지질 희미하게. 이 특히 면역 형광 검사 confocal 현미경 검사 법 (그림 5DE)을 통해 혈 맥 관 구조 형태에 관하여 처리 기관의 급속 한 3D 분석에 대 한 허용.
Α-thioglycerol 개간 SDS 기반 솔루션의 추가 가속 광학 투명도 대 한 중요 한 동안, 그것은 또한 약간 조직 취약성을 증가 하 고 후 처리 손상에 더 취약 하 게. 그것의 효율성에 관하여 mPACT의 명확한 우월 능가이 제한; 그럼에도 불구 하 고, 작업은 현재 행해지고 최대한 개간으로 달성 될 수 있도록 보장 하기 위해 조직의 무결성의 비용을 최소화.
따라서, 우리의 결과 포유류 장기, 신경 네트워크, 혈 맥 관 구조, 조직 매트릭스 아키텍처 하 되이 국한 되지 않음 등의 기능과 해 부 특징의 3 차원 분석을 제공 하기 위한 강력한 수사 도구로 mPACT를 설정 합니다. MPACT 질병, 조직 손상, 발달 기형, 암, 신경 등의 이상에 기여 하는 더 높은 순서 생물 학적 메커니즘의 조사에 특히 유용할 수 있다고 앞으로 이동, 질병14,15,,1617. 질병에 관련 된 미세한 세포 메커니즘의 연구와 함께, mPACT는 얼마나 다양 한 이질적인 질병의 메커니즘을 관찰된 표현 형을 상호 작용 이해, 다중 스케일을 제공 하.
저자는 공개 없다.
이 작품은 두뇌 한국 21 플러스 프로젝트 의료 과학, 연세대에 지원 됩니다. 또한,이 작품은 국립 연구 재단의 한국 (NRF-2017R1D1A1B03030315)에서 교부 금에 의해 지원 되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) | Affymetrix, Inc. | 75819 | Clearing solution |
Nycodenz | Axia-Shield | 1002424 | nRIMS solution |
40% Acrylamide Solution | Bio Rad Laboratories, Inc. | 161-0140 | Polymerization (A4P0) |
2,2´-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] Dihydrochloride | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 017-19362 | Polymerization (VA-044) |
1-Thioglycerol | Sigma-Aldrich | M1753-100ML | Clearing solution (mPACT) |
Tween-20 | Georgiachem | 9005-64-5 | nRIMS solution |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787-50ML | Immuno Staining |
Bovine serum albumin (BSA) | Bovogen | BSA100 | Immuno Staining |
Heparin | Merck Millipore | 375095 | Perfusion (PBS) |
Sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002-25G | nRIMS solution |
PECAM-CD31 antibody | Santa Cruz Biotechnology Inc. | sc-28188 | Immuno Staining |
Goat anti-rabbit-IgG Cy3 fluorescent conjugate | Jackson ImmunoResearch Inc. | 111-165-003 | Immuno Staining |
4% Paraformaldehyde | Tech & Innovation | BPP-9004 | Perfusion, Polymerization |
20X Phosphate Buffered Saline (pH 7.4) | Tech & Innovation | BPB-9121 | Perfusion, Buffer |
10 mL stripette | Coatar | 4488 | Solution transfer |
50 mL tube | Falcon | 352070 | Clearing tube |
35 mm Cell culture dish | SPL | 20035 | Imaging |
Confocal dish | SPL | 211350 | Imaging |
1 mL syringe | Korea vaccine Co., Ltd | 26G 1/2 | Anesthetize |
50 mL syringe | Korea vaccine Co., Ltd | 21G1 1/4 | Perfusion |
Acrylamide | Sigma-Aldrich | A3553 | Polymerization (A4P0) |
Whatman 3MM paper | Sigma-Aldrich | Z270849 | Blotting paper for gel removal |
Confocal microscope | Zeiss | LSM780 | Imaging |
ZEN lite Software | Zeiss | ZEN 2012 | Imaging |
Peristaltic pump | Longerpump | BT100-1F | Perfusion |
EasyGel | Lifecanvas Technologies | EasyGel | Tissue gel hybridization system |
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