一种用于果蝇嗅觉回路组装延时成像研究的外植体系统

神经元精确地相互连接，形成对大脑正常功能至关重要的回路。100多年来，神经科学家一直试图以极高的精度了解神经突起如何向中间和最终目标延伸。因此，他们已经确定了编码神经元过程¹的引导线索的重要基因。 果蝇 嗅觉系统为研究这一过程提供了一个极好的模型，因为嗅觉受体神经元（ORN，初级感觉神经元）投射到50个具有典型大小，形状和相对位置的可识别肾小球，其中它们与来自50种类型的二阶投影神经元（PNs）的树突形成突触连接，每个树突将树突发送到50个肾小球² 中的一个（图1A).因此，在苍蝇嗅觉系统中以突触（肾小球）分辨率鉴定突变表型相对容易。这导致了调节嗅觉回路组装的重要基因^的发现3。

苍蝇嗅觉回路的组装依赖于时间和空间协调的发展过程³.ORN和PN获得不同的细胞命运，这为其布线特异性设置了程序。接下来，PN树突预涂了触角叶（图1B）。然后，ORN的轴突环绕同侧触角叶并穿过大脑的中线到达对侧触角叶。随后，ORN轴突侵入ipsi和对侧触角叶，并在特定肾小球中与其伴侣PN的树突形成突触。该嗅觉电路组装的粗略模型是基于在开发过程中从中间时间点表征固定样品而提出的。时间分辨率差，无法从固定组织发育过程中遵循相同的神经元过程，这限制了对电路组装过程的机制理解。

在体内实时成像ORN和PN过程在技术上具有挑战性，因为布线过程发生在蛹阶段的前半部分，当触角叶被蛹壳内不透明的脂肪体包围时。因此，不可能从完整的蛹直接成像发育中的嗅觉回路。离体培养的解剖组织可以规避组织混浊度，并已成功用于研究神经发育^4，5，6。使用类似的离体外植体培养策略来研究蛹脑中的神经元布线的挑战在于它是否概括了培养条件下精确的神经元靶向。根据先前报道的苍蝇眼脑复合物⁷的离体培养条件，最近开发了一种包含整个蛹脑，触角和连接触角神经完整的外植体，其保留了嗅觉回路的精确靶向，并且可以以每20分钟的频率进行基于双光子显微镜的实时成像长达24小时⁸.在这里，描述了外植体培养和成像的详细方案。外植体系统为研究嗅觉回路和中枢大脑中潜在其他回路的组装提供了一种强大的方法。