Viene presentato un comodo metodo di perfusione alimentato a gravità per l’analisi istologica del sistema nervoso centrale del topo. Il rilevamento immunofluorescente della α-sinucleina fosforilata è dimostrato in un modello murino di malattia di Parkinson. Questo lavoro descrive anche in modo completo le fasi di perfusione transcardica, dissezione, congelamento / incorporamento dei tessuti e sezionamento congelato.
L’analisi istologica di campioni di cervello e midollo spinale isolati dai topi è una pratica comune per la valutazione della patologia in questo sistema modello. Per mantenere la morfologia di questi tessuti delicati, è di routine somministrare un fissativo chimico come la paraformaldeide attraverso la cannulazione del cuore in animali anestetizzati (perfusione transcardica). La perfusione transcardica del cuore del topo si è tradizionalmente basata sull’uso di pompe peristaltiche o pressione dell’aria per fornire sia le soluzioni saline che fissative necessarie per questo processo. Come alternativa facilmente accessibile a questi metodi, questo lavoro dimostra l’uso di un metodo di consegna perfusato alimentato a gravità che utilizza materiali disponibili nella maggior parte dei negozi di ferramenta.
Per convalidare questo nuovo metodo di perfusione, questo lavoro dimostra tutti i passaggi successivi necessari per il rilevamento sensibile della α-sinucleina fosforilata sia nel cervello che nel midollo spinale. Inclusi in questi passaggi sono la dissezione dei tessuti fissi del cervello e del midollo spinale, il rapido congelamento / incorporamento e la criosezione dei tessuti e la colorazione immunofluorescente. Poiché questo metodo si traduce nella consegna di tutto il corpo del fissativo, può anche essere usato per preparare altri tessuti non neuronali per l’analisi istologica.
La caratterizzazione istologica della patologia nel sistema nervoso centrale del topo (SNC) è una tecnica di routine utilizzata negli studi di neurodegenerazione. Poiché i tessuti neuronali si degradano rapidamente dopo la morte, è pratica comune fornire un fissativo chimico come la paraformaldeide ai tessuti del SNC per preservare la loro morfologia 1,2. La fissazione chimica può essere eseguita sia attraverso la perfusione di tutto il corpo con una soluzione fissativa o attraverso l’isolamento dei tessuti e la loro immersione in una soluzione fissativa (chiamata “fissazione della goccia”). La perfusione è il metodo preferito di somministrazione fissativa, poiché la fissazione delle gocce potrebbe non consentire una rapida penetrazione della soluzione fissativa nelle strutture profonde del SNC 3,4,5. Inoltre, poiché è difficile rimuovere il midollo spinale non fissato dalla colonna vertebrale, la consegna della soluzione fissativa tramite perfusione consente la conservazione in situ dell’anatomia microscopica e grossolana del midollo spinale e irrigidisce il tessuto per ridurre al minimo i danni durante la rimozione.
La fornitura del tampone e delle soluzioni fissative necessarie per la fissazione viene comunemente eseguita utilizzando pompe disponibili in commercio o pressione dell’aria. L’erogazione per gravità del perfusato può servire come alternativa all’erogazione della pompa per i seguenti motivi: (1) L’erogazione della pressione della pompa o dell’aria può in alcuni casi richiedere all’utente di mantenere manualmente la pressione nel sistema durante la perfusione. La somministrazione per gravità del perfusato può essere mantenuta senza l’intervento dell’utente. (2) Un apparecchio perfusato erogato per gravità può essere costruito a basso costo per l’utente ottenendo materiali disponibili da fornitori scientifici standard. Questo lavoro descrive come costruire un semplice dispositivo di perfusione per gravità usando flaconi di lavaggio e tubi in vinile. Utilizzando un modello murino della malattia di Parkinson, questo lavoro dimostra l’efficacia di questo sistema nel perfondere i tessuti del cervello e del midollo spinale prima del loro isolamento per il sezionamento congelato. Questo lavoro descrive in modo completo tutti i passaggi, le tecniche e i materiali necessari per sezionare il tessuto fisso dall’animale, congelare / incorporare rapidamente e criosezionare il tessuto e rilevare la presenza di α-sinucleina fosforilata sia nel cervello che nel midollo spinale tramite microscopia a immunofluorescenza indiretta.
Questo lavoro descrive i passaggi critici per l’esecuzione della perfusione transcardica. Quando si costruisce l’apparato di perfusione (sezione di protocollo 1), è importante utilizzare tubi abbastanza flessibili da essere completamente occlusi da un emostato. Alcuni tubi rigidi potrebbero non essere sufficientemente occlusi da un emostato e potrebbero comunque consentire al PFA di fuoriuscire nella linea principale durante la perfusione PBS iniziale. Quando si prepara la soluzione di PFA al 4%, è importante assicurarsi che il pH sia fisiologico (7.4). Poiché la preparazione della soluzione di PFA comporta il riscaldamento a 65 °C, la soluzione deve essere raffreddata fino a 25 °C prima di misurare il pH poiché questa è la temperatura alla quale il pH viene calibrato sul misuratore.
Quando si esegue l’incisione iniziale nell’addome, è necessario prestare attenzione per evitare la lacerazione degli organi addominali (sezione del protocollo 2). Quando si seziona in modo superiore verso il diaframma, è importante evitare la lacerazione del fegato in quanto è comune che il fegato aderisca alla parete addominale anteriore. Per ovviare a questo, il fegato viene accuratamente e senza mezzi termini sezionato lontano dalla parete anteriore prima di continuare un’incisione verso il diaframma. Quando si entra nella cavità toracica attraverso il diaframma, è importante evitare la lacerazioni del cuore, dei grandi vasi e del polmone. Per evitare ciò, la punta della forbice viene mantenuta superficialmente e ad angolo acuto con la gabbia toracica.
La dissezione iniziale per esporre il cuore richiede circa 2 minuti dall’incisione iniziale. Si prevede che durante questo periodo, un po ‘d’aria sia entrata nella punta dell’ago della farfalla. L’introduzione di quest’aria nella circolazione del mouse produrrà una perfusione di scarsa qualità. Pertanto, è fondamentale che la linea principale sia aperta e PBS venga lavato attraverso l’ago immediatamente prima della cannulazione del cuore per rimuovere le bolle d’aria. Idealmente, il cuore è cannulato mentre un piccolo rivolo PBS scorre attraverso la punta dell’ago per garantire la completa assenza di aria durante la perforazione del LV.
Quando l’ago entra nel LV, non deve andare così in profondità da introdurre la punta dell’ago nel ventricolo destro (RV). Il posizionamento dell’ago nel camper o oltre la valvola mitrale comporterà un immediato “gonfiaggio” dei polmoni quando viene avviata la perfusione. Questo è indesiderabile e l’ago deve essere leggermente ritirato per garantire il posizionamento LV. Se l’ago è posizionato correttamente, i polmoni rimarranno piatti per tutta la perfusione. Quando viene avviata la perfusione, a volte si osserva che un liquido chiaro sta emergendo dalla bocca aperta dell’animale. Ciò è solitamente dovuto a una pressione di perfusione troppo alta o a causa di uno spostamento errato dell’ago all’interno del cuore. Gli autori ipotizzano che pressioni di perfusione elevate provochino lo stravaso del perfusato dal letto capillare arteriolare e il flusso retrogrado di PBS attraverso l’albero bronchiale nell’esofago e nella cavità orale.
La pressione di perfusione deve essere abbassata diminuendo il livello di PBS nella bottiglia PBS o abbassando l’altezza della bottiglia PBS. In alternativa, se l’ago viene posizionato troppo in profondità nel ventricolo sinistro, può viaggiare attraverso la valvola mitrale e fornire perfusare all’atrio sinistro. Ciò può provocare un flusso retrogrado attraverso le vene polmonari e uno stravaso di perfusato nelle arteriole, come descritto sopra. L’accurata eliminazione del sangue dal sistema circolatorio con PBS è particolarmente importante per evitare la reticolazione indotta da fissativi dei componenti del sangue con conseguente occlusione dei vasi alla successiva perfusione fissativa. La clearance è efficacemente valutata da un cambiamento di colore del fegato e dal flusso PBS da un’incisione nella base della coda ventrale. La clearance del sangue è generalmente completa di 3 minuti di perfusione con PBS; tuttavia, se i segni visivi di clearance si verificano in tempi più brevi, il fissativo viene introdotto prima di 3 minuti. Tempi di clearance più lunghi non sono raccomandati in quanto la perfusione fissativa ritardata porta ad artefatti nella struttura finedel SNC 1.
Quando viene somministrato PFA, è importante monitorare il livello di soluzione di PFA nel flacone di PFA. Riempire il flacone di PFA se il livello di PFA scende a meno di 4 cm sopra la bocca del flacone di PFA. Dopo che la perfusione è stata completata, l’apparecchio di perfusione deve essere accuratamente risciacquato con acqua distillata. Questo è importante in quanto il PFA residuo nella linea principale contaminerà la perfusione PBS iniziale con PFA e si tradurrà in una perfusione di scarsa qualità. Infine, gli aghi a farfalla da 25 G sono generalmente raccomandati per topi adulti di medie dimensioni nell’intervallo 20-30 g. Tuttavia, i topi più grandi o più piccoli possono richiedere aghi di calibro leggermente più grandi o più piccoli oltre alla regolazione delle bottiglie fissative per fornire portate ottimali.
Per la dissezione del SNC e l’incorporamento oct (sezione 3 del protocollo), è comune che i tessuti del midollo spinale non affondino completamente nel 30% di saccarosio. Questi tessuti vengono quindi lasciati in saccarosio per 2 giorni e poi incorporati in OCT, indipendentemente dal fatto che affondino o meno. Quando si congelano i tessuti in OCT, è possibile che alcuni tessuti possano rompersi quando collocati in 2-metilbutano raffreddato. Questo è più comune con il cervello e di solito si verifica quando troppo OCT viene posizionato sul tessuto. Per evitare ciò, posizionare solo un numero sufficiente di OCT per coprire le superfici del tessuto prima del congelamento immediato. In alcuni protocolli, il cracking è meno comune nonostante la completa immersione in OCT. Ciò è solitamente dovuto a un metodo di congelamento più lento, come quando si utilizza 2-metilbutano raffreddato a secco o si posiziona direttamente il criostampo su un blocco di ghiaccio secco. Il 2-metilbutano raffreddato con azoto liquido è preferito in questo lavoro in quanto il tasso di congelamento è sostanzialmente più rapido e può preservare meglio la morfologia dei tessuti rispetto ai metodi di congelamento più lenti.
Quando si crioseziona il tessuto (sezione del protocollo 4), è importante evitare cicli multipli di congelamento-disgelo. Pertanto, è ottimale tagliare tutte le sezioni da un singolo blocco OCT per ottenere una specifica regione del cervello per l’analisi invece di scongelare e ricongelare le aree selezionate. Se ciò non è fattibile, dopo aver ottenuto alcune sezioni, gli utenti possono ricongelare e conservare i blocchi OCT nel congelatore a -80 °C altre 1-2 volte per un uso futuro.
I principali vantaggi di questo metodo rispetto alla pompa più tradizionale o all’erogazione della pressione dell’aria del perfusato sono i seguenti: (1) basso costo e accessibilità dell’apparato di perfusione. (2) Gli utilizzatori non hanno bisogno di mantenere manualmente la pressione nell’apparato di perfusione per tutta la durata della perfusione. (3) Pressione di perfusione più bassa e più consistente rispetto ad altre alternative a basso costo per la perfusione, ad esempio tramite somministrazione di siringhe. Usando l’equazione di Bernoulli, si calcola che l’apparato di perfusione alimentato a gravità costruito qui manterrà una pressione di perfusione di circa 73 mm Hg quando le bottiglie di perfusato sono posizionate a 1 m di altitudine rispetto all’ago. Dato che questo è significativamente al di sotto della pressione arteriosa sistolica di questi animali, questa pressione di perfusione è probabilmente sufficientemente bassa da evitare la rottura vascolare12.
Gli autori hanno finora utilizzato con successo questo sistema di perfusione per rilevare la presenza di α-sinucleina fosforilata in un modello murino di malattia di Parkinson. Durante questo periodo, non sono state riscontrate limitazioni significative con questo metodo di perfusione che non sono presenti con un metodo di erogazione della perfusione della pompa. Il principale limite di questa tecnica è la natura dispendiosa in termini di tempo della perfusione rispetto alla fissazione della goccia. Questa tecnica è preferibile alla fissazione a goccia poiché la perfusione provoca una penetrazione più profonda del fissativo alle strutture del SNC. Una seconda limitazione di questa tecnica è che richiede una certa abilità chirurgica per eseguire, poiché il cuore deve essere cannulato rapidamente dopo l’ingresso nella cavità toracica. Tuttavia, con l’esperienza, gli utenti addestrati possono regolarmente canulare il cuore entro 1 minuto dall’incisione iniziale nell’addome.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori ringraziano Xiaowen Wang, Liam Coyne e Jason Grullon per la loro assistenza nello sviluppo di questo protocollo. Questo lavoro è stato supportato dalle sovvenzioni NIH AG061204 e AG063499.
2-Methylbutane (Certified ACS), Fisher Chemical | Fisher Scientific | 03551-4 | |
Andwin Scientific Tissue-Tek O.C.T Compound | Fisher Scientific | NC1029572 | |
Artman Instruments 4.5" Straight Castroveijo Spring Action Scissors | Amazon | B0752XHK2X | "fine scissors" |
BD General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 18 G | Fisher Scientific | 14-826-5D | |
BD General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 22 G | Fisher Scientific | 14-826B | |
Corning PES Syringe Filters | Fisher Scientific | 09-754-29 | |
Cytiva HyClone Phosphate Buffered Saline (PBS), 10x | Fisher Scientific | SH30258 | |
Falcon 50 mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
Fisher BioReagents Bovine Serum Albumin (BSA) Protease-free Powder | Fisher Scientific | BP9703100 | |
Fisherbrand Curved Medium Point General Purpose Forceps | Fisher Scientific | 16-100-110 | "curved fenestrated forceps" |
Fisherbrand Curved Very Fine Precision Tip Forceps | Fisher Scientific | 16-100-123 | "curved fine forceps" |
Fisherbrand Disposable Graduated Transfer Pipettes | Fisher Scientific | 13-711-9AM | |
Fisherbrand High Precision Straight Tapered Ultra Fine Point Tweezers/Forceps | Fisher Scientific | 12-000-122 | "straight fine forceps" |
Fisherbrand Micro Spatulas with Rounded Ends | Fisher Scientific | 21-401-5 | |
Fisherbrand Porcelain Buchner Funnels with Fixed Perforated Plates | Fisher Scientific | FB966J | |
Fisherbrand Premium Cover Glass, 24 x 50 | Fisher Scientific | 12-548-5M | |
Fisherbrand Premium Tissue Forceps 1X2 Teeth 5 in. German Steel | Fisher Scientific | 13-820-074 | "skin forceps" |
Fisherbrand Reusable Heavy-Wall Filter Flasks | Fisher Scientific | FB3002000 | |
Fisherbrand Standard Dissecting Scissors | Fisher Scientific | 08-951-20 | "dissecting scissors" |
Fisherbrand Sterile Syringes for Single Use | Fisher Scientific | 14-955-464 | |
Fisherbrand Straight Locking Hemostats | Fisher Scientific | 16-100-115 | |
Fisherbrand Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
Fisherbrand Vinyl Tubing and Connector Kits, 1/4 in. | Fisher Scientific | 14-174-1C | |
Fisherbrand Wet-Strengthened Qualitative Filter Paper Circles | Fisher Scientific | 09-790-12F | |
Fisherbrand Y Connector with 1/4 in. ID – Polypropylene – QC | Fisher Scientific | 01-000-686 | |
Garvey Economy Single Edge Cutter Blade | Amazon | B001GXFAEQ | |
Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Secondary Antibody, DyLight 488 | ThermoFisher Scientific | 35552 | |
Ideal Clamp Stant High-Pressure Clamps | Fisher Scientific | 14-198-5A | "hose clamps" |
IMEB, Inc Sakura Accu-Edge Low Profile Microtome Blades, Dispoisable | Fisher Scientific | NC9822467 | |
Kawasumi 25 Gauge Standard Winged Blood Collection Set | Fisher Scientific | 22-010-137 | "butterfly needle" |
Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers, 1-Ply | Fisher Scientific | 06-666 | |
Molecular Probes ProLong Diamond Antifade Mountant with DAPI | Fisher Scientific | P36962 | |
Nalgene Narrow-Mouth Right-to-Know LDPE Wash Bottles | ThermoFisher Scientific | 2425-0506 | "buffer bottles" |
PAP pen | abcam | ab2601 | |
Paraformaldehyde Granular | Electron Microscopy Systems | 19210 | |
Pyrex Glass Drying Dishes, 34.9 x 24.9 x 6 cm | Fisher Scientific | 15-242D | |
Recombinant Anti-Alpha-synuclein (phospho S129) antibody [EP1536Y] | abcam | ab51253 | |
Sodium Hydroxide | Sigma-Aldrich | 221465-2.5kg | |
Stainless Steel Drinking Cup 18-oz | amazon | B0039PPO9U | |
Sucrose for Molecular Biology CAS: 57-50-1 | Us Biological | S8010 | |
Triton X-100 | Us Biological | T8655 | |
Vetone Fluriso Isoflurane USP | MWI Animal Health | 502017 |