マウス中枢神経系の組織学的分析のための便利な重力供給灌流法が提示される。リン酸化α-シヌクレインの免疫蛍光検出は、パーキンソン病のマウスモデルにおいて実証されている。この研究はまた、経心経灌流、解剖、組織凍結/埋め込み、および凍結切片化ステップを包括的に記述している。
マウスから単離された脳および脊髄標本の組織学的解析は、このモデル系における病理の評価のための一般的な慣行である。これらの繊細な組織の形態を維持するために、麻酔動物における心臓のカニューレ(経心経心灌流)を介してパラホルムアルデヒドなどの化学固定剤を投与することが日常的である。マウス心臓の経心経灌流は、伝統的に、このプロセスに必要な生理食塩水および固定液の両方を提供するために、蠕動ポンプまたは空気圧の使用に依存してきた。これらの方法に代わる容易にアクセスできる代替手段として、この研究は、ほとんどのハードウェア店で入手可能な材料を使用する重力供給式灌流送達方法の使用を実証する。
この新しい灌流法を検証するために、この研究は、脳と脊髄の両方におけるリン酸化α-シヌクレインの高感度検出に必要なすべての後続のステップを実証する。これらのステップには、固定された脳および脊髄組織の解剖、組織の急速凍結/埋め込みおよび凍結切除、および免疫蛍光染色が含まれる。この方法は、固定液の全身送達をもたらすように、組織学的分析のために他の非ニューロン組織を調製するためにも使用され得る。
マウス中枢神経系(CNS)における病理の組織学的特徴付けは、神経変性の研究に使用される日常的な技術である。ニューロン組織は死後急速に分解するため、パラホルムアルデヒドなどの化学固定剤をCNS組織に送達してその形態を保存するのが一般的である1,2。化学固定は、固定液による全身灌流、または組織の単離および固定液への浸漬(「滴固定」と呼ばれる)のいずれかによって行うことができる。灌流は固定液送達の好ましい方法であり、滴下固定は深部CNS構造3、4、5への固定液の迅速な浸透を可能にしない可能性がある。さらに、椎骨柱から未固定の脊髄を除去することは困難であるため、灌流による固定液の送達は、脊髄の顕微鏡的および肉眼的解剖学のin situ保存を可能にし、組織を硬化させて除去中の損傷を最小限に抑える。
固定に必要な緩衝液および固定液の送達は、一般に、市販のポンプまたは空気圧を用いて行われる。灌流液の重力送達は、以下の理由により、ポンプ送達の代替として役立ち得る:(1)ポンプまたは空気圧送達は、場合によっては、灌流全体を通してシステム内の圧力を手動で維持することを必要とする場合がある。灌流液の重力送達は、ユーザの介入なしに維持することができる。(2)重力式灌流装置は、標準的な科学ベンダーから入手可能な材料を入手することにより、ユーザに低コストで構築することができる。本研究は、洗浄瓶とビニール管を用いた単純な重力灌流装置の構築方法を解説する。この研究は、パーキンソン病のマウスモデルを用いて、凍結切片化のために単離する前に脳および脊髄組織を灌流する上でのこのシステムの有効性を実証した。この研究は、動物から固定組織を解剖し、組織を急速に凍結/埋め込みおよび凍結切除し、間接免疫蛍光顕微鏡を介して脳と脊髄の両方におけるリン酸化α-シヌクレインの存在を検出するために必要なすべてのステップ、技術、および材料を包括的に記述している。
この研究は、経心膜灌流を行うための重要なステップを説明する。灌流装置(プロトコルセクション1)を構築する場合、止血によって完全に閉塞されるのに十分な柔軟性を有するチューブを使用することが重要である。一部の硬いチューブは、止血剤によって十分に閉塞されない可能性があり、最初のPBS灌流中にPFAがメインラインに漏れる可能性があります。4%PFA溶液を調製するときは、pHが生理学的であることを確認することが重要です(7.4)。PFA溶液の調製には65°Cに加熱する必要があるため、pHを測定する前に溶液を25°Cまで冷却する必要があります。
腹部への最初の切開を行うときは、腹部器官の裂傷を避けるために注意を払わなければならない(プロトコルセクション2)。横隔膜に向かって優位に解剖するときは、肝臓が前腹壁と密着するのが一般的であるため、肝臓の裂傷を避けることが重要です。これを克服するために、肝臓を横隔膜に向かって切開を続ける前に、前壁から慎重かつ鈍く解剖する。横隔膜を通って胸腔に入るとき、心臓、大きな血管、および肺の裂傷を避けることが重要です。これを避けるために、はさみの先端は表面的にそして胸郭と鋭角に保たれる。
心臓を露出させるための最初の解剖は、最初の切開から約2分かかる。この間、蝶の針の先端にいくらかの空気が入ったことが予想されます。マウスの循環にこの空気を導入すると、質の悪い灌流が得られます。したがって、心臓のカニューレの直前にメインラインを開き、PBSを針を通してフラッシュして気泡を除去することが重要です。理想的には、LVを穿刺するときに空気が完全に存在しないことを保証するために、小さなPBSトリクルが針先を通って流れる間、心臓はカニューレされる。
針がLVに入るとき、針先を右心室(RV)に導入するほど深く行ってはなりません。RVまたは僧帽弁を超えて針を配置すると、灌流が開始されたときに肺の即時の「膨張」が生じる。これは望ましくなく、LVの配置を確実にするために針を少し引き抜く必要があります。針が適切に置かれると、肺は灌流を通して平らに保たれます。灌流が開始されると、透明な液体が動物の開いた口から出てくることが時々観察される。これは通常、灌流圧が高すぎるか、心臓内の針の配置ミスによるものです。著者らは、灌流圧の上昇が動脈毛細血管床からの灌流液の溢血と、気管支樹を介したPBSの食道および口腔への逆行性流をもたらすと推測している。
灌流圧力は、PBSボトル内のPBSのレベルを低下させるか、PBSボトルの高さを下げることによって低下しなければならない。あるいは、針が左心室に深く入りすぎると、僧帽弁を通って左心房に灌流液を送達することがある。これは、上述のように、肺静脈を通る逆行性流および細動脈への灌流液の溢血をもたらし得る。PBSによる循環器系からの血液の徹底的なクリアランスは、その後の固定剤灌流時に血管閉塞をもたらす血液成分の固定剤誘発架橋を避けるために特に重要である。クリアランスは、腹側尾部基部の切開部からの肝臓およびPBS流の色変化によって効果的に評価される。血液クリアランスは、一般に、PBSによる灌流の3分によって完了する。しかし、クリアランスの視覚的徴候がより短い時間で起こる場合、固定液は3分より早く導入される。より長いクリアランス時間は、遅延固定灌流がCNS微細構造1のアーチファクトをもたらすので推奨されない。
PFAを投与するときは、PFAボトル内のPFA溶液のレベルを監視することが重要です。PFAのレベルがPFAボトルの口から4cm未満まで下がった場合は、PFAボトルをいっぱいにします。灌流が完了した後、灌流装置を蒸留水で十分にすすいでいなければならない。これは、メインライン内の残留PFAがPFAで初期PBS灌流を汚染し、質の悪い灌流をもたらすため重要です。最後に、25Gのバタフライニードルは、20〜30gの範囲の平均サイズの成体マウスに一般的に推奨されます。しかしながら、より大きくまたはより小さいマウスは、最適な流速を提供するために固定剤ボトルの調整に加えて、わずかに大きいまたはより小さいゲージ針を必要とし得る。
CNS解剖およびOCT埋め込み(プロトコルセクション3)の場合、脊髄組織が30%スクロース中に完全に沈み込まないのが一般的である。したがって、これらの組織は、沈むかどうかにかかわらず、スクロース中に2日間放置され、次いでOCTに埋め込まれる。OCTで組織を凍結させると、冷却された2-メチルブタンに入れたときに特定の組織が割れる可能性があります。これは脳でより一般的であり、通常、あまりにも多くのOCTが組織に置かれたときに起こる。これを避けるには、即時凍結の前に組織表面を覆うのに十分なOCTのみを配置してください。一部のプロトコルでは、OCTに完全に浸漬されているにもかかわらず、クラッキングはあまり一般的ではありません。これは通常、ドライアイス冷却された 2-メチルブタンを使用したり、ドライアイスのブロック上にクライオモルドを直接配置したりする場合など、凍結速度が遅いためです。液体 – 窒素冷却2-メチルブタンは、凍結速度が実質的により速く、遅い凍結法よりも組織形態をよりよく保存する可能性があるため、この研究において好ましい。
組織を凍結切除する場合(プロトコルセクション4)、複数回の凍結融解サイクルを避けることが重要です。したがって、単一のOCTブロックからすべての切片を切断して、選択した領域を解凍および再凍結するのではなく、分析用の特定の脳領域を取得することが最適である。これが実行可能でない場合は、いくつかのセクションを取得した後、ユーザーはOCTブロックを再凍結し、将来の使用のために-80°Cのディープフリーザーに1〜2回以上保管することができます。
灌流液のより伝統的なポンプまたは空気圧送達に対するこの方法の主な利点は、以下の通りである:(1)灌流装置の低コストおよびアクセス性。(2)ユーザーは、灌流全体を通して灌流装置内の圧力を手動で維持する必要はない。(3)シリンジ送達を介した灌流のための他の低コストの代替手段よりも低く、より一貫した灌流圧力。ベルヌーイの式を用いて、ここで構築された重力供給灌流装置は、灌流瓶を針に対して1mの標高に置いたときに、約73mmHgの灌流圧力を維持すると計算される。これがこれらの動物の収縮期血圧を有意に下回っていることを考えると、この灌流圧は血管破裂12を回避するのに十分低い可能性が高い。
著者らはこれまでに、この灌流システムを使用して、パーキンソン病のマウスモデルにおけるリン酸化α-シヌクレインの存在を検出することに成功している。この間、この灌流法ではポンプ灌流送達法には存在しないという重大な制限に遭遇していない。この技術の主な制限は、灌流対滴固定の時間のかかる性質です。この技術は、灌流がCNS構造への固定液のより深い浸透をもたらすように固着を落とすことが好ましい。この技術の2番目の制限は、胸腔への入り口に続いて心臓を素早くカニューレにしなければならないため、実行するために何らかの外科的スキルが必要であることである。しかし、経験上、訓練を受けたユーザーは、腹部への最初の切開から1分以内に心臓を日常的にカニューレートすることができる。
The authors have nothing to disclose.
著者らは、Xiaowen Wang、Liam Coyne、Jason Grullonに、このプロトコルの開発における彼らの支援に感謝している。この研究は、NIH助成金AG061204およびAG063499によって支援された。
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