Fare merkezi sinir sisteminin histolojik analizi için uygun bir yerçekimi beslemeli perfüzyon yöntemi sunulmaktadır. Fosforile α-sinükleinin immünofloresan tespiti, Parkinson hastalığının bir fare modelinde gösterilmiştir. Bu çalışma aynı zamanda transkardiyal perfüzyon, diseksiyon, doku dondurma/gömme ve dondurulmuş kesit adımlarını kapsamlı bir şekilde tanımlamaktadır.
Farelerden izole edilen beyin ve omurilik örneklerinin histolojik analizi, bu model sistemde patolojinin değerlendirilmesinde yaygın bir uygulamadır. Bu hassas dokuların morfolojisini korumak için, anestezi uygulanan hayvanlarda (transkardiyal perfüzyon) kalbin kanülasyonu yoluyla paraformaldehit gibi kimyasal bir fiksatif uygulamak rutindir. Fare kalbinin transkardiyal perfüzyonu, geleneksel olarak, bu işlem için gerekli olan hem tuzlu hem de fiksatif çözeltileri sağlamak için peristaltik pompaların veya hava basıncının kullanılmasına dayanmaktadır. Bu yöntemlere kolayca erişilebilen bir alternatif olarak, bu çalışma, çoğu donanım mağazasında bulunan malzemeleri kullanan yerçekimi beslemeli bir perfüzyon dağıtım yönteminin kullanımını göstermektedir.
Bu yeni perfüzyon yöntemini doğrulamak için, bu çalışma hem beyinde hem de omurilikte fosforile α-sinükleinin hassas tespiti için gerekli tüm sonraki adımları göstermektedir. Bu adımlara sabit beyin ve omurilik dokularının diseksiyonu, dokuların hızlı donması/gömülmesi ve kriyozeksiyonu ve immünofloresan boyama dahildir. Bu yöntem fiksatifin tüm vücuda verilmesiyle sonuçlandığından, diğer nöronal olmayan dokuları histolojik analiz için hazırlamak için de kullanılabilir.
Fare santral sinir sisteminde (SSS) patolojinin histolojik karakterizasyonu, nörodejenerasyon çalışmalarında kullanılan rutin bir tekniktir. Nöronal dokular ölümden sonra hızla bozundukça, morfolojilerini korumak için CNS dokularına paraformaldehit gibi kimyasal bir fiksatif vermek yaygın bir uygulamadır 1,2. Kimyasal fiksasyon, fiksatif bir çözelti ile tüm vücut perfüzyonu yoluyla veya dokuların izolasyonu ve fiksatif bir çözeltiye daldırılması (“damla fiksasyonu” olarak adlandırılır) yoluyla gerçekleştirilebilir. Perfüzyon, fiksatif dağıtım için tercih edilen yöntemdir, çünkü damla fiksasyonu, fiksatif çözeltinin derin CNS yapılarına hızlı bir şekilde nüfuz etmesine izin vermeyebilir 3,4,5. Ayrıca, sabitlenmemiş omuriliğin vertebral kolondan çıkarılması zor olduğundan, fiksatif çözeltinin perfüzyon yoluyla verilmesi, omuriliğin mikroskobik ve brüt anatomisinin yerinde korunmasına izin verir ve çıkarma sırasında hasarı en aza indirmek için dokuyu sertleştirir.
Fiksasyon için gerekli tampon ve fiksatif çözeltilerin teslimatı genellikle piyasada bulunan pompalar veya hava basıncı kullanılarak gerçekleştirilir. Perfüzyonatın yerçekimi iletimi, aşağıdaki nedenlerden dolayı pompa dağıtımına alternatif olarak hizmet edebilir: (1) Pompa veya hava basıncı dağıtımı, bazı durumlarda kullanıcının perfüzyon boyunca sistemdeki basıncı manuel olarak korumasını gerektirebilir. Perfüzyonatın yerçekimi iletimi, kullanıcı müdahalesi olmadan korunabilir. (2) Yerçekimi ile verilen bir perfüzyon aparatı, standart bilimsel satıcılardan temin edilebilen malzemeler elde edilerek kullanıcıya düşük maliyetle inşa edilebilir. Bu çalışma, yıkama şişeleri ve vinil borular kullanılarak basit bir yerçekimi perfüzyon cihazının nasıl oluşturulacağını açıklamaktadır. Parkinson hastalığının bir fare modelini kullanarak, bu çalışma, bu sistemin dondurulmuş kesit için izolasyonlarından önce beyin ve omurilik dokularını perfüze etmedeki etkinliğini göstermektedir. Bu çalışma, sabit dokuyu hayvandan ayırmak, dokuyu hızla dondurmak / gömmek ve kriyoseksiyon yapmak ve dolaylı immünofloresan mikroskobu yoluyla hem beyinde hem de omurilikte fosforile α-sinüklein varlığını tespit etmek için gereken tüm adımları, teknikleri ve materyalleri kapsamlı bir şekilde tanımlamaktadır.
Bu çalışmada transkardiyal perfüzyon gerçekleştirmenin kritik adımları açıklanmaktadır. Perfüzyon aparatını inşa ederken (protokol bölüm 1), bir hemostat tarafından tamamen tıkanacak kadar esnek boru kullanmak önemlidir. Bazı sert borular bir hemostat tarafından yeterince tıkanmayabilir, ve ilk PBS perfüzyonu sırasında PFA’nın ana hatta sızmasına izin verebilir. % 4 PFA çözeltisini hazırlarken, pH’ın fizyolojik olduğundan emin olmak önemlidir (7.4). PFA çözeltisinin hazırlanması 65 ° C’ye ısıtılmasını gerektirdiğinden, pH’ın ölçüm cihazında kalibre edildiği sıcaklık olduğu için çözelti pH’ı ölçmeden önce 25 ° C’ye kadar soğutulmalıdır.
Karın içine ilk kesiyi yaparken, karın organlarının yırtılmasını önlemek için özen gösterilmelidir (protokol bölüm 2). Diyaframa doğru üstün diseksiyon yaparken, karaciğerin ön karın duvarına yapışması yaygın olduğu için karaciğerin yırtılmasını önlemek önemlidir. Bunun üstesinden gelmek için, karaciğer diyaframa doğru bir kesiye devam etmeden önce ön duvardan dikkatlice ve açıkça diseke edilir. Diyaframdan göğüs boşluğuna girerken, kalbin, büyük damarların ve akciğerin yırtılmasını önlemek önemlidir. Bunu önlemek için, makas ucu yüzeysel olarak ve göğüs kafesi ile keskin bir açıyla tutulur.
Kalbi açığa çıkarmak için ilk diseksiyon, ilk kesiden yaklaşık 2 dakika sürer. Bu süre zarfında kelebek iğnesinin ucuna bir miktar hava girmesi beklenir. Bu havanın farenin dolaşımına girmesi, düşük kaliteli perfüzyon sağlayacaktır. Bu nedenle, hava kabarcıklarını gidermek için ana hattın açılması ve PBS’nin kalbin kanülasyonundan hemen önce iğneden yıkanması çok önemlidir. İdeal olarak, LV’yi delerken havanın tamamen yokluğunu sağlamak için küçük bir PBS damlaması iğne ucundan akarken kalp kanüle edilir.
İğne LV’ye girdiğinde, iğne ucunu sağ ventriküle (RV) sokacak kadar derine inmemelidir. İğnenin RV’ye veya mitral kapağın ötesine yerleştirilmesi, perfüzyon başlatıldığında akciğerlerin derhal “şişmesine” neden olacaktır. Bu istenmeyen bir durumdur ve AG yerleşimini sağlamak için iğnenin hafifçe çekilmesi gerekir. İğne düzgün bir şekilde yerleştirilirse, akciğerler perfüzyon boyunca düz kalacaktır. Perfüzyon başlatıldığında, bazen hayvanın açık ağzından berrak bir sıvının çıktığı gözlenir. Bu genellikle çok yüksek bir perfüzyon basıncından veya iğnenin kalp içinde yanlış yerleştirilmesinden kaynaklanır. Yazarlar, yüksek perfüzyon basınçlarının, arteriyolar kılcal yataktan perfüzyonun ekstravazasyonuna ve PBS’nin bronşiyal ağaç yoluyla yemek borusuna ve ağız boşluğuna retrograd akışına neden olduğunu tahmin etmektedir.
Perfüzyon basıncı, PBS şişesindeki PBS seviyesini azaltarak veya PBS şişesinin yüksekliğini düşürerek düşürülmelidir. Alternatif olarak, iğne sol ventriküle çok derin yerleştirilirse, mitral kapaktan geçebilir ve sol atriyuma perfüzyon verebilir. Bu, pulmoner damarlardan retrograd akışa ve yukarıda tarif edildiği gibi arteriollere perfüzyonun ekstravazasyonuna neden olabilir. PBS ile dolaşım sisteminden kanın tamamen temizlenmesi, kan bileşenlerinin fiksatif kaynaklı çapraz bağlanmasını önlemek için özellikle önemlidir, bu da müteakip fiksatif perfüzyon üzerine damar tıkanıklığına neden olur. Gümrükleme, karaciğerin renk değişikliği ve ventral kuyruk tabanındaki bir kesiden PBS akışı ile etkili bir şekilde değerlendirilir. Kan temizliği genellikle PBS ile 3 dakikalık perfüzyon ile tamamlanır; Bununla birlikte, görsel klirens belirtileri daha kısa sürede ortaya çıkarsa, fiksatif 3 dakikadan daha erken verilir. Gecikmiş fiksatif perfüzyon CNS ince yapı1’de artefaktlara yol açtığından daha uzun boşluk süreleri önerilmez.
PFA uygulanırken, PFA şişesindeki PFA çözeltisinin seviyesini izlemek önemlidir. PFA seviyesi, PFA şişesinin ağzının 4 cm’den daha az yukarısına düşerse PFA şişesini doldurun. Perfüzyon tamamlandıktan sonra, perfüzyon aparatı damıtılmış su ile iyice durulanmalıdır. Ana hattaki artık PFA, ilk PBS perfüzyonunu PFA ile kirleteceği ve düşük kaliteli perfüzyona neden olacağı için bu önemlidir. Son olarak, 20-30 g aralığındaki ortalama büyüklükteki yetişkin fareler için genellikle 25 G kelebek iğneleri önerilir. Bununla birlikte, daha büyük veya daha küçük fareler, optimum akış hızları sağlamak için fiksatif şişelerin ayarlanmasına ek olarak biraz daha büyük veya daha küçük gösterge iğneleri gerektirebilir.
CNS diseksiyonu ve OCT gömme (protokol bölüm 3) için, omurilik dokularının% 30 sakarozda tamamen batmaması yaygındır. Bu nedenle bu dokular 2 gün boyunca sakkarozda bırakılır ve daha sonra batıp batmadıklarına bakılmaksızın OCT’ye gömülür. OKT’de dokuları dondururken, soğutulmuş 2-metilbütan içine yerleştirildiğinde bazı dokuların çatlaması mümkündür. Bu beyinde daha yaygındır ve genellikle dokuya çok fazla OCT yerleştirildiğinde ortaya çıkar. Bunu önlemek için, hemen donmadan önce doku yüzeylerini örtmek için yeterli OCT yerleştirin. Bazı protokollerde, OCT’ye tamamen daldırılmasına rağmen çatlama daha az yaygındır. Bu genellikle kuru buz soğutmalı 2-metilbütan kullanırken veya cryomold’u doğrudan bir kuru buz bloğuna yerleştirirken olduğu gibi daha yavaş bir dondurma yönteminden kaynaklanmaktadır. Sıvı-azot soğutmalı 2-metilbütan bu çalışmada tercih edilir, çünkü donma hızı önemli ölçüde daha hızlıdır ve doku morfolojisini daha yavaş dondurma yöntemlerinden daha iyi koruyabilir.
Dokuyu kriyoseksiyon yaparken (protokol bölüm 4), çoklu donma-çözülme döngülerinden kaçınmak önemlidir. Bu nedenle, seçilen alanları çözmek ve yeniden dondurmak yerine, analiz için belirli bir beyin bölgesi elde etmek için tüm bölümleri tek bir OCT bloğundan kesmek en uygunudur. Bu uygun değilse, birkaç bölüm elde ettikten sonra, kullanıcılar OCT bloklarını yeniden dondurabilir ve gelecekte kullanmak üzere -80 °C derin dondurucuda 1-2 kez daha saklayabilirler.
Bu yöntemin daha geleneksel pompa veya perfüzyonatın hava basıncı dağıtımına göre başlıca faydaları şunlardır: (1) perfüzyon cihazının düşük maliyeti ve erişilebilirliği. (2) Kullanıcıların perfüzyon boyunca perfüzyon aparatındaki basıncı manuel olarak korumaları gerekmez. (3) Şırınga dağıtımı gibi perfüzyon için diğer düşük maliyetli alternatiflerden daha düşük ve daha tutarlı perfüzyon basıncı. Bernoulli denklemi kullanılarak, burada inşa edilen yerçekimi beslemeli perfüzyon aparatının, perfüzyon şişeleri iğneye göre 1 m yüksekliğe yerleştirildiğinde yaklaşık 73 mm Hg’lik bir perfüzyon basıncını koruyacağı hesaplanmıştır. Bunun, bu hayvanların sistolik kan basıncının önemli ölçüde altında olduğu göz önüne alındığında, bu perfüzyon basıncı muhtemelen vasküler rüptürü önlemek için yeterince düşüktür12.
Yazarlar şimdiye kadar Parkinson hastalığının bir fare modelinde fosforile α-sinükleinin varlığını tespit etmek için bu perfüzyon sistemini başarıyla kullandılar. Bu süre zarfında, bu perfüzyon yönteminde, pompa perfüzyon dağıtım yönteminde bulunmayan önemli sınırlamalarla karşılaşılmamıştır. Bu tekniğin en büyük sınırlaması, damla fiksasyonuna karşı perfüzyonun zaman alıcı doğasıdır. Bu teknik, perfüzyonun fiksatın CNS yapılarına daha derin nüfuz etmesine neden olduğu için fiksasyonu düşürmek için tercih edilir. Bu tekniğin ikinci bir sınırlaması, kalbin göğüs boşluğuna girdikten sonra hızlı bir şekilde kanüle edilmesi gerektiğinden, gerçekleştirilmesi için bazı cerrahi beceriler gerektirmesidir. Bununla birlikte, tecrübeyle, eğitimli kullanıcılar kalbi karın içine ilk kesiden sonraki 1 dakika içinde rutin olarak kanüle edebilir.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar, bu protokolün geliştirilmesindeki yardımları için Xiaowen Wang, Liam Coyne ve Jason Grullon’a teşekkür ediyor. Bu çalışma NIH hibeleri AG061204 ve AG063499 tarafından desteklenmiştir.
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 |