封闭系统中脑切片长期培养中精确定位和重复间歇成像的改进辊筒法

从啮齿动物脑区分离神经元的原代培养是研究人员用来观察病理性牵连刺激反应的重要工具。然而, 这种研究的缺点是只在2D 和没有他们的神经胶质支持系统的情况下观察神经元。此外, 除非在非常高密度的条件下生长 (640 神经元/mm²或大约16% 的表面积), 在这种情况下, 它不可能跟随树枝状或轴突的随机突起, 而从其细胞体, 海马4周以上的神经元存活能力明显下降¹, 限制了游离培养对年龄相关病症的扩展研究。从啮齿动物大脑中制备的切片是一种有吸引力的选择, 它通过维持一个有组织的细胞结构和存活数周或数月来克服这些限制。在切片培养中维持啮齿动物大脑许多不同区域的条件已被描述为²。

两种主要的方法被广泛应用于脑切片的长期培养: 在气界面的膜上培养³或在密封管上培养片, 允许在滚筒孵化器中旋转以提供曝气的⁴。在膜上培养的切片可以直接成像高分辨率荧光显微镜使用直立显微镜和水浸泡目标⁵。另外, 在膜上培养的切片也被转移到玻璃底盘, 用倒置显微镜⁶实现树突棘的良好分辨率。然而, 两种在膜上生长的成像切片方法都是开放系统, 需要进行中等程度的改变, 并且经常使用抗真菌和/或抗生素来防止或减少污染^5,6。膜上的切片在 air-medium 界面保持优良的形态学和生存, 但返回到精确的位置在重复成像在高放大率是非常困难的, 除非实验只遵循小小组的细胞表示荧光标记。虽然在膜上生长的切片已使用与病毒介导的表达转基因^5,6, 生物安全协议可能需要使用封闭的文化系统, 用于某些病毒载体表达荧光标记的蛋白质和细胞生理学记者。此外, 沉浸目标要求在培养⁵中遵循的样本之间进行净化。膜界面培养的一个主要应用是结合高分辨率成像与电生理学在单时间点⁷。

在塑料管内片的滚子管法不允许任何电生理学或高分辨率成像, 不排除片。因此, 这种方法最常被应用到长期研究中, post-fixation 观测已经被做为⁸。这里描述的是一种利用辊筒培养技术的方法, 但对片上的 drilled-out 管, 只要保持文化, 就可以反复成像。封闭的系统不需要介质变化的成像和利用光刻片提供的基准标记, 允许成像在高放大率, 几天或几周后, 精确的领域以前成像。

我们应用这种方法来检查啮齿动物海马的变化, 这是一个主要的大脑区域, 涉及记忆和学习。啮齿类动物的海马体通常被研究为在认知障碍发展过程中观察到的病理或年龄相关变化的模型⁹, 如 AD 中发生的那些。我们的方法特别适合于研究随着环境变化而在单个切片内发展的病理变化, 如 a 肽的增加, 这是 AD⁸的特征。一个病理与人类和啮齿动物 AD 脑是存在的 cofilin 肌动蛋白聚合体和棒, 后者含有束的花丝, 其中 cofilin 和肌动蛋白是在1:1 摩尔比^10,11,12. 在 a 治疗后的大鼠海马固定切片上观察到了棒状体, 以及在表达 cofilin-GFP 受缺氧⁸的活鼠脑切片内, 它们可能会导致 AD 中出现的突触功能障碍。和中风。在这里, 我们用这种新的培养方法观察不同病毒引入的外源嵌合荧光蛋白切片中的时间过程和分布。然后利用 cofilin 记者构造的神经元特异性表达, 跟踪 cofilin 棒和海马切片的聚集病理, 以应对可溶性 a 寡聚体 (a_o) 的治疗。