İnsanlardaki Sağlıklı ve Patolojik Beyin Koşulları Eğitim için Kesme Simetrik Bihemispheric Postmortem Beyin
Summary
Organize beyin kesme prosedürleri kesin nöropatolojik tanıları ile belirli nöropsikiyatrik olayları ilişkilendirmek için gereklidir. Beyin kesimler çeşitli klinik-akademik beklenmedik göre farklı yapılır. Bu protokol, insan beyni patolojilerinde hemisferik farklılıkların araştırılması ve mevcut ve gelecekteki biomoleküler / beyin teknikleri en üst düzeye çıkarmak için bir simetrik bihemispheric beyin kesme prosedürü anlatılmaktadır.
Abstract
Nöropatologlar, zaman zaman, bir beyin otopsi talep edildi kimin için bu hastalarda tanımlanan karmaşık nöropsikiyatrik olaylar için kesin tanı üretmek için gerekli olan bilginin miktarına göre çekinmeye. biyomedikal bilimler ve beyin görüntüleme gelişmeler nöropsikiyatrik alanında devrim olmasına rağmen, aynı zamanda beyin otopsi sadece bir doğrulayıcı bir değere sahip olduğunu yanıltıcı fikrini yarattı. Bu yanlış bir düşüncedir dolayısıyla bir azalma olasılığı insan beyninin henüz bilinmeyen sayısız normal ve patolojik yönlerini kavramak için gerekli olan daha detaylı ve kapsamlı nöropatolojik araştırmalar gerçekleştirmek için, otopsi oranları ciddi bir azalma yarattı ve. Gözlenen nöropsikiyatrik olaylar ve bunların olası neurohistological ögelerinden gelen yerelleştirme / karakterizasyonu arasındaki korelasyonun geleneksel çıkarımsal yöntem yadsınamaz bir değere sahip olmaya devam etmektedir. neuropsychi bağlamındabeyin dokularının doğrudan fiziksel değerlendirilmesi üzerine özellikle dayanır çünkü atric hastalıklar, geleneksel klinikopatolojik yöntem, hala bunlara karşılık gelen nöropatolojik yüzeylere benzersiz nöropsikiyatrik özellikleri bağlamak mümkün olan en iyi yöntem (ve genellikle sadece mevcut) 'dir. postmortem beyin değerlendirme beyin farklı nöropatoloji merkezleri arasında değişir kesme işlemleri dayanmaktadır. Beyin kesimler her kurumda mevcut çeşitli klinik ve akademik şarta dayalı nispeten geniş ve sistematik bir şekilde yapılmaktadır. Daha anatomik kapsayıcı ve simetrik iki hemisfer beyin kesme yöntemi en azından derinliği, belirli insan beyninin (yani, hemisferik özelleşme ve lateralizasyon özellikleri ile normal ve patolojik durumlarda, tutarlı araştırmak için insan nöropatoloji araştırma amaçlı kullanılması gerektiğini fonksiyonlar). daha kapsamlı bir colle sağlayacak bu gibi bir yöntem olupmevcut ve gelecekteki biyoteknolojik ve beyin görüntüleme teknikleri kullanılabilir nöropatolojik iyi karakterize beyinlerin ction. Biz insan beyninin patolojilerinde hemisferik farklılıkların incelenmesi için ve akım kullanımının yanı sıra gelecekte biomoleküler / beyin teknikleri simetrik iki hemisfer beyin kesme prosedürü açıklar.
Introduction
Nöropatologlar insan beyni değerlendirmek için bilimsel ayrıcalık, entelektüel şeref ve teşhis yükümlülüğü vardır. Uzun yıllardır, beyin hastalıkları ve önemli çabaların ayrıntılı klinik açıklamaları insan postmortem beyinlerinde olası neurohistological karşılıkları üstlenilmiştir bireyselleşmek için. Tarihsel olarak, bu çabaların özellikle tıp bilimleri ve nöroloji, modern çağın gelişmiş olan en verimli modalite temsil etti. önceki seçkin nöropatolog ve onların özveri, kararlılık, burs ve şaşırtıcı kapasitesi sayesinde (genelde çok rudimental araçları kullanarak) normal ve anormal beyin dokularında arasında ayrım, şimdi araştırmak ve Alzheimer-Perusini hastalığı gibi hedef hastalıkları (haksız sadece adlandırılan Alzheimer hastalığı, APD / MS) 1, Parkinson hastalığı (PD) 2, Creutzfeldt-Jakob hastalığı (CJD) 3, Lou-Gehrig hastalığı / Amyotrofık Lateral sclerosis (ALS) 4, ve Guam hastalığı 5, birkaç söz.
Fonksiyonel ve morfolojik manyetik rezonans görüntüleme (yani, fMRI, difüzyon MR, traktografi-MR, vb), Pozitron Emisyon Tomografisi, bu tür yüksek çözünürlüklü bilgisayarlı tomografi (BT anjiyografi, yani multisection spiral CT taraması) olarak nörogörüntülemenin ileri teknikleri, (PET), ultrason tabanlı görüntüleme ve diğerleri, kesinlikle teşhis ve nörolojik ve psikiyatrik hastaların tedavisi için nasıl bizim genel yaklaşım değiştirdiniz. Bununla birlikte, beyin teknikleri canlı, doğrudan nöronlar gibi hücrelerin son derece karmaşık hücresel ve hücre içi yapılarını analiz etmek, ortaya çıkan şu anda, fırsat sunmuyoruz zaman bir kişinin beyni görselleştirme yeteneğine sahip olmasına rağmen; veya, mark görselleştirmek ve hücre içi lezyonların belirli türde ölçmek için; ya da tam circuital ile alt onların nöroanatomik veya alt bölgesel lokalizasyonu belirtmek içincircuital anatomik seviyeleri. Örneğin, beyin görüntüleme teknikleri, entorinal kortekste AD klasik özelliği Substansiya Nigra (SN), PD ile ilişkili patolojik bir özellik ya da nörofibrular düğüm (NFT) pigmente nöronlarda Lewy Kuruluşları (LB) tanımlamak veya lokalize edemez ve diğer beyin patolojileri. gelişmiş dijital mikroskobu ile birlikte nöropatolojik araştırmalar kesin tanı için, böylece yine detaylı klinikopatolojik korelasyon unreplaceable ve.
Nedeniyle insan beyninin kendine özgü anatomo fonksiyonel özellikleri ve özellikle anatomik lokalizasyonu (yani, kafatası, içeriği doğrudan muayene izin vermez doğal bir koruyucu sistem içinde), in vivo beyin görüntüleme tekniklerinin tanıtımı bu karmaşık doku gizemleri bazı ilk yanıtlarını bulmak için olağanüstü yardımcı klinisyen ve araştırmacılar var. Bununla birlikte, herhangi bir klinik veya neuroimagi oradadoğrudan bir otopsi sırasında beyin dokusunun analiz için eşsiz bir fırsat yerini alabilir ng metodolojisi. Sadece organize toplanması, korunması ve insan beyni sınıflandırılması nöronal ve nöronal olmayan hücreler, onların hücre içi bileşenleri, hücre içi ve hücre dışı patolojik lezyonların doğrudan ve sistematik araştırmalar izin verebilir ve beynin içinde anormallik her türlü, onaylamak, değiştirmek ya da klinik tanı yeniden tanımlamak ve yeni klinikopatolojik korelasyon keşfetmek için. Otopside beyin değerlendirilmesine ilişkin belirgin kısıtlamalar biri bu işlem bir kesit yöntem olması olmuştur. Her zaman devam eden bir nöropatolojik süreç (klinik olarak tezahür ya da değil) ve neurohistological düzeyde tanımlamak şansı varsa, arasında bir gecikme olur. Bu kendini yenilemesi insan beyninin göremezlik kaynaklanmaktadır. Pe yaratmadan in vivo beyin dokusu elde etmek mümkün değilrmanent hasar. Sonuç olarak, uzunlamasına ve nöropatolojik aynı beyin / kişi değerlendirmek mümkün değildir. Ancak, standart beyin bankacılık işlemleri ve genel halk arasında beyin bağışı için artan bir farkındalık büyük ölçüde tutarlı toplamak ve analiz etmek için vaka sayısını artırarak beyin otopsi zamanlama sorunların çözümüne katkıda bulunabilir. Bu şekilde, ölüm sonrası beyin daha yeterli sayıda, her bir insan beyin hastalığı ile bağlantılı beyin lezyonu her bir özel tipte patolojik Kalkış ve ilerlemesi sabit desen tanımlamak için elde edilebilir. Bu her yaştan genelinde bağış ve mümkün olduğunca çok sayıda beyin koleksiyonu herhangi bir nöropsikiyatrik bozukluk etkilenen hastaların yanı sıra sağlıklı kontrol grubu gerektirecektir. Bir olası bir yöntem standart rutin olarak genel ve özel tıp merkezlerinden mümkün olduğunca çok sayıda postmortem beyin toplama olabilir. Beyin bağış ihtiyacı son zamanlarda ifade edilmiştirdemans ve normal yaşlanma 6 çalışma olanlar tarafından. Aynı zorunluluk bütün olarak nöropsikiyatrik alanı tarafından ifade edilmelidir.
diğer nedenlerle yukarıda belirtilen ve için, devam etmekte olan beyin kesme prosedürlerinin bir güncelleştirme gereklidir. Ayrıca, kesme işlemleri beyin evrensel da daha kesin nedenleri ve beyin hastalıklarının mekanizmaları, anlamak için, umarım, araştırmak ve mevcut ve gelecekteki biyoteknolojik teknikler istihdam imkanı hesabında alarak, dünya çapında farklı nöropatoloji araştırma merkezleri arasında standardize edilmelidir insanlar.
Burada, esas olarak araştırma amaçları için, ölüm sonrası beyin insanlarda kesme simetrik bir yöntem tarif eder. Bu prosedür normalde yapmaktan daha hem serebral ve serebellar hemisferde daha serebral bölgeleri toplama önermektedir. Bir simetrik iki hemisfer beyin kesme işlemi insan mevcut bilgi ile daha iyi uyacakNöroanatomi, nörokimyasal ve nörofizyoloji. Bu yöntem aynı zamanda olasılık nöropatolojik gibi yüksek bilişsel ve non-bilişsel işlevler, tipik veya münhasıran mevcut bizim türlerde ile ilişkili hemisferik uzmanlaşma ve lateralizasyon olarak insan beyninin benzersiz özellikleri, analiz etmeyi sağlar. hemisferik uzmanlık / lateralizasyonun ve beyin lezyonlarının belirli türleri arasındaki özel patogenetik ilişkiler var olsun, ya da bir tuhaf nöropsikiyatrik patogenetik olay olup olmadığını başlangıçta, yaygın, ya da sadece belirli bir yarımkürenin ile ilişkili ve işlev henüz bilinmemektedir. Bu simetrik beyin kesme işlemini anlatarak, daha iyi bir derece uzmanlaşmış dokusunda normal ve patolojik durumları, beyni anlamak için yardımcı olabilir insan beyni diseksiyon güncelleştirilmiş bir yöntem önermektir hedefliyoruz. Bu yöntem aynı zamanda dikkate sadece insanlarda var olan morfo-fonksiyonel hemisferik yönlerini alır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu beyin kesme yöntemi hala ana özelliklerinden biri olarak bihemispheric simetrik kesme işlemi korurken (örneğin, her yarımkürede değerlendirmek için beyin bölgelerinin sayısını azaltarak) her nöropatoloji laboratuarında özel ihtiyaçlarına göre adapte edilebilir. Bu önerilen protokol rutin işlemler (araştırma odaklı nöropatolojik merkezler) veya sadece gerektiğinde (özel klinik odaklı çalışmaları) için kullanılabilir. Bu seçici olarak yalnızca araştırmalar belirli türleri (ör…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank the thousands of brain donors, patients, families, and neuroscientists around the world who, during the last two centuries and through their generous gifts and intellectual efforts, helped to discover how the human brain works, to understand devastating brain diseases, and to develop treatments thereof. We particularly thank Mrs. Cecilia V. Feltis for editing and reviewing this manuscript.
Materials
| Copy of signed informed consent allowing autopsy and brain donation for research use. | |||
| Detailed clinical history of the subject which should include a detailed description of any neurologic and psychiatric symptoms and signs. | |||
| Medical or not-medical video-recordings when available (especially useful in movement disorders field). Next-of-kin’s consent required. | |||
| Neuroimaging, neurophysiology, neuropsychiatric and assessment or clinicometric scales. | |||
| Genetic and family history data. Genetic reports review, if neurogenetic diseases were diagnosed. | |||
| Histology Container | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 64233-24 | |
| Histology Cassettes | VWR | 18000-142 (orange) | |
| Histology Cassettes | VWR | 18000-132 (navy) | |
| Knife Handles and Disposable Blades | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 62560-04 | |
| Long Blades | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 62561-20 | |
| Disposable Blade Knife Handles | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 72040-08 | |
| Scalpel Blades | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 72049-22 | |
| Accu-Punch 2 mm | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 69038-02 | |
| Polystyrene Containers – Sterile | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 64240-12 | |
| Dissecting Board | ELECTRON MICROSCOPY SCIENCES | 63307-30 | |
| Formalin solution, neutral buffered, 10% | Sigma-Aldrich | HT501128 SIGMA | |
| Hematoxylin Solution, Gill No. 2 | Sigma-Aldrich | GHS280 SIGMA | |
| Eosin Y solution, aqueous | Sigma-Aldrich | HT1102128 SIGMA | |
| anti-beta-amyloid | Covance, Princeton, NJ | SIG-39220 | 1 500 |
| anti-tau | Thermo Fisher Scientific | MN1020 | 1 500 |
| anti-alpha-synuclein | Abcam | ab27766 | 1 500 |
| anti-phospho-TDP43 | Cosmo Bio Co. | TIP-PTD-P02 | 1 2000 |
| Digital Camera | Any | ||
| Head Impulse Sealing machine | Grainger | 5ZZ35 |
References
- Braun, B., Stadlober-Degwerth, M., Hajak, G., Klunemann, H. H. 100th anniversary of Perusini’s second case: patient RM and his kindred. Am. J. Alzheimers Dis. Other Demen. 25, 189-192 (2010).
- Jellinger, K. A. Neuropathology of sporadic Parkinson’s disease: evaluation and changes of concepts. Mov Disord. 27, 8-30 (2012).
- Head, M. W. Human prion diseases: molecular, cellular and population biology. Neuropathology. 33, 221-236 (2013).
- Hirano, A. Neuropathology of ALS: an overview. Neurology. 47, S63-S66 (1996).
- Oyanagi, K., Wada, M. Neuropathology of parkinsonism-dementia complex and amyotrophic lateral sclerosis of Guam: an update. J. Neurol. 246 (Suppl 2), 19-27 (1999).
- Montine, T. J., et al. Recommendations of the Alzheimer’s disease-related dementias conference. Neurology. 83, 851-860 (2014).
- Yong-Hing, C. J., Obenaus, A., Stryker, R., Tong, K., Sarty, G. E. Magnetic resonance imaging and mathematical modeling of progressive formalin fixation of the human brain. Magn Reson Med. 54, 324-332 (2005).
- Love, S., Perry, A., Ironside, I., Budka, H. . Greenfield’s Neuropathology. , (2015).
- Davis, R. L., Robertson, D. M. . Textbook of Neuropathology. , (1996).
- Dickson, D. W., et al. Neuropathological assessment of Parkinson’s disease: refining the diagnostic criteria. Lancet Neurol. 8 (12), 1150-1157 (2009).
- Nieuwenhuys, R., Voogd, J., van Huijzen, C. . The Human Central Nervous System: A Synopsis and Atlas. , (2008).
- Netter, F. H. . Atlas of Human Anatomy. , (2005).
- Brown, R. W. . Histologic Preparations: Common Problems and Their Solutions. , (2009).
- Durrenberger, P. F., et al. Effects of antemortem and postmortem variables on human brain mRNA quality: a BrainNet Europe study. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 69, 70-81 (2010).
- Hyman, B. T., et al. National Institute on Aging-Alzheimer’s Association guidelines for the neuropathologic assessment of Alzheimer’s disease. Alzheimers Dement. 8, 1-13 (2012).
- Gelb, D. J., Oliver, E., Gilman, S. Diagnostic criteria for Parkinson disease. Arch Neurol. 56, 33-39 (1999).
- McKeith, I. G., et al. Diagnosis and management of dementia with Lewy bodies: third report of the DLB Consortium. Neurology. 65, 1863-1872 (2005).
- Cairns, N. J., et al. Neuropathologic diagnostic and nosologic criteria for frontotemporal lobar degeneration: consensus of the Consortium for Frontotemporal Lobar Degeneration. Acta Neuropathol. 114, 5-22 (2007).
- Litvan, I., et al. Validity and reliability of the preliminary NINDS neuropathologic criteria for progressive supranuclear palsy and related disorders. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 55, 97-105 (1996).
- Gilman, S., et al. Second consensus statement on the diagnosis of multiple system atrophy. Neurology. 71, 670-676 (2008).
- McKee, A. C., et al. The first NINDS/NIBIB consensus meeting to define neuropathological criteria for the diagnosis of chronic traumatic encephalopathy. Acta Neuropathol. 131, 75-86 (2016).
- Rahimi, J., Kovacs, G. G. Prevalence of mixed pathologies in the aging brain. Alzheimer’s Res Ther. 6, 82 (2014).
- Jellinger, K. A., Attems, J. Challenges of multimorbidity of the aging brain: a critical update. J. Neural. Transm. (Vienna). 122, 505-521 (2015).
- Crary, J. F., et al. Primary age-related tauopathy (PART): a common pathology associated with human aging. Acta Neuropathol. 128, 755-766 (2014).
- Kovacs, G. G., et al. Aging-related tau astrogliopathy (ARTAG): harmonized evaluation strategy. Acta Neuropathol. 131, 87-102 (2016).
- Nelson, P. T., et al. 34;New Old Pathologies": AD, PART, and Cerebral Age-Related TDP-43 With Sclerosis (CARTS). J Neuropathol Exp Neurol. 75 (6), 82-98 (2016).
- Tomlinson, B. E., Blessed, G., Roth, M. Observations on the brains of non-demented old people. J. Neurol. Sci. 7, 331-356 (1968).
- Katzman, R., et al. Clinical, pathological, and neurochemical changes in dementia: A subgroup with preserved mental status and numerous neocortical plaques. Ann. Neurol. 23, 138-144 (1988).
- Crystal, H., et al. Clinicopathologic studies in dementia: Nondemented subjects with pathologically confirmed Alzheimer’s disease. Neurology. 38, 1682-1687 (1988).
- Knopman, D. S., et al. Neuropathology of cognitively normal elderly. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 62, 1087 (2003).
- Troncoso, J. C., et al. Neuropathology in controls and demented subjects from the Baltimore Longitudinal Study of Aging. Neurobiol. Aging. 17, 365-371 (1996).
- Mirra, S. S., et al. The Consortium to Establish a Registry for Alzheimer’s Disease (CERAD). Part II. Standardization of the neuropathologic assessment of Alzheimer’s disease. Neurology. 41 (4), 479-486 (1991).
- Braak, H., Braak, E. Neuropathological stageing of Alzheimer-related changes. Acta Neuropathol. 82 (4), 239-259 (1991).
- Frings, L., et al. Asymmetries of amyloid-β burden and neuronal dysfunction are positively correlated in Alzheimer’s disease. Brain. 138 (Pt 10), 3089-3099 (2015).
- Leroy, F., et al. New human-specific brain landmark: the depth asymmetry of superior temporal sulcus. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 112 (4), 1208-1213 (2015).
- Fink, M., et al. Lateralization of the serotonin-1A receptor distribution in language areas revealed by PET. Neuroimage. 45 (2), 598-605 (2009).
- Miller, A. K. H., Alston, R. L., Mountjoy, C. Q., Corsellis, J. A. N. Automated differential cell counting on a sector of the normal human hippocampus: the influence of age. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 10, 123-142 (1984).
- Brettschneider, J., Del Tredici, K., Lee, V. M., Trojanowski, J. Q. Spreading of pathology in neurodegenerative diseases: a focus on human studies. Nat. Rev. Neurosci. 16 (2), 109-120 (2015).
- Nolan, M., Troakes, C., King, A., Bodi, I., Al-Sarraj, S. Control tissue in brain banking: the importance of thorough neuropathological assessment. J. Neural. Transm. (Vienna). 12, (2015).
- Wilcock, G. K., Esiri, M. M. Asymmetry of pathology in Alzheimer’s disease. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 50 (10), 1384-1386 (1987).
- Janota, I., Mountjoy, C. Q. Asymmetry of pathology in Alzheimer’s disease. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 51 (7), 1011-1012 (1988).
- Stefanits, H., Budka, H., Kovacs, G. G. Asymmetry of neurodegenerative disease related pathologies: a cautionary note. Acta Neuropathol. 123 (3), 449-452 (2012).
- King, A., Bodi, I., Nolan, M., Troakes, C., Al-Sarraj, S. Assessment of the degree of asymmetry of pathological features in neurodegenerative diseases. What is the significance for brain banks?. J Neural Transm. (Vienna). 122 (10), 1499-1508 (2015).
- Schmitz, C., Hof, P. R. Design-based stereology in neuroscience. Neurosciences. 130, 813-831 (2005).
- Kristiansen, S. L., Nyengaard, J. R. Digital stereology in neuropathology. APMIS. 120, 327-340 (2012).
- Erskine, D., Khundakar, A. A. Stereological approaches to dementia research using human brain tissue. J Chem Neuroanat. , (2016).
- Lees, A. J. Unresolved issues relating to the shaking palsy on the celebration of James Parkinson’s 250th birthday. Mov. Disord. 22 (Suppl 17), S327-S334 (2007).
- Iacono, D., et al. Parkinson disease and incidental Lewy body disease: Just a question of time?. Neurology. 85, 1670-1679 (2015).
- Geuna, S., Herrera-Rincon, C. Update on stereology for light microscopy. Cell Tissue Res. 360 (1), 5-12 (2015).
- Drummond, E. S., Nayak, S., Ueberheide, B., Wisniewski, T. Proteomic analysis of neurons microdissected from formalin-fixed, paraffin-embedded Alzheimer’s disease brain tissue. Sci. Rep. 5, 15456 (2015).
- Brickell, K. L., et al. Clinicopathological concordance and discordance in three monozygotic twin pairs with familial Alzheimer’s disease. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 78 (10), 1050-1055 (2007).
- Xiromerisiou, G., et al. Identical twins with Leucine rich repeat kinase type 2 mutations discordant for Parkinson’s disease. Mov. Disord. 27 (10), 1323 (2012).
- Iacono, D., et al. Neuropathologic assessment of dementia markers in identical and fraternal twins. Brain Pathol. 24 (4), 317-333 (2014).
- Iacono, D., et al. Same Ages, Same Genes: Same Brains, Same Pathologies?: Dementia Timings, Co-Occurring Brain Pathologies ApoE Genotypes in Identical and Fraternal Age-matched Twins at Autopsy. Alzheimer Dis. Assoc. Disord. , (2015).
- Rentería, M. E. Cerebral asymmetry: a quantitative, multifactorial, and plastic brain phenotype. Twin Res. Hum. Genet. 15 (3), 401-413 (2012).
- Bishop, D. V. Cerebral asymmetry and language development: cause, correlate, or consequence?. Science. 340 (6138), (2013).
- Mendez, M. F., et al. Observation of social behavior in frontotemporal dementia. Am. J. Alzheimers Dis. Other Demen. 29 (3), 215-221 (2014).
