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신경과학

면역 조직 화학 및 전자 현미경을 사전은 임베딩에 대한 비 인간 영장류 뇌 조직의 준비

Published: April 03, 2017
doi:
10.3791/55397
,
1Centre de recherche de l’Institut universitaire en santé mentale de Québec, Department of Psychiatry and Neuroscience,Université Laval, 2Centre de recherche du CHU Sainte-Justine

Summary

여기, 우리는 쉽게, 낮은 비용을 제공하고, 시간 효율적인 프로토콜은 화학적으로 투과 전자 현미경에 대한 면역 조직 화학 염색을 미리 내장과 호환되는 장기 보존을 허용, 아크롤레인 정착액와 영장류 뇌 조직을 고정 할 수 있습니다.

Abstract

빛 현미경 수준에서 모든 기술의 진보에도 불구하고, 전자 현미경은 시냅스 연락처 등의 신경 세포의 미세 구조 및 형태 학적 세부 사항을 검토하고 특성화 신경 과학에서 유일한 도구 남아있다. 전자 현미경에 대한 뇌 조직의 잘 보존 엄격한 극저온 고정 방법에 의해 얻을 수 있지만, 이러한 기술은 오히려 비용이 많이 드는 및 확인 된 신경 시스템의 연결을 이해하는 것이 중요하다 immunolabeling의 사용을 제한 할 수 있습니다. 동결 교체 방법 immunolabeling 함께 극저온 고정 조합을 허용하도록 개발되었다. 그러나 이러한 방법 론적 접근 방법의 재현성은 일반적으로 비용이 많이 드는 냉동 장치에 의존합니다. 또한,이 기술로 신뢰할 수있는 결과를 달성하는 것은 매우 시간이 많이 걸리는과 기술 – 도전이다. 따라서, 특히 아크롤레인과 정착액 전통적인 화학적 고정 뇌, 전자를 결합하는 동시에 효율적인 저비용 방법 유지면역 조직 화학 염색과 현미경. 여기서는 영장류 뇌 조직의 보존을 초래하고 면역 및 투과 전자 현미경 검사를 미리 매립 호환 화학 아크롤레인을 고정하여 안정적인 실험 프로토콜을 제공한다.

Introduction

공 초점 및 두 광자 현미경을 포함한 광학 현미경은, 2, 다른 것들 한 가운데, 생체 신경 과정에서 공부를위한 효율적인 도구가 될 입증되었습니다. 빛 현미경 (LM) 레벨의 전형적인 공간 분해능은 극 자외선과 연 X 선 현미경 등의 다른 광원을 사용하여 약 200 nm의 최근의 기술적 진보하지만, 특히 거의 10 nm의 공간 해상도 (3)이 해상도를 증가 4, 5. 화상의 다른 기술적 진보는 조직 학적으로 자기 공명 영상을 조합하여 생체 내에서 수초 만 전자 현미경 (EM) 레벨 6, 7에서 전통적으로 측정 하였다 파라미터의 두께를 측정하는 신규 방법을 제공하는 것을 포함한다. AlthouGH LM 수준에서 이러한 진보는 시냅스 접촉 생계 프로세스, 구조 상세도 및 특성을 연구하기위한 훌륭한 도구를 제공하며, 0.5 nm의 도달 할 수있는 해상도를 제공 EM으로 달성 될 수있다. 그러나, EM 수준에서 관찰은 cytoarchitecture을 유지하기 위해, 화학 고정 제 및 탈수 프로세스, 어떤 방법으로 죽은 변경 될 표본을 필요로한다. 따라서, 높은 해상도에서 생물학적 시료를 조사하기 때문에, 방사선, 전자선 손상 낮은 반면, 막 구조의 편차, 또는 8, 9, 10을 매립 다음 탈수 에폭시 발생 아티팩트에도 존재하기 어려울 수있다.

구조 분석을 위해 그 나라의 형태로 표본을 보존하는 것은 "유리화 섹션의 곳을 알아내는 EM"을 사용하거나 CEMOVIS하는 단면 처리 방법에 의해 달성 될 수급속 동결 유리체 얼음 샘플을 삽입하고, 저온 (11), (12)에서 EM 아래 부분을 검사하는 것을 포함한다. 그들은 여전히 견고하고 완벽하게 수화 동안이 절차는 따라서 탈수로 인한 아티팩트를 제거하는 것은 13을 처리, 샘플의 시험이 가능합니다. 그러나이 방법은 상당한 추가 비용을 발생 매우 낮은 온도에서 이러한 관찰을 허용하기 위해, 극저온 ultramicrotomy에 대한 추가 장치뿐만 아니라 표준 EM에 추가 장치를 포함한다. 또한 CEMOVIS 접근 항체는 일반적으로 RT에서 배양 할 필요가 있기 때문에, 기술 immunolabeling의 사용을 배제한다. 또는, 극저온 화학 보호 담궜다 및 일 동안 극저온 고정 시험편을 서서히 해동하는 동안 동결 대체 접근법을 사용하여 면역 절차 미세 분석을 조합 할 수있다엉 같은 Lowicryls 같은 전문 수지에 포함. 포스트가 임베딩 immunolabeling하는 그러한 물질 (12) 상에 수행 될 수있다. 그러나 동결 대체 및 극저온 고정 기술은 시간이 소요됩니다. 그들은 추가 장비의 설치를 필요로 여전히 낮은 온도 (14), (15)의 사용에도 불구하고, 유기 용매와 cytoarchitecture을 변경할 수 있습니다 화학 고정액에 노출 될 샘플을 필요로한다. 따라서, 특히 아크롤레인과 LM 및 EM 수준, 뇌 조직의 화학 고정, 모두에서 모든 기술의 진보에도 불구하고, EM (16) 면역 조직 화학을 결합하는 낮은 비용 및 시간 효율적인 방법 남아있다.

지난 수십 년 동안 많은 시도는 최고의 조직 보존을 제공 알데히드의 혼합물을 발견 하였다. 1960 년대 이전, EM을 위해 허용되는 결과를 제공하는 유일한 화학 고정액은 오스뮴 테트 록 사이드이었다. 그러나, 산화 오스뮴은 뇌 등의 장기를 해결하기 위해 혈관 시스템을 통해 사용을 배제, 매우 독성이 비싸다. 아크롤레인 셀룰러 구조 (17)의 EM 관찰에 적합한 동물 조직 보존에 대한 신뢰성있는 방법으로서, 1950 년대 후반에 도입 하였다. 이는 더 깊은 조직을 관통하여 고정 침지 사용하고 조직 (17)의 최소 수축와 세포질 성분의 양호한 보존을 허용 다른 알데히드보다 빠르게 반응한다. 효소 및 다른 단백질 18 고분자 화합물을 살아있는보다 정확한 위치 파악을 가능하게하여, 신선한 조직에 사용되는 경우 이러한 특징은 고정 아크롤레인을 다른 알데히드에 비해 명확한 이점을 제공한다. 사실, 그것은 효율적으로 열차 단으로, 양서류 및 설치류 등 많은 종의 EM 수준의 시각화를위한 고정의 쉽고, 효율적이고 저비용의 방법으로 세월을 통해 검증되었습니다ZES 펩티드 및 단백질, 항원 성을 유지하고 16, 18, 19, 20, 21 정착액 다른 알데히드 병용 비교적 그대로 미세 구조를 제공한다. 설치류에서 아크롤레인 고정을위한 프로토콜은 그 이후 표준화 및 EM (16), (22)에 대한 이중 immunolabeling을 구현하기 위해, 특히 피켈 그룹에 의해 광범위하게 사용하고 있습니다. 몇 그룹은 인간이 아닌 영장류의 뇌 조직 23 아크롤레인 고정을 사용했다. 그러나, 우리의 지식을 효율적으로 EM (24) immunolabeling와 호환되는 인간이 아닌 영장류에서 아크롤레인과 화학 고정을 설명하는 하나의 출판 프로토콜이있다.

이 글에서, 우리는 효율적으로 화학적으로 비 콧노래를 해결하는 쉽고 안정적인 방법을 제공immunolabeling 송신 EM 시험을 미리 매립 함께 잠재적 장기 보존을 가능하게 아크롤레인와 영장류 뇌.

Protocol

윤리 문 : 동물과 관련된 모든 프로토콜은 Comité 드 보호 데스 Animaux 드 난 대학 라발에 의해 승인되었고, 실험 동물의 관리 및 사용 (에드 2.)에 동물 관리 안내서에 캐나다 의회에 따라 만들어졌다. 여기에 설명 된 프로토콜은 약 800g의 성인 동물에 최적화되었다. 고정액의 볼륨은 동물의 크기에 따라 조정되어야한다. Transcardiac 관류를위한 솔루션 1. 준비 다음 단계에?…

Representative Results

이 섹션에서는 화학적으로 3 %의 아크롤레인의 혼합물을 4 % PFA로 고정 면역 염색 영장류 뇌 조직, 송신 EM 수준에서 관찰 다음 얻어진 대표적인 결과를 제시한다. 비교적 그대로 수초 이중 막 (도 2A)의 깔끔한 시각화로 나타낸 바와 같이 우리는 미세 구조의 양호한 보존을 달성했다. 미세 환경에서의 연결 요소와 더불어 시냅스 접촉이 용이하게 (도 2b)에</…

Discussion

본 문서에서는, 비 – 인간 영장류 및 EM 샘플 시험에 적합한 사전 매립의 면역 조직 화학 (rongeur)로하는 ​​신뢰성 프로토콜을 제시한다. 같은 CEMOVIS 전형적인 냉동-EM은, 뇌의 미세 구조의 좋은 보존을 제공하지만, 그것은 또한 면역 조직 화학 (12)의 사용을 제한합니다. 극저온 대체 및 Tokuyaso 기술을 포함한 다른 기술, 면역 조직 화학을 매립 후 허용하지만, 이러한 기술로 인해 과…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

본 연구는 자연 과학 및 (MP에 NSERC, 401848-2011) 캐나다의 공학 연구위원회에 의해 지원되었다. MP는 퐁 드 공들인 퀘벡 – 상테 (FRQ-S)에서 경력 상을 받았다. LE는 FRQ-S (FRQ-S 29,441 14D) 박사로부터 수신자의 교제이었다. 우리는 기술 지원을 마리 Josée Wallman 감사합니다.

Materials

Dibasic anhydrous sodium phosphate (Na2HPO4) Fisher scientific S374-500
Monobasic monohydrate sodium phosphate (NaH2PO4.H2O) EM Science SX0710-1
Sodium chloride (NaCl) Fisher scientific S271-3
Hydroxymethyl aminomethane (THAM) Fisher scientific T370-500
HCl  EMD HX0603-3 1N dilution. Product is corrosive. Use with appropriate potection.
NaOH EMD SX0590-1 5N dilution. Product is corrosive. Use with appropriate protection.
Paraformaldehyde Sigma P6148 4% dilution. Product is highly volatile in its powder form and highly toxic. Use with caution under a venting hood with appropriate protection.
Acrolein (90%) sigma 110221 3% dilution. Product is highly toxic. Use under a venting hood with appropriate protection.
Autopsy venting table Mopec CE400
Electronic perfusion pump cole parmer masterflex L/S 7523-90
Needle (perfusion) terumo  NN-1838R 18G 1 1/2
Needle terumo  NN-2713R 21G 1/2
Ketamine 20 mg/kg
Xylazine 4 mg/kg
Acepromazine 0.5 mg/kg
Scalpel
Scalpel blades Feather           lance 201011           J9913 No.22 for surgery and    No. 11 for EM
Surgical scissors
Rongeurs
Vibratome Leica VT 1200S Calibrate blade before each use, when the device allows it
Vibratome razor blade Gillette GIN 642107
Glycerol Fisher scientific G33-4 30% dilution
Ethylene glycol Fisher scientific E178-4 30% dilution
Sodium borohydride (NaBH4) sigma S-9125
Normal horse serum Jackson immunoResearch Laboratories 008-000-121 2% dilution
Cold-fish gelatin Aurion 900.033 0.5% dilution. Original product is concentrated at 40%
Primary antibody, SERT Santa Cruz biotechnology SC-1458 1/500 dilution
Primary antibody, ChAT Chemicon (Millipore) AB144P 1/25 dilution
Primary antibody, TH ImmunoStar 22941 1/1000 dilution
Biotinylated secondary antibody, goat Vector laboratories BA-9500 1/1000 dilution
Biotinylated secondary antibody, mouse Vector laboratories BA-2000 1/1000 dilution
Vectastain elite ABC kit Vector laboratories PK6100 8.8 µL/mL of A and B each
3'3 diaminobenzidine (DAB) Sigma D5637 0,05% dilution. Product is highly volatile in its powder form and toxic. Do not throw waste in the sink.
Peroxide (H2O2) 30% Fisher scientific H-323 0,005% dilution
Osmium tetroxide (OsO4) Electron microscopic science 2% 19152           4% 19150              Original solution can be either 2% ou 4%. Keep attention to which one is used to calculate the final 1% dilution. Product is very sensitive to light. Osmium is highly toxic. Use only under a venting hood with appropriate protection.
Durcupan water-repellent epoxy resin sigma A: M epoxy resin (44611)                B: hardener 964 (44612)                C: accelerator 960 (DY 060)  (44613)               D: plasticizer (44614)  Polymerize 48h at 58 °C before throwing in waste.
Alumium cups Electron microscopic science 70048-01
Ethanol commercial alcohols 1019C Dilute in distilled water with appropriate concentration
Propylene oxide Electron microscopic science 20401 Organic solvent. Highly volatile and toxic. Use under a venting hood.
Non-coated medium glass slides brain research laboratories 3875-FR Grease surface with mineral oil
Plastic film (Aclar embedding film) Electron microscopic science 50425-25 Grease surface with mineral oil
Ultramicrotome Leica UC7 EM UC7
Diamond trimming tool (ultratrim) Diatome  UT 1081 Can use glass knife alternatively
Ultra 45° Diatome Diamond knife Diatome  MC13437 equipped with a boat
Xylenes Fisher scientific X5SK-4
150-mesh copper grids Electron microscopic science G150-cu
grid-box Electron microscopic science 71138 Can store up to 100 grids
Sodium citrate Anachemia 81983
Lead nitrate sigma L-6258 Make a stock solution of lead citrate made of 1.33 g of lead nitrate and 1.76g of sodium citrate diluted in 42 mL of pre-boiled and cooled distilled water to which 8 mL of 1N NaOH are added after the conversion from lead nitrate to lead citrate is complete. pH should be approximately 12. Store solution in a hermetic plastic bottle and protect from light.
Syringe terumo  SS-05L 5 mL
Syringe filter corning 431222 0.2 µm
Absorbing paper (bibulous paper) Electron microscopic science 70086-1
Parafilm Laboratory film PM-999
Mineral oil Sigma M5904
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References

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Keywords: Non-human PrimatePre-embedding ImmunohistochemistryElectron MicroscopyAcrolein FixationSodium BorohydrideNormal SerumCold Fish GelatinPrimary AntibodySecondary AntibodyAvidin-biotin-peroxidase33′-DiaminobenzidineHydrogen PeroxideOsmium Tetroxide
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Eid, L., Parent, M. Preparation of Non-human Primate Brain Tissue for Pre-embedding Immunohistochemistry and Electron Microscopy. J. Vis. Exp. (122), e55397, doi:10.3791/55397 (2017).
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