Implantação de uma janela craniana para imagem repetida em vivo em ratos acordados
Summary
Apresentado aqui é um protocolo para a implantação de uma janela craniana crônica para a imagem longitudinal de células cerebrais em camundongos acordados e com a cabeça.
Abstract
Para entender completamente a fisiologia celular dos neurônios e da glia no comportamento dos animais, é necessário visualizar sua morfologia e registrar sua atividade in vivo no comportamento de camundongos. Este artigo descreve um método para a implantação de uma janela craniana crônica para permitir a imagem longitudinal de células cerebrais em camundongos acordados e com a cabeça. Em combinação com estratégias genéticas e injeções virais, é possível rotular células específicas e regiões de interesse com marcadores estruturais ou fisiológicos. Este protocolo demonstra como combinar injeções virais para rotular neurônios nas proximidades de astrócitos que expressam GCaMP6 no córtex para imagens simultâneas de ambas as células através de uma janela craniana. Imagens multifoton das mesmas células podem ser realizadas por dias, semanas ou meses acordados, comportando animais. Essa abordagem fornece aos pesquisadores um método para visualizar a dinâmica celular em tempo real e pode ser aplicada para responder a uma série de perguntas em neurociência.
Introduction
A capacidade de realizar microscopia de fluorescência in vivo multifotônio no córtex dos camundongos é primordial para o estudo da sinalização celular e estrutura 1,2,3,4,5,6,7,8,9, patologia da doença 10,11, e desenvolvimento celular12,13 . Com a implantação de janelas cranianas crônicas, é possível imagens longitudinais, permitindo imagens repetidas de áreas corticais por dias, semanas ou meses13,14 em animais vivos. A microscopia multifotônio é ideal para imagens in vivo, repetidas devido à melhor sondagem de profundidade e fotodamagem reduzida associada ao laser infravermelho utilizado. Isso permite o estudo da dinâmica molecular e celular de células específicas em várias regiões corticais.
A microscopia multifotal tem sido utilizada para imagens in vivo de células neuronais e gliais em camundongos 15,16,17,18,19,20. Várias estratégias podem ser implementadas para rotular determinados tipos de células e áreas de interesse. Uma abordagem comum é conduzir a expressão de proteínas fluorescentes geneticamente codificadas de forma específica das células usando o sistema de recombinação Cre-Lox. Isso pode ser realizado com camundongos geneticamente modificados, por exemplo, cruzando o tdTomato “floxed” mouse (Ai14) com um mouse expressando Cre-recombinase sob um promotor de interesse21. Alternativamente, a rotulagem específica de células e locais pode ser alcançada com injeções virais. Aqui, um vírus codificando Cre recombinase sob um promotor específico de células e um vírus codificando um gene de interesse floxed são injetados em uma região definida. Os tipos de células apropriados que recebem ambos os vetores virais expressarão os gene(s” desejados. Esses genes podem ser marcadores estruturais, como o tdTomato, para ver mudanças na morfologia celular22 ou indicadores de cálcio geneticamente codificados (GECIs), como GCaMP e/ou RCaMP, para examinar a dinâmica do cálcio23. Métodos de recombinação genética podem ser aplicados individualmente ou em combinação para rotular um ou mais tipos de células. Uma terceira abordagem, não exigindo camundongos transgênicos ou construtos virais (que têm capacidade limitada de embalagem), está na eletroporação uterótera de construçõesde DNA 24. Dependendo do tempo da eletroporação, diferentes tipos de células podem ser direcionados 25,26,27.
Ao realizar imagens multifoton, os ratos podem ser visualizados enquanto estão acordados ou anestesiados. A imagem de ratos acordados pode ser realizada prendendo o mouse através de uma placa de cabeçaanexada 28. Essa abordagem torna-se menos estressante ao permitir a circulação relativamente livre do animal usando métodos, como bolas de isopor de flutuação livre, apoiadas pelo ar29, esteiras flutuantes1 ou um sistema de gaiola doméstica com ar levantado por ar onde os ratos são presos por uma placa de cabeça anexada e autorizados a se mover em uma câmara aberta30. Para cada uma dessas condições de imagem, primeiro será necessário habituar os ratos à configuração de imagem. Este artigo descreve o procedimento de habitação e imagem usando um sistema de gaiola doméstica com ar.
Este protocolo descreve a implantação de uma janela craniana crônica para imagens longitudinais in vivo no córtex. Aqui, usaremos camundongos que expressam condicionalmente GCaMP6f em astrócitos para monitorar a dinâmica de sinalização de cálcio. Além disso, este artigo descreve o procedimento para injeções virais usando tdTomato como um rótulo para neurônios. Isso permite a determinação de mudanças na estrutura sináptica neuronal e/ou a disponibilidade como marcador estrutural que permite imagens repetidas do mesmo astrócito. Ao longo do protocolo, serão destacadas etapas cruciais para garantir a melhor qualidade possível das imagens obtidas a partir da microscopia multifoton.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui, apresentamos um protocolo para a implantação de janelas cranianas crônicas para imagens in vivo de astrócitos cortical e neurônios em ratos acordados e com cabeça em uma gaiola doméstica levantada pelo ar. Exemplos específicos foram fornecidos da aplicação da janela craniana para astrócitos de imagem que expressam GECIs e estruturas sinápticas neuronais. Com o uso de microscopia multifotítica, a dinâmica de sinalização de cálcio astrócito e a dinâmica sináptica estrutural podem ser regi…
Materials
| 15o Pointed Blade | Surgistar | 6500 | Surgery Tools |
| 19 G Needles | BD | 305186 | Surgery Supply |
| AAV1-CAG-FLEX-tdTomato | Addgene | 28306-AAV1 | Viral Vector |
| AAV1-CaMKII-0-4-Cre | Addgene | 105558-AAV1 | Viral Vector |
| Acteone | Fisher Scientific | A16P4 | Reagent |
| Alcohol Prep Pads | Fisher Scientific | Covidien 5750 | Surgery Supply |
| Beveler | Narishige | Equipment | |
| Borosilicate Glass | World Precision Instruments | TW100F-4 | Surgery Supply |
| Carbide Burs | SS White Dental | 14717 | Surgery Tools |
| Carprofen (Rimadyl), 50 mg/mL | Zoetis Mylan Institutional, LLC. | Drug | |
| Compressed Air | Fisher Scientific | 23-022-523 | Surgery Supply |
| Cotton Tip Applicators | Puritan | 836-WC NO BINDER | Surgery Supply |
| Cover Glass, No. 1 thickness, 3 mm/5 mm | Warner Instruments | 64-0720, 64-0700 | Surgery Supply |
| Dental Drill | Aseptico | Equipment | |
| Dexamethasone, 4 mg/mL | Mylan Institutional, LLC. | Drug | |
| Dissecting Microscope | Nikon | Equipment | |
| Duralay Liquid (dental cement liquid) | Patterson Dental | 602-8518 | Reagent |
| Duralay Powder (dental cement powder) | Patterson Dental | 602-7932 | Reagent |
| Enrofloxacin, 2.27% | Bayer | Drug | |
| Eye Ointment | Dechra | 17033-211-38 | Surgery Supply |
| Fiber Lite High Intensity Illuminator | Dolan-Jenner Industries | Equipment | |
| Forceps (Large) | World Precision Instruments | 14099 | Surgery Tools |
| Forceps (Small) | World Precision Instruments | 501764 | Surgery Tools |
| GCaMP6f B6; 129S-Gt(ROSA)26Sortm95.1(CAGGCaMP6f)Hze/J | The Jackson Laboratory | Stock No: 024105 | Mouse line |
| Germinator | Fisher Scientific | Equipment | |
| GLAST-CreER Tg(Slc1a3-cre/ERT) 1Nat/J | The Jackson Laboratory | Stock No: 012586 | Mouse Line |
| Headplate | Neurotar | Model 1, Model 3 | Surgery Supply |
| Hemostatic forceps | World Precision Instruments | 501705 | Surgery Tools |
| Holder for 15o Pointed Blade | World Precision Instruments | 501247 | Surgery Tools |
| Holder for Scalpel Blades | World Precision Instruments | 500236 | Surgery Tools |
| Iodine Prep Pads | Avantor | 15648-926 | Surgery Supply |
| Isoflurane | Piramal | Surgery Supply | |
| Isoflurane table top system with Induction Box | Harvard Apparatus | Equipment | |
| Isoflurane Vaporizer | SurgiVet | Equipment | |
| Krazy Glue | Office Depot | KG517 | Reagent |
| Loctite 401 | Henkel | 40140 | fast-curing instant adhesive |
| Loctite 454 | Fisher Scientific | NC9194415 | cyanoacrylate adhesive gel |
| Micropipette Puller | Sutter Instruments | Equipment | |
| Multiphoton Microscope | Equipment | ||
| Nitrogen | Matheson | NI M200 | Gas |
| Oxygen | Matheson | OX M250 | Gas |
| Picospritzer | Parker | intracellular microinjection dispense system | |
| Pipette Tips | Rainin | 17014340 | Surgery Supply |
| Rodent Hair Trimmer | Wahl | Equipment | |
| Saline (0.9% Sodium Chloride) | Med Vet International | RX0.9NACL-30BAC | Surgery Supply |
| Scalpel Blades, Size 11 | Integra | 4-111 | Surgery Tools |
| Scissors | World Precision Instruments | 503667 | Surgery Tools |
| Stereotaxic Instrument | Stoelting | Equipment | |
| Sugi Sponge Strips (sponge strips) | Kettenbach Dental | 31002 | Surgery Supply |
| SURGIFOAM (gel foam) | Ethicon | 1972 | Surgery Supply |
| Syringe with 26 G Needle | BD | 309625 | Surgery Supply |
| Tamoxifen | Sigma Aldrich | T5648-1G | Reagent |
| Ti:Sapphire Laser | Coherent | Equipment | |
| Transfer Pipettes | Fisher Scientific | 13-711-9AM | Surgery Supply |
| Water Blanket | Fisher Scientific | Equipment | |
| Xylocaine MPF with Epinephrine (1:200,000), 10 mg/mL | Fresenius Kabi USA | Drug |
References
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