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小鼠脊柱淋巴和血管網(wǎng)絡(luò)的三維可視化

瀏覽次數(shù):773 發(fā)布日期:2022-12-13  來源:锘海生命科學(xué)
隨著生物醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展,越來越多的科學(xué)研究和臨床應(yīng)用,對生物組織高分辨率三維成像提出了新的需求,比如腫瘤微環(huán)境、神經(jīng)投射、脈管系統(tǒng)等生命科學(xué)的研究,都需要生物組織完整的三維結(jié)構(gòu)信息。由于生物組織不透明,傳統(tǒng)對生物組織三維成像的方法,依賴于組織切片的方式來完成,但是這種方式操作繁瑣,且成像通量低。因此,基于機(jī)械切片的技術(shù)方式越來越不能滿足當(dāng)下的研究現(xiàn)狀,隨著組織透明化技術(shù)和光片顯微成像的結(jié)合,正式打開了三維結(jié)構(gòu)可視化研究的大門。

案例分享:
以往研究脊柱淋巴網(wǎng)絡(luò)的信息很少,因?yàn)檫@些精細(xì)的結(jié)構(gòu)嵌入在椎體組織中,很難用傳統(tǒng)的組織學(xué)觀察。2019年發(fā)表在Nature communications一篇題為“Anatomy and function of the vertebral column lymphatic network in mice”的文章成功探究了小鼠脊柱淋巴網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能。在文章中,作者首先通過對脊柱節(jié)段采用iDISCO+方法進(jìn)行免疫染色及透明化,結(jié)合一定的脫鈣處理,并利用光片熒光顯微鏡進(jìn)行成像,發(fā)現(xiàn)脊柱椎管內(nèi)有廣泛而復(fù)雜的淋巴管系統(tǒng)。
原文Fig.2經(jīng)PROX1抗體染色的透明化胸椎,展示脊柱淋巴管系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)。

原文Fig.8 采用LYVE1(綠色)和CD45(紫色)抗體對透明化后的頸椎節(jié)段進(jìn)行雙標(biāo)記,表明脊髓淋巴管與免疫細(xì)胞的相互作用。

原文Fig.S1透明化胸椎的淋巴和血管系統(tǒng)。a、b透明化的胸椎節(jié)段進(jìn)行PROX1(白色)/LYVE1(紅色)雙染色以識別淋巴管。c-h用LYVE1(綠色)和Podocalyxin(紫色)雙標(biāo)記以識別血管。
總之,組織透明化及3D成像技術(shù)可通過保留脊柱解剖結(jié)構(gòu)和脈管系統(tǒng)三維連續(xù)性來描述淋巴、血管系統(tǒng)。

透明化染色方法流程
文章使用了Renier及其同事開發(fā)的一種透明化方案,該方案基于甲醇脫水,并稱為對溶劑透明化的器官進(jìn)行免疫標(biāo)記的三維成像(iDISCO+, http://www.idisco.info )。梯度增加的甲醇濃度會導(dǎo)致適度的組織收縮(約10%),以及組織的“透明度”增加:
  1. 經(jīng)過固定的樣品分別在20、4060、80100% 甲醇/PBS中逐步脫水1h。
  2. 然后將其在33%甲醇/66%二氯甲烷(DCM)的溶液中孵育過夜。
  3. 100%甲醇洗滌2 × 1 h后,樣品用5% H2O2甲醇(1 vol 30% H2O2/5 vol甲醇)在4℃漂白過夜。
  4. 漂白后,樣品分別在8060、4020%甲醇、PBS中再水化1 h。
  5. 為了透明化脊柱,文章中添加了一個(gè)使用莫爾斯溶液的脫鈣步驟,在室溫下孵育30分鐘。使用莫爾斯溶液(1/1檸檬酸鈉和45%甲酸)的弱酸處理可以有效地對組織脫鈣,同時(shí)保留其結(jié)構(gòu)。
  6. PBS快速洗滌樣品,然后在PTx2 PBS/0.2% Triton X-100)中孵育2 × 1 h。在這一步后,對樣本進(jìn)行免疫染色處理。
  7. 樣本在PBS/0.2% Triton X-100/20% DMSO/0.3 M甘氨酸中,37℃孵育24 h。
  8. 然后在PBS/0.2% Triton X-100/10% DMSO/6%驢血清中,37℃封閉24 h。
  9. 樣品在PTwH PBS/0.2%吐溫-2010 mg/ml肝素)/5% DMSO/3%驢血清的一抗稀釋液中,37℃孵育6天。
  10. 樣本在PTwH中洗滌5次直至次日。
  11. 然后在PTwH/3%驢血清二抗體稀釋中,37℃孵育4天。
  12. 最后在PTwH中洗滌5次直至次日。
  13. 然后將樣本在33%/DCM 66%甲醇溶液中孵育過夜。
  14. 隨后在100% DCM中孵育2 × 15 min以洗滌甲醇。
  15. 最后,樣品在二芐醚(DBE)中孵育,直到透明化(約4 h),即可成像。

參考文獻(xiàn):

Jacob L, Boisserand LSB, Geraldo LHM, et al. Anatomy and function of the vertebral column lymphatic network in mice. Nat Commun. 2019;10(1):4594.

Renier N, et al. iDISCO: a simple, rapid method to immunolabel large tissue samples for volume imaging. Cell. 2014;159:896–910.

Morse A. Formic acid-sodium citrate decalcification and butyl alcohol dehydration of teeth and bones for sectioning in paraffin. J. Dent. Res. 1945;24:143–153.

Shibata Y, Fujita S, Takahashi H, Yamaguchi A, Koji T. Assessment of decalcifying protocols for detection of specific RNA by non-radioactive in situ hybridization in calcified tissues. Histochem. Cell Biol. 2000;113:153–159.

González-Chávez SA, Pacheco-Tena C, Macías-Vázquez CE, Luévano-Flores E. Assessment of different decalcifying protocols on Osteopontin and Osteocalcin immunostaining in whole bone specimens of arthritis rat model by confocal immunofluorescence. Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2013;6:1972–1983.

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