우리는 비디오 편집에서 자신의 도움을 야곱이 솔리스 감사드립니다. 이 작품은 MJ Levene에 NSF 경력 수상 DBI-0953902이 부분에 자금을 지원했다.

1. 동물 재관류 5 전체 마우스 뇌 정산 <ol><li> 프로 시저의 전체 길이는 탈수 단계 당 사용 시간의 길이에 따라 달라질 수 있지만, 총 전체 과정은 두 개의 일 실시 할 수 있습니다. </li><li> YFP 마우스 무게 그리고 깊이 케타민 / xylazine (100 밀리그램 / kg : 10 밀리그램 / kg)의 intraperitoneal 주사로 마취. </li><li> 수술하기 전에 깊은 마취의 수술 비행기를 확인합니다. 동물에게이 회사의 발가락이나 꼬리 핀치에 반응하는지 확인하기 위해 매 5 분을 확인합니다. 동물이 반응하면 케타민 / xylazine의 보충 복용 (원본 용량의 1 / 3)가 필요합니다. </li><li> 일단 깊이 anesthetized, 마우스가 수술의 가슴 노출, 위로 향한 위치 (등쪽 recumbancy)에 있도록 실험실 테이프를 사용하여 수술 침대에 각 다리를 준수하여 마우스를 억제. 수술 침대는 보통 금속이나 플라스틱 메쉬 만든 및 세면대로 또는 입술 - 팬의 상단에 배치됩니다 있도록 혈액 및 정착액폐기물은 쉽게 수집 할 수 있습니다. </li><li> 시작하려면 xyphoid 과정 아래 절개를합니다. 가위와 핀셋을 사용하여 갈비의 기본을 따라 잘라 컷이 완료로 피부를 뒤로 빼는거야. 마우스 가슴의 양쪽 두명 인하 (갈비까지) 심장이 노출 떠날 hemostat를 사용하여 흉강에서 떨어져 개최되는 조직의 플랩을 만들 할 수 있습니다. </li><li> 심장의 왼쪽 심실에 23g 바늘을 삽입하고 혈액이 탈출 할 수 있도록 오른쪽 심방의 근육 벽의 작은 절개를합니다. 이 절차의 동영상 기사 2497을 주피터를 참조하십시오 5. </li><li> 오른쪽 심방이 절단 후 즉시, 4 재관류를 시작 ° C 피가 더 이상 심장의 우심방 (30에서 에너지가 관찰되지 때까지 인산염은 PBS (산도 7.2) 생리 버퍼 - 약 5의 비율로 40 ML ML / 분). </li><li> 일단 모든 혈액 (오른쪽 아트리움을 종료 유체가 분명하다) 배수되었습니다 차가운 4 % 재관류 매체를 전환PFA 솔루션입니다. 마우스의 몸 터치 (- 5 ML / 분의 속도로 40 ML 약 30)에 띄게 강성과 차가운 될 때까지 Perfuse. (농축 16% PFA 솔루션은 제조업체의 지침 및 산도 7.2에 도달 할 때까지 NaOH를 추가에 따라 희석된다. 장갑과 실험실 코트를 입고 연기 후드 내부의 화학 물질을 처리하고 섞는다.) </li><li> 재관류 후 수술 침대에서 마우스를 제거하고 뇌의 절단을 시작하는 목을 베다. </li><li> 포셉 및 홍채 가위 사용하여 두개골의 뒷면에서 시작하여 앞으로 이동 작은 섹션에 두개골을 제거합니다. 조심스럽게 작은 부분에 뇌에서 떨어져 뼈를 뽑아 포셉를 사용하는 동안 머리에서 가위로 4mm - 작은 상처 매 2을 만듭니다. 뇌의 전체 상단 표면이 노출 될 때까지이 작업을 수행합니다. </li><li> 소비세 유리관에 5 폭 mm, 평면 주걱과 장소를 사용하여 두개골에서 뇌. 포스트 고정 4 6 시간에 4% PFA ° C에서 잠수. </li><li> 게시 한 후고정, 유리 약병의 PFA를 주입하고 PBS로 교체하여 방 온도 PBS에 두 번 뇌를 씻어. 쏟아 및 제 세척을 위해 PBS로 교체하기 전에 PBS 솔루션의 소용돌이 뇌합니다. </li><li> 등급 부화 당 2 시간의 에탄올 incubations의 시리즈 (한 번에 50 %, 70 %, 95 %, 그리고 두 번이나 100 %), 후 두 번째 100 % 에탄올 보육 12 시간으로 실온에서 뇌를 탈수,에 고정 조직에서 물을 압축을 풉니 다. 각 부화를 들어, 유리관에서 이전 에탄올 솔루션을 쏟아과 뇌가 완전히 침수 될 때까지 이후의 솔루션으로 대체. </li><li> 100 % 에탄올에서 두 번째로 부화 후 솔루션을 쏟아과 같은 부품 에탄올과 벤질 알코올 및 벤질 벤조산을 (1시 2분 권 : 권 비율)이 포함 된 개간 솔루션으로 교체하십시오. 부화, 가만히 따르다이 솔루션의 2 시간 후와 벤질 알코올 및 벤질 벤조산 (1시 2분 권 : 권 비율)의 100 % 솔루션으로 교체하십시오. refra개간 솔루션의 ctive 인덱스는 N = 1.54입니다. </li><li> 일단 BABB에, 뇌는 4 안에 현저하게 투명한 될 것입니다 - 5 시간. 가장 소요되는 결과를 얻으려면 밝은 빛으로부터 차폐하는 동안 뇌는 실온에서 6 일간을 취소 둡니다. </li></ol> 2. 현미경 설정 <ol><li> 뇌 이미징을 허가 준비되면, 페트리 접시의 바닥에 부착은 시아 노 아세틸렌 사용합니다. 접착제 계속하기 전에 건조하도록 허용합니다. </li><li> 건조 후, 잠수함 BABB의 뇌를 및 이미징을위한 현미경 대물 아래의 페트리 접시를 놓습니다. </li><li> 우리는 990 나노 미터 여기 파장에 대한 710 nm의 사이에 조절 마이 타이 티타늄 사파이어 레이저를 통합 multiphoton 현미경을 사용합니다. 우리가 YFP 신호를 생성 할 때 사용하는 여기 파장은 886 nm의 것입니다. 레이저 전력은 30 일부터 다릅니다 - 100 MW는 영상의 깊이에 따라 다릅니다. </li><li> 대형을 허용 니콘 5 배 목표 (NA, 0.5)를 사용하여 반사 형광 신호를 캡처뷰 필드 영상 (2 X 2mm). </li><li> 50분의 535 대역 통과 필터를 사용하여 반사 형광 신호를 필터링하고 GaAsP PMT (H7422PA-40, 하마 마츠, 브리지 워터, 뉴저지)를 사용하여 수집합니다. </li><li> 높은 해상도, YFP 이미지를 생성하는 2 밀리 초 당 라인의 스캔 속도를 사용하여 2048 X 2048 픽셀의 해상도로 ScanImage 소프트웨어 6을 사용하여 프로세스 이미지를 표시합니다. </li><li> 일단 이미지가 완료되면 미래의 이미징을위한 빛으로부터 차폐 포셉 및 BABB에 저장을 사용하여 페트리 접시에서 뇌를 제거합니다. 접착 샘플의 경우, 30도보다 더 큰 각도로 접착제와 페트리 접시 사이에 면도날을 실행하여 조직을 제거합니다. 우리는 눈에 띄는 저하와 함께 1 년에 BABB에서 샘플을 저장합니다. </li></ol> 3. 대표 결과 여기에 표시 대표 이미지 및 동영상은 광학 삭제하여 가능하게 고해상도 multiphoton 이미징 기능을 보여줍니다. 전체 뇌 영상이 있습니다YFP - 표시 해마와 피질의 다른 레이어의 뉴런이 조직 표면 아래 2mm로 깊이로 명확하게 볼 수 있습니다. 그림 1의 해마의 해부학 적 기능에 해당하는 코로나보기의 대표 이미지 꼬리 2.92 mm에서 보여줍니다 bregma 7. 예제에서 이미지의 깊이가 1.94 mm이었다. 이 차이의 일부는 뇌의 꼬리 끝에있는 소뇌의 제거로 인해이고 잔액은 탈수 과정에서 수축으로 인해했다. 스택에서 다른 이미지는 조직 표면 (그림 2) 아래에 YFP 2mm을 표현 네크로의 레이어 V / VI 피라미드 뉴런을 보여줍니다. 모든 이미지는 니콘 5 배 객관적이고 배율이 ScanImage 소프트웨어에서 이미지 수집을 위해 디지털 줌 기능을 사용하여 이루어졌다 이용하여 획득 하였다. 네크로의 확대함으로써, 네크로의 레이어 V의 피라미드 뉴런의 개별 axons과 신경 세포 기관은 명확하다지적인 조직의 표면 아래에 1.02 mm (그림 3)까지 구별. 그림 3에서 이미지 스택을 사용하여 뉴런 지역의 3D 복원이 ImageJ 소프트웨어 8 (그림 4)를 사용하여 만들어졌습니다. MPM의 고해상도 기능은 우리 전체, 개별 뉴런의 이미지를 제공 할 수 있습니다. 여기 개별 수지상 프로세스가 명확하게 볼 수 있습니다하는 네크로 (그림 5)의 레이어 V 피라미드의 신경 세포의 재건을 보여줍니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/3848/3848fig1.jpg" /> 그림 1 1.2 mm 이미지 스택에서 대표 이미지 (0.8 - 조직의 표면 아래 2mm). 네크로와 해마의 다른 층을 보여주는 전체 마우스 뇌의. 해마의 특징은 조직의 표면 아래에 1.1 mm 볼 수 있으며 후속를 사용하여 라벨이되었습니다ING 번호 :. DG = 이가있는 이랑, DG의 = 세분화 된 계층을 GrDG, Lmol = lacunosum moleculare 층, 몰 = 분자 층 DG, 또는 = oriens 층, PoDG = polymorph 층 DG, 평 = 피라미드 세포 층, RAD = 지층 radiatum 7 이미지가 1.8 X 1.8 mm의 크기, 규모 바 = 200 μm이다. 뇌의 뱃 부리 장식이있는 끝은 목표를 향해까지 직면하고있는 꼬리 끝 페트리 접시에 부착되었다. 이 코로나 비행기에 이미지를 촉진. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/3848/3848fig2.jpg" /> 그림 2 1.2 mm 이미지 스택에서 대표 프레임 (0.8 - 조직의 표면 아래 2mm). 네크로을 강조 전체 마우스 뇌의. 피질의 레이어 V / VI에 YFP을 표현 피라미드 세포와 프로세스는 조직의 표면 아래에 보이는 2mm 있습니다. 라벨의 정도는 네크로의 희박한 라벨의 이전 보고서와 일치한다. 삽입 9 (오른쪽) B에서 확대됩니다<html> 왼쪽에 oxed 공간이 마련되어 있습니다. 이미지 크기가 1.8 X 1.8 mm이며, 규모의 바 = 200 μm (50 μm 삽입). <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/3848/3848fig3.jpg" /> 그림 3. 대표 프레임 뇌의 네크로의 레이어 V 피라미드 뉴런의 이미지 스택에서 조직의 표면 아래에 774 μm를 취. 스택 700 μm에서 조직의 표면 아래 1,020 μm로 이동합니다. 8X 디지털 줌은 이러한 고급 프로세스와 같은 세부 정보를 캡처하는 데 사용되었다. 이미지의 크기는 225 x 225 크기 μm, 스케일 바 = 20 μm이다. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/3848/3848fig4.jpg" /> 그림 4. 그림 3에서 이미지 스택의 3D 재건의 대표 이미지 (225 x 225 크기 X 320 μm). 이미지의 크기는 225 x 225 크기 μm, 스케일 바 = 28 μm이다. S &quot;&gt; <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/3848/3848fig5.jpg" /> 그림 5. 10X 디지털 줌을 사용하여 네크로의 레이어 V 피라미드의 신경 세포의 고해상도 복원 이미지입니다. 뉴런의 길이, 스케일 바 = 25 μm에서 485 μm를 측정합니다. 각 이미지 타일에 대한 시야는 180 μm X 180 μm이다. 각 타일은 서로 다른 깊이 (Z-레벨)에 있습니다. 대뇌 피질의 꼭대기 수석이 일반적으로 명시 적 YFP뿐만 아니라 소마에서하지 않습니다. 여기에 도시 된 바와 같이, 전원이 소마의 채도를 최소화하기 위해었다,보기 같은 분야에서 모두가한다이 미세 공정 모양의 주차를합니다. 여기에 우리의 강조보다는 세부 사항보다 뷰 필드를 시연 있었다. 미세한 세부 정보를 공개하려면, 소마없이 지역에 초점을, 디지털 줌을 사용하고, 레이저 파워를 향상시킬 수 있습니다.

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	<li>Parra, S. G., Chia, T. H., Zinter, J. P., Levene, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiphoton+microscopy+of+cleared+mouse+organs.">Multiphoton microscopy of cleared mouse organs.</a> J. Biomed. Opt. 15, 036017 (2010).</li><li>Vesuna, S., Torres, R., Levene, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiphoton+fluorescence,+second+harmonic+generation,+and+fluorescence+lifetime+imaging+of+whole+cleared+mouse+organs.">Multiphoton fluorescence, second harmonic generation, and fluorescence lifetime imaging of whole cleared mouse organs.</a> J. Biomed. Opt. 16, 106009 (2011).</li><li>Zucker, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole+insect+and+mammalian+embryo+imaging+with+confocal+microscopy:+Morphology+and+apoptosis.">Whole insect and mammalian embryo imaging with confocal microscopy: Morphology and apoptosis.</a> Cytometry. A69, 1143-1152 (2006).</li><li>Sakhalkar, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+imaging+in+bulk+tissue+specimens+using+optical+emission+tomography:+Fluorescence+preservation+during+optical+clearing.">Functional imaging in bulk tissue specimens using optical emission tomography: Fluorescence preservation during optical clearing.</a> Phys. Med. Biol. 52, 2035-2054 (2007).</li><li>Dazai, J., Spring, S., Cahill, L. S., Henkelman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple-mouse+Neuroanatomical+Magnetic+Resonance+Imaging.">Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging.</a> J. Vis. Exp. (48), e2497 (2011).</li><li>Pologruto, T. A., Sabatini, B. L., Svoboda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ScanImage:+flexible+software+for+operating+laser+scanning+microscopes.">ScanImage: flexible software for operating laser scanning microscopes.</a> Biomed. Eng. Online. 2, (2003).</li><li>Paxinos, G., Franklin, K. B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates. , (2001).</li><li>Abramoff, M. D., Magelhaes, P. J., Ram, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image+Processing+with+ImageJ.">Image Processing with ImageJ.</a> Biophotonics International. 11, 36-42 (2004).</li><li>Feng, G., Mellor, R. H., Bernstein, M., Keller-Peck, C., Nguyen, Q. T., Wallace, M., Nerbonne, J. M., Lichtman, J. W., Sanes, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+Neuronal+Subsets+in+Transgenic+Mice+Expressing+Multiple+Spectral+Variants+of+GFP.">Imaging Neuronal Subsets in Transgenic Mice Expressing Multiple Spectral Variants of GFP.</a> Neuron. 28, 41-51 (2000).</li><li>Hama, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scale:+a+chemical+approach+for+fluorescence+imaging+and+reconstruction+of+transparent+mouse+brain.">Scale: a chemical approach for fluorescence imaging and reconstruction of transparent mouse brain.</a> Nat. Neuro. 14, 1481-1488 (2011).</li></ol>

동물 실험은 예일 대학의 기관 동물 관리 및 사용위원회에 의해 명시된 지침과 규정에 따라 수행되었다.

표준 유기 염료는 유기 용제의 범위와 호환되는, 따라서 프로토콜을 삭제하기위한 특정 과제를 포즈를하지 않는 반면, 형광 단백질은 용매에 자주 변화를 덜 관대합니다. 현재 작업의 4 목표는의 심각한 한계를 극복하는 것이 었습니다 XFPs의 형광이 분실 또는 심각하게 저하 된 이전 광학 소요되는 프로토콜. 여기에 표시되는 이미지가 YFP의 형광을 보존되었다고 보여줍니다. 여기에 설명 ...

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 코멘트 </td></tr><tr><td> 인산염은 식염 버퍼 </td><td> 시그마 - 알드리치 주식회사 </td><td> D8537 </td><td> 500 ML, pH를 7.2 </td></tr><tr><td> Paraformaldehyde </td><td> 전자 현미경 과학 </td><td> 15,710 </td><td> 10 × 10 ML, 16 %의 paraformaldehyde </td></tr><tr><td> 에틸 알코올 </td><td> Bioanalytical 미국 </td><td> AB00515-00500 </td><td> 500 ML, 200 증명 </td></tr><tr><td> 에틸 알코올 </td><td> Pharmco 제품, 주식회사 </td><td> 111000190 </td><td> 한 여자., 190 증명 </td></tr><tr><td> 벤질 알코올 </td><td> 시그마 - 알드리치 주식회사 </td><td> 402834 </td><td> 500 ML 99 + % </td></tr><tr><td> 벤질 벤조산 </td><td> 시그마 - 알드리치 주식회사 </td><td> B6630-IL </td><td> 500 ML, ≥ 99% </td></tr><tr><td> 5X/0.5 NA 목표 </td><td> 니콘 </td><td> 5 배 AZ 계획 밀가루 </td><td> 15 WD </td></tr></tbody></table>

multiphoton microscopy of cleared mouse brain expressing yfp

전체 마우스 기관의 고유 형광와 두 번째 고조파 세대 (SHG)의 Multiphoton 현미경은 광학 이미징 전에 장기를 삭제하여 가능하게됩니다. 1,2 그러나, GFP 및 YFP 등의 형광 단백질을 포함 기관, 메탄올을 사용하는 광학 소요되는 프로토콜 벤질 알코올 사용 탈수와 투명 : 빛 3에서 보호하면서 벤질 벤조산 (BABB)는 형광 신호를 보존하지 않습니다. 여기에 제시된 프로토콜은 뉴런으로 표현 YFP의 형광 신호를 유지하면서 마우스 뇌에 전체 기관이 광학 개간을 수행 할 수있는 새로운 방법입니다. 기관은 형광 단백질에 손상을 줄이고 multiphoton 이미징 대한 형광 신호를 보존하는 것으로 확인되었습니다 에탄올 등급 시리즈를 사용하여 건조하다고 등의 광학 소요되는 프로토콜을 변경. 4 에탄올 기반의 탈수와 광학 소요의 최적화 방법을 사용하고 BABB에 의해 삭제빛으로부터 차폐하는 동안, 우리는 조직의 표면 아래 2mm 이상 마우스 뇌의 뉴런에 노란색 형광 단백질 (YFP) 표현의 고해상도 multiphoton 이미지를 보여줍니다.

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Multiphoton Microscopy of Cleared Mouse Brain Expressing YFP

전체 마우스 기관의 Multiphoton 현미경은 광학 이미징 전에 장기를 삭제하면 가능하지만, 모든 프로토콜은 형광 단백질의 형광 신호를 보존 할 수 있습니다. 에탄올 기반의 탈수 및 벤질 알코올 광학 개간 방법 사용 : 벤질 벤조산의 개간을, 우리는 전체 마우스 두뇌가 YFP을 표현의 고해상도 multiphoton 이미지를 보여줍니다.

YFP를 표현 잡습니다 마우스 뇌의 Multiphoton 현미경

Multiphoton microscopy of intrinsic fluorescence and second harmonic generation (SHG) of whole mouse organs is made possible by optically clearing the ...

multiphoton-microscopy-of-cleared-mouse-brain-expressing-yfp

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

13.8K 조회수.  Yale University. 전체 마우스 기관의 Multiphoton 현미경은 광학 이미징 전에 장기를 삭제하면 가능하지만, 모든 프로토콜은 형광 단백질의 형광 신호를 보존 할 수 있습니다. 에탄올 기반의 탈수 및 벤질 알코올 광학 개간 방법 사용 : 벤질 벤조산의 개간을, 우리는 전체 마우스 두뇌가 YFP을 표현의 고해상도 multiphoton 이미지를 보여줍니다.

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Spectral Confocal Imaging of Fluorescently tagged Nicotinic Receptors in Knock-in Mice with Chronic Nicotine Administration

Ligand-gated ion channels in the central nervous system (CNS) are implicated in numerous conditions with serious medical and social consequences. For instance, addiction to nicotine via tobacco smoking is a leading cause of premature death worldwide (World Health Organization) and is likely caused by an alteration of ion channel distribution in the brain1. Chronic nicotine exposure in both rodents and humans results in increased numbers of nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) in brain tissue1-3. Similarly, alterations in the glutamatergic GluN1 or GluA1 channels have been implicated in triggering sensitization to other addictive drugs such as cocaine, amphetamines and opiates4-6.

Consequently, the ability to map and quantify distribution and expression patterns of specific ion channels is critically important to understanding the mechanisms of addiction. The study of brain region-specific effects of individual drugs was advanced by the advent of techniques such as radioactive ligands. However, the low spatial resolution of radioactive ligand binding prevents the ability to quantify ligand-gated ion channels in specific subtypes of neurons. 

Genetically encoded fluorescent reporters, such as green fluorescent protein (GFP) and its many color variants, have revolutionized the field of biology7.By genetically tagging a fluorescent reporter to an endogenous protein one can visualize proteins in vivo7-10. One advantage of fluorescently tagging proteins with a probe is the elimination of antibody use, which have issues of nonspecificity and accessibility to the target protein. We have used this strategy to fluorescently label nAChRs, which enabled the study of receptor assembly using F&ouml;rster Resonance Energy Transfer (FRET) in transfected cultured cells11.More recently, we have used the knock-in approach to engineer mice with yellow fluorescent protein tagged &alpha;4 nAChR subunits (&alpha;4YFP), enabling precise quantification of the receptor ex vivo at submicrometer resolution in CNS neurons via spectral confocal microscopy12. The targeted fluorescent knock-in mutation is incorporated in the endogenous locus and under control of its native promoter, producing normal levels of expression and regulation of the receptor when compared to untagged receptors in wildtype mice. This knock-in approach can be extended to fluorescently tag other ion channels and offers a powerful approach of visualizing and quantifying receptors in the CNS.

In this paper we describe a methodology to quantify changes in nAChR expression in specific CNS neurons after exposure to chronic nicotine. Our methods include mini-osmotic pump implantation, intracardiac perfusion fixation, imaging and analysis of fluorescently tagged nicotinic receptor subunits from &alpha;4YFP knock-in mice (Fig. 1). We have optimized the fixation technique to minimize autofluorescence from fixed brain tissue.We describe in detail our imaging methodology using a spectral confocal microscope in conjunction with a linear spectral unmixing algorithm to subtract autofluoresent signal in order to accurately obtain &alpha;4YFP fluorescence signal. Finally, we show results of chronic nicotine-induced upregulation of &alpha;4YFP receptors in the medial perforant path of the hippocampus.

We have developed a novel technique of quantifying nicotinic acetylcholine receptor changes within subcellular regions of specific subtypes of CNS neurons to better understand the mechanisms of nicotine addiction by using a combination of approaches including fluorescent protein tagging of the receptor using the knock-in approach and spectral confocal imaging.

만성 니코틴 관리와 마우스 노크 인의 Fluorescently 태그를 Nicotinic 수용체의 분광 공촛점 이미징

Ligand-gated ion channels in the central nervous system (CNS) are implicated in numerous conditions with serious medical and social consequences.  For ...

연구

신경과학

A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse Brain

In vivo imaging of cortical function requires optical access to the brain without disruption of the intracranial environment. We present a method to form a polished and reinforced thinned skull (PoRTS) window in the mouse skull that spans several millimeters in diameter and is stable for months. The skull is thinned to 10 to 15 &mu;m in thickness with a hand held drill to achieve optical clarity, and is then overlaid with cyanoacrylate glue and a cover glass to: 1) provide rigidity, 2) inhibit bone regrowth and 3) reduce light scattering from irregularities on the bone surface. Since the skull is not breached, any inflammation that could affect the process being studied is greatly reduced. Imaging depths of up to 250 &mu;m below the cortical surface can be achieved using two-photon laser scanning microscopy. This window is well suited to study cerebral blood flow and cellular function in both anesthetized and awake preparations. It further offers the opportunity to manipulate cell activity using optogenetics or to disrupt blood flow in targeted vessels by irradiation of circulating photosensitizers.

We present a method to form an imaging window in the mouse skull that spans millimeters and is stable for months without inflammation of the brain. This method is well suited for longitudinal studies of blood flow, cellular dynamics, and cell/vascular structure using two-photon microscopy.

마우스 뇌의 장기 이미징을위한 세련된와 철근 Thinned-해골 창

In vivo imaging of cortical function requires optical access to the brain without disruption of the intracranial environment. We present a method to form ...

Micron-scale Resolution Optical Tomography of Entire Mouse Brains with Confocal Light Sheet Microscopy

Understanding the architecture of mammalian brain at single-cell resolution is one of the key issues of neuroscience. However, mapping neuronal soma and projections throughout the whole brain is still challenging for imaging and data management technologies. Indeed, macroscopic volumes need to be reconstructed with high resolution and contrast in a reasonable time, producing datasets in the TeraByte range. We recently demonstrated an optical method (confocal light sheet microscopy, CLSM) capable of obtaining micron-scale reconstruction of entire mouse brains labeled with enhanced green fluorescent protein (EGFP). Combining light sheet illumination and confocal detection, CLSM allows deep imaging inside macroscopic cleared specimens with high contrast and speed. Here we describe the complete experimental pipeline to obtain comprehensive and human-readable images of entire mouse brains labeled with fluorescent proteins. The clearing and the mounting procedures are described, together with the steps to perform an optical tomography on its whole volume by acquiring many parallel adjacent stacks. We showed the usage of open-source custom-made software tools enabling stitching of the multiple stacks and multi-resolution data navigation. Finally, we illustrated some example of brain maps: the cerebellum from an L7-GFP transgenic mouse, in which all Purkinje cells are selectively labeled, and the whole brain from a thy1-GFP-M mouse, characterized by a random sparse neuronal labeling.

In this article we describe the full experimental procedure to reconstruct, with high resolution, the fine brain anatomy of fluorescently labeled mouse brains. The described protocol includes sample preparation and clearing, specimen mounting for imaging, data post-processing and multi-scale visualization.

공 초점 빛 시트 현미경 전체 마우스 두뇌의 마이크론 규모의 해상도 광학 단층 촬영

Understanding the architecture of mammalian  brain at single-cell resolution is one of the key issues of neuroscience.  However, mapping neuronal soma and ...

Acute Brain Trauma in Mice Followed By Longitudinal Two-photon Imaging

Although acute brain trauma often results from head damage in different accidents and affects a substantial fraction of the population, there is no effective treatment for it yet. Limitations of currently used animal models impede understanding of the pathology mechanism. Multiphoton microscopy allows studying cells and tissues within intact animal brains longitudinally under physiological and pathological conditions. Here, we describe two models of acute brain injury studied by means of two-photon imaging of brain cell behavior under posttraumatic conditions. A selected brain region is injured with a sharp needle to produce a trauma of a controlled width and depth in the brain parenchyma. Our method uses stereotaxic prick with a syringe needle, which can be combined with simultaneous drug application. We propose that this method can be used as an advanced tool to study cellular mechanisms of pathophysiological consequences of acute trauma in mammalian brain in vivo. In this video, we combine acute brain injury with two preparations: cranial window and skull thinning. We also discuss advantages and limitations of both preparations for multisession imaging of brain regeneration after trauma.

Acute brain trauma is a severe injury that has no adequate treatment to date. Multiphoton microscopy allows studying longitudinally the process of acute brain trauma development and probing therapeutical strategies in rodents. Two models of acute brain trauma studied with in vivo two-photon imaging of brain are demonstrated in this protocol.

세로 두 광자 이미징 다음 마우스의 급성 뇌 외상

Although acute brain trauma often results from head damage in different accidents and affects a substantial fraction of the population, there is no ...

의학

Simultaneous Two-photon In Vivo Imaging of Synaptic Inputs and Postsynaptic Targets in the Mouse Retrosplenial Cortex

This video shows the craniotomy procedure that allows chronic imaging of neurons in the mouse retrosplenial cortex (RSC) using in vivo two-photon microscopy in Thy1-GFP transgenic mouse line. This approach creates a possibility to investigate the correlation of behavioural manipulations with changes in neuronal morphology in vivo.
The cranial window implantation procedure was considered to be limited only to the easily accessible cortex regions such as the barrel field. Our approach allows visualization of neurons in the highly vascularized RSC. RSC is an important element of the brain circuit responsible for spatial memory, previously deemed to be problematic for in vivo two-photon imaging.
The cranial window implantation over the RSC is combined with an injection of mCherry-expressing recombinant adeno-associated virus (rAAVmCherry) into the dorsal hippocampus. The expressed mCherry spreads out to axonal projections from the hippocampus to RSC, enabling the visualization of changes in both presynaptic axonal boutons and postsynaptic dendritic spines in the cortex. 
This technique allows long-term monitoring of experience-dependent structural plasticity in RSC.

Simultaneous Two-photon In Vivo Imaging of Synaptic Inputs and Postsynaptic Targets in the Mouse Retrosplenial Cortex

This video shows the craniotomy procedure that allows chronic imaging of neurons in mouse retrosplenial cortex using in vivo two photon microscopy in Thy1-GFP transgenic line. This approach is combined with injection of mCherry-expressing adeno-associated virus into dorsal hippocampus. These techniques allow long-term monitoring of experience-dependent structural plasticity in RSC.

동시에 두 광자<em&gt; 생체</em&gt; 마우스 Retrosplenial 코어 텍스에서 시냅틱 입력의 이미징 및 시냅스 대상

This video shows the craniotomy procedure that allows chronic imaging of neurons in the mouse retrosplenial cortex (RSC) using in vivo two-photon ...

Optical Clearing of the Mouse Central Nervous System Using Passive CLARITY

Traditionally, tissue visualization has required that the tissue of interest be serially sectioned and imaged, subjecting each tissue section to unique non-linear deformations, dramatically hampering one's ability to evaluate cellular morphology, distribution and connectivity in the central nervous system (CNS). However, optical clearing techniques are changing the way tissues are visualized. These approaches permit one to probe deeply into intact organ preparations, providing tremendous insight into the structural organization of tissues in health and disease. Techniques such as Clear Lipid-exchanged Acrylamide-hybridized Rigid Imaging-compatible Tissue-hYdrogel (CLARITY) achieve this goal by providing a matrix that binds important biomolecules while permitting light-scattering lipids to freely diffuse out. Lipid removal, followed by refractive index matching, renders the tissue transparent and readily imaged in 3 dimensions (3D). Nevertheless, the electrophoretic tissue clearing (ETC) used in the original CLARITY protocol can be challenging to implement successfully and the use of a proprietary refraction index matching solution makes it expensive to use the technique routinely. This report demonstrates the implementation of a simple and inexpensive optical clearing protocol that combines passive CLARITY for improved tissue integrity and 2,2&#8242;-thiodiethanol (TDE), a previously described refractive index matching solution.

Optical clearing techniques are revolutionizing the way tissues are visualized. In this report we describe modifications of the original Clear Lipid-exchanged Acrylamide-hybridized Rigid Imaging-compatible Tissue-hYdrogel (CLARITY) protocol that yields more consistent and less expensive results.

수동 CLARITY를 사용하여 마우스 중추 신경계의 광학 지우기

Traditionally, tissue visualization has required that the tissue of interest be serially sectioned and imaged, subjecting each tissue section to unique ...

A Tissue Clearing Method for Neuronal Imaging from Mesoscopic to Microscopic Scales

A detailed protocol is provided here to visualize neuronal structures from mesoscopic to microscopic levels in brain tissues. Neuronal structures ranging from neural circuits to subcellular neuronal structures are visualized in mouse brain slices optically cleared with ScaleSF. This clearing method is a modified version of ScaleS and is a hydrophilic tissue clearing method for tissue slices that achieves potent clearing capability as well as a high-level of preservation of fluorescence signals and structural integrity. A customizable three dimensional (3D)-printed imaging chamber is designed for reliable mounting of cleared brain tissues. Mouse brains injected with an adeno-associated virus vector carrying enhanced green fluorescent protein gene were fixed with 4% paraformaldehyde and cut into slices of 1-mm thickness with a vibrating tissue slicer. The brain slices were cleared by following the clearing protocol, which include sequential incubations in three solutions, namely, ScaleS0 solution, phosphate buffer saline (&#8211;), and ScaleS4 solution, for a total of 10.5&#8211;14.5 h. The cleared brain slices were mounted on the imaging chamber and embedded in 1.5% agarose gel dissolved in ScaleS4D25(0) solution. The 3D image acquisition of the slices was carried out using a confocal laser scanning microscope equipped with a multi-immersion objective lens of a long working distance. Beginning with mesoscopic neuronal imaging, we succeeded in visualizing fine subcellular neuronal structures, such as dendritic spines and axonal boutons, in the optically cleared brain slices. This protocol would facilitate understanding of neuronal structures from circuit to subcellular component scales.

The protocol provides a detailed method of neuronal imaging in brain slice using a tissue clearing method, ScaleSF. The protocol includes brain tissue preparation, tissue clarification, handling of cleared slices and confocal laser scanning microscopy imaging of neuronal structures from mesoscopic to microscopic levels.

중시경에서 현미경 비늘에 이르기까지 신경 세포 이미징을위한 조직 제거 방법

A detailed protocol is provided here to visualize neuronal structures from mesoscopic to microscopic levels in brain tissues. Neuronal structures ranging ...

Intravital Imaging of Fluorescent Protein Expression in Mice with a Closed-Skull Traumatic Brain Injury and Cranial Window Using a Two-Photon Microscope

The goal of this protocol is to demonstrate how to longitudinally visualize the expression and localization of a protein of interest within specific cell types of an animal's brain, upon exposure to exogenous stimuli. Here, the administration of a closed-skull traumatic brain injury (TBI) and simultaneous implantation of a cranial window for subsequent longitudinal intravital imaging in mice is shown. Mice are intracranially injected with an adeno-associated virus (AAV) expressing enhanced green fluorescent protein (EGFP) under a neuronal specific promoter. After 2 to 4 weeks, the mice are subjected to a repetitive TBI using a weight drop device over the AAV injection location. Within the same surgical session, the mice are implanted with a metal headpost and then a glass cranial window over the TBI impacting site. The expression and cellular localization of EGFP is examined using a two-photon microscope in the same brain region exposed to trauma over the course of months.

This study demonstrates delivery of a repetitive traumatic brain injury to mice and simultaneous implantation of a cranial window for subsequent intravital imaging of a neuron-expressed EGFP using two-photon microscopy.

Intravital Imaging of Fluorescent Protein Expression in Mice with a Closed-Skull Traumatic Brain Injury and Cranial Window Using a Two-Photon Microscope(2광자 현미경을 사용한 폐쇄 두개골 외상성 뇌 손상 및 두개골 창이 있는 마우스의 형광 단백질 발현의 생체 내 이미징)

The goal of this protocol is to demonstrate how to longitudinally visualize the expression and localization of a protein of interest within specific cell ...

Histological-Based Stainings Using Free-Floating Tissue Sections

Immunohistochemistry is a widely used technique to visualize specific tissue structures as well as protein expression and localization. Two alternative approaches are widely used to handle the tissue sections during the staining procedure, one approach consists of mounting the sections directly on glass slides, while a second approach, the free-floating, allows for fixed sections to be maintained and stained while suspended in solution. Although slide-mounted and free-floating approaches may yield similar results, the free-floating technique allows for better antibody penetration and thus should be the method of choice when thicker sections are to be used for 3D reconstruction of the tissues, for example when the focus of the experiment is to gain information on dendritic and axonal projections in brain regions. In addition, since the sections are kept in solution, a single aliquot can easily accommodate 30 to 40 sections, handling of which is less laborious, particularly in large-scale biomedical studies. Here, we illustrate how to apply the free-floating method to fluorescent immunohistochemistry staining, with a major focus on brain sections. We will also discuss how the free-floating technique can easily be modified to fit the individual needs of researchers and adapted to other tissues as well as other histochemical-based stainings, such as hematoxylin and eosin and cresyl violet, as long as tissue samples are properly fixed, typically with paraformaldehyde or formalin.

The free-floating technique allows researchers to perform histological-based stainings including immunohistochemistry on fixed tissue sections to visualize biological structures, cell type, and protein expression and localization. This is an efficient and reliable histochemical technique that can be useful for investigating a multitude of tissues, such as brain, heart, and liver.

자유 부유 조직 절편을 사용한 조직학적 기반 염색

Immunohistochemistry is a widely used technique to visualize specific tissue structures as well as protein expression and localization. Two alternative ...

생물학

Two-Photon Microscopy for Studying Microglial Process Attraction Toward a Compound in a Mouse Brain Slice

<a href='https://appjove.unicartagenaproxy.elogim.com/v/58788/two-photon-imaging-microglial-processes-attraction-toward-atp-or'>Source: Etienne, F. et al. Two-photon Imaging of Microglial Processes' Attraction Toward ATP or Serotonin in Acute Brain Slices.&#160;J. Vis. Exp. (2019)</a>This video demonstrates the use of two-photon microscopy to study the attraction of microglial processes toward an injected compound in brain slices. It provides an overview of preparing mouse brain slices, injecting a chemoattractant test compound, and imaging fluorescently labeled microglia to visualize their responses.