КУБИЧЕСКИЙ
КУБИК (аббревиатура от «четких, беспрепятственных коктейлей для визуализации мозга и тела и компьютерного анализа») [1] — это гистологический метод, позволяющий сделать ткани прозрачными (процесс, называемый «очистка тканей»). В результате исследование больших биологических образцов с помощью микроскопа становится проще и быстрее.
Этот метод был опубликован в 2014 году Эцуо А. Сусаки и Хироки Р. Уэда, в первую очередь для использования в нейробиологических исследованиях мозга модельных организмов, таких как грызуны или мелкие приматы. [1] Но в последующие годы были опубликованы и другие работы, в которых метод CUBIC использовался на других тканях, таких как лимфатические узлы. [2] или молочные железы . [3] CUBIC также можно комбинировать с методами очистки тканей на основе CLARITY . [1] [4]
Используемые химикаты и выполнение метода
[ редактировать ]Помутнение ткани головного мозга обусловлено главным образом рассеянием света на границах раздела сред с различными показателями преломления , преимущественно между липидами и другими тканевыми соединениями. [5] Таким образом, частичное обезжиривание и согласование показателей преломления ткани и окружающей среды является простым способом сделать ткань менее непрозрачной и, следовательно, прозрачной – очищенной. [1]
Разработка конвейера CUBIC была вдохновлена ранее опубликованным протоколом очистки под названием Scale (смесь глицерина , мочевины и детергента) из-за его простоты и оптимальной совместимости с флуоресцентными белками. [6] Авторы CUBIC проверили 40 химических веществ, соответствующих тем, которые используются в Scale, с целью сохранить совместимость с флуоресцентными репортерами, но добиться лучшего и более быстрого очищения ткани. Они обнаружили, что основные аминоспирты идеально подходят для этой цели, вероятно, потому, что аминогруппы эффективно сольватируют фосфолипиды , а основность помогает сохранить сигнал флуоресценции. [1] Аминоспирты также оказывают благотворное действие при использовании для очистки других тканей, которые в основном сильно васкуляризированы, а их непрозрачность достигается за счет поглощения света гемоглобином помимо светорассеяния. Аминоспирты очень эффективно уменьшают пигментацию этих тканей, элюируя рубец из гемоглобина. [7]
Оригинальный протокол [7] представляет собой двухэтапную инкубацию фиксированной ткани в двух различных очищающих растворах на водной основе, в общей сложности занимающую одну-две недели. Первый раствор, называемый ScaleCUBIC-1, CUBIC-1 или просто реагент-1, состоит из N,N,N',N'-тетракис(2-гидроксипропил)этилендиамина (коммерческий под названием Quadrol), мочевины и тритона X-. 100 в воде. Второй раствор, называемый ScaleCUBIC-2, CUBIC-2 или просто реагент-2, состоит из мочевины и сахарозы в воде. [8] Этот оригинальный протокол слегка модифицируется в различных приложениях, а именно в отношении концентраций, времени инкубации или некоторых компонентов растворов. [7] [9] [10] Протокол CUBIC также можно комбинировать с перфузией и обеспечить очистку всего органа и всего тела от грызунов. [7] Помимо использования в качестве автономного протокола очистки, состав реагентов на основе CUBIC может использоваться в качестве решения для подбора показателя преломления для CLARITY. [4] Это улучшит очищающую способность CLARITY на тканях, которые остаются непрозрачными из-за их пигментации гемоглобином.
Улучшение реагентов CUBIC прогрессировало, о чем сообщалось. [11]
Применение метода
[ редактировать ]Метод CUBIC очень эффективен благодаря аминоспиртам и, как следствие, способности очищать практически любой орган или даже все тело мышей. [7] Одним из недостатков является несовместимость с липидными красителями из-за высокой концентрации моющего средства, используемого во время очистки. [12] Несмотря на наличие органических растворителей, реагенты, используемые в CUBIC, не токсичны и не агрессивны для оптики микроскопов. [5] с другой стороны, обращение с ними может быть затруднено из-за их высокой вязкости . Кроме того, по сравнению с методами на основе растворителей, такими как 3DISCO, метод CUBIC, основанный на простой диффузии, по-прежнему требует немного больше времени для очистки той же ткани. [13] [5] Из-за высокой концентрации детергента CUBIC ca также частично уменьшает флуоресценцию или нарушает ультраструктуру ткани. [14]
CUBIC был оптимизирован и использовался для широкого распространения приложений и тканей. На мышах метод использовался для картирования активности мозга. [14] анализ взаимодействий между иммунными клетками в лимфатическом узле, [2] описание стволовых клеток молочной железы поведения [3] или для создания трехмерной анатомии печени, почек, легких и сердца. [7] CUBIC также был модифицирован и использовался для очистки куриных эмбрионов. [15] или мозг мартышки. [1] Метод также был оптимизирован для очистки и исследования опухолей и развития метастазов с точки зрения всего тела до разрешения отдельных клеток на мышиной модели. [16] В недавнем исследовании также было показано несколько вариантов базового конвейера CUBIC, в данном случае используемого для диагностики патологий человека как на нативных, так и на формалин-фиксированных парафиновых тканях. [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Сусаки, Эцуо А.; Тайнака, Казуки; Перрин, Дмитрий; Кишино, Фумиаки; Тавара, Такехиро; Ватанабэ, Томонобу М.; Ёкояма, Тихиро; Оноэ, Хиротака; Эгучи, Мегуми (2014). «Визуализация всего мозга с разрешением отдельных клеток с использованием химических коктейлей и компьютерного анализа» . Клетка . 157 (3): 726–739. дои : 10.1016/j.cell.2014.03.042 . ПМИД 24746791 .
- ^ Jump up to: а б Абэ, Джун; Озга, Александра Дж.; Суогер, Джим; Шарп, Джеймс; Риполь, Хорхе; Штейн, Йенс В. (2016). «Световая листовая флуоресцентная микроскопия для анализа взаимодействия клеток in situ в лимфатических узлах мыши». Журнал иммунологических методов . 431 : 1–10. дои : 10.1016/j.jim.2016.01.015 . hdl : 10230/27845 . ПМИД 26844990 .
- ^ Jump up to: а б Дэвис, Фелисити М.; Ллойд-Льюис, Бетан; Харрис, Оливия Б.; Козар, Сара; Винтон, Дуглас Дж.; Муресан, Лейла; Уотсон, Кристин Дж. (25 октября 2016 г.). «Отслеживание клонов одиночных клеток в молочной железе выявляет стохастическую клональную дисперсию потомства стволовых клеток/клеток-предшественников» . Природные коммуникации . 7 : 13053. Бибкод : 2016NatCo...713053D . дои : 10.1038/ncomms13053 . ПМК 5093309 . ПМИД 27779190 .
- ^ Jump up to: а б Ли, Ынсу; Чхве, Чонюн; Джо, Юхва; Ким, Джу Ён; Чан, Ю Джин; Ли, Хе Мён; Ким, Со Юн; Ли, Хо-Джэ; Чо, Кеунчан (11 января 2016 г.). «ACT-PRESTO: метод быстрой и последовательной очистки и маркировки тканей для трехмерной (3D) визуализации» . Научные отчеты . 6 (1): 18631. Бибкод : 2016NatSR...618631L . дои : 10.1038/srep18631 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 4707495 . ПМИД 26750588 .
- ^ Jump up to: а б с Ричардсон, Дуглас С.; Лихтман, Джефф В. (2015). «Очищение тканей» . Клетка . 162 (2): 246–257. дои : 10.1016/j.cell.2015.06.067 . ПМК 4537058 . ПМИД 26186186 .
- ^ Хама, Хироси; Кавано, Хироюки; Андо, Симогори, Томоми; Фуками, Киёко; Сакауэ-Саваки, Ацуши (ноябрь 2011 г.). для флуоресценции «Визуализация и реконструкция прозрачного мозга мыши». Nature Neuroscience . 14 11): 1481–1488. : 10.1038 nn.2928 . ISSN 1546-1726 . PMID 28281721 . ( DOI /
- ^ Jump up to: а б с д и ж Тайнака, Казуки; Кубота, Шимпей И.; Суяма, Такеру К.; Сусаки, Эцуо А.; Перрин, Дмитрий; Укаи-Таденума, Маки; Укаи, Хидеки; Уэда, Хироки Р. (2014). «Визуализация всего тела с разрешением отдельных клеток путем обесцвечивания тканей» . Клетка . 159 (4): 911–924. дои : 10.1016/j.cell.2014.10.034 . ПМИД 25417165 .
- ^ Сусаки, Эцуо А; Тайнака, Казуки; Перрин, Дмитрий; Юкинага, Хироко; Куно, Акихиро; Уэда, Хироки Р. (ноябрь 2015 г.). «Расширенные протоколы CUBIC для очистки и визуализации всего мозга и всего тела» (PDF) . Протоколы природы . 10 (11): 1709–1727. дои : 10.1038/нпрот.2015.085 . ISSN 1750-2799 . ПМИД 26448360 . S2CID 205466332 .
- ^ Нерхофф, Имке; Боканча, Диана; Вакеро, Хавьер; Вакеро, Хуан Хосе; Риполь, Хорхе; Деско, Мануэль Гомес-Гавиро, Мария Виктория (01 сентября 2016 г.). «3D-визуализация ткани сердца мыши, очищенной с помощью CUBIC: идем глубже» . Биомедицинская оптика Экспресс . 7 (9): 3716–3720. дои : 10.1364/boe.7.003716 . ISSN 2156-7085 . ПМК 5030044 . ПМИД 27699132 .
- ^ Jump up to: а б Нодзима, Сатоши; Сусаки, Эцуо А.; Ёсида, Киотаро; Такемото, Хироёси; Цудзимура, Наото; Иидзима, Сёхей; Такачи, Ко; Накахара, Юджиро; Тахара, Шиничиро (24 августа 2017 г.). «КУБИЧЕСКАЯ патология: трехмерная визуализация для патологической диагностики» . Научные отчеты . 7 (1): 9269. Бибкод : 2017NatSR...7.9269N . дои : 10.1038/s41598-017-09117-0 . ISSN 2045-2322 . ПМК 5571108 . ПМИД 28839164 .
- ^ Реагенты для очистки тканей животных , TCI
- ^ Ю, Тинтинг; Ци, Исонг; Гун, Хуэй; Ло, Цинмин; Чжу, Дэн (2018). «Оптическое просветление многомасштабных биологических тканей» . Журнал биофотоники . 11 (2): e201700187. дои : 10.1002/jbio.201700187 . ISSN 1864-0648 . ПМИД 29024450 .
- ^ Ллойд-Льюис, Бетан; Дэвис, Фелисити М.; Харрис, Оливия Б.; Хичкок, Джессика Р.; Лоренко, Филипе К.; Паше, Матиас; Уотсон, Кристин Дж. (13 декабря 2016 г.). «Визуализация молочной железы и опухолей молочной железы в 3D: методы оптического просветления тканей и иммунофлуоресценции» . Исследование рака молочной железы . 18 (1): 127. дои : 10.1186/s13058-016-0754-9 . ISSN 1465-542X . ПМЦ 5155399 . ПМИД 27964754 .
- ^ Jump up to: а б Хама, Хироюки, Кана; Курокава, Хироши; Канеко, Такеши; Сайто, Такаши (октябрь 2015 г.). ". Nature Neuroscience . 18 (10): 1518–1529. : 10.1038 /nn.4107 . ISSN 1546-1726 . PMID 26368944. . S2CID 19397429 doi
- ^ Гомес-Гавиро, Мэри Виктория; Балабан, Эван; Боканча, Диана; Лоррио, Мария Тереза; Помпеян, Мария; Деско, Мануэль; Риполь, Джордж; Ковбой, Джон Джозеф (01 июня 2017 г.). «Оптимизированный протокол CUBIC для трехмерной визуализации куриных эмбрионов с разрешением одной клетки» (PDF) . Развитие 144 (11): 2092–2097. дои : 10.1242/dev.145805 . ISSN 0950-1991 . ПМИД 28432219 .
- ^ Кубота, Шимпей И.; Такахаши, Кей; Нисида, Джун; Моришита, Ясуюки; Эхата, Сёго; Тайнака, Казуки; Миядзоно, Кохей; Уэда, Хироки Р. (2017). «Профилирование метастазов рака по всему телу с разрешением отдельных клеток» . Отчеты по ячейкам . 20 (1): 236–250. дои : 10.1016/j.celrep.2017.06.010 . ПМИД 28683317 .