Прижизненная микроскопия
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2013 г. ) |
Прижизненная микроскопия — вид микроскопии наблюдать биологические процессы у живых животных ( in vivo ) с высоким разрешением , позволяющим различать отдельные клетки ткани , позволяющий . [ 1 ]
У млекопитающих в некоторых экспериментальных условиях перед прижизненной микроскопией проводят хирургическую имплантацию окна визуализации. Это позволяет проводить повторные наблюдения в течение нескольких дней или недель. Например, если исследователи хотят визуализировать клетки печени живой мыши, они имплантируют окно визуализации в брюшную полость мыши . [ 2 ] Мыши являются наиболее распространенным выбором животных для прижизненной микроскопии, но в особых случаях другие грызуны, такие как крысы, могут оказаться более подходящими. Животные обычно находятся под наркозом во время операций и сеансов визуализации. Прижизненная микроскопия используется в нескольких областях исследований, включая неврологию , иммунологию , стволовых клеток исследования и другие. Этот метод особенно полезен для оценки прогрессирования заболевания или эффекта лекарства. [ 1 ]
Основная концепция
[ редактировать ]Прижизненная микроскопия предполагает визуализацию клеток живого животного через окно визуализации, которое имплантируется в ткани животного во время специальной операции. Основное преимущество прижизненной микроскопии состоит в том, что она позволяет визуализировать живые клетки, находясь в истинной среде сложного многоклеточного организма . Таким образом, прижизненная микроскопия позволяет исследователям изучать поведение клеток в их естественной среде или in vivo, а не в клеточной культуре . Еще одним преимуществом прижизненной микроскопии является то, что эксперимент можно поставить таким образом, чтобы можно было наблюдать изменения в живой ткани организма на протяжении определенного периода времени. Это полезно для многих областей исследований, включая иммунологию. [ 3 ] и исследования стволовых клеток. [ 1 ]
Высокое качество современных микроскопов и программного обеспечения для визуализации также позволяет осуществлять субклеточную визуализацию живых животных, что, в свою очередь, позволяет изучать клеточную биологию на молекулярном уровне in vivo . Достижения в технологии флуоресцентных белков и генетических инструментах, которые позволяют контролировать экспрессию данного гена в определенное время в интересующей ткани, также сыграли важную роль в развитии прижизненной микроскопии. [ 1 ]
Возможность создания соответствующих трансгенных мышей имеет решающее значение для исследований прижизненной микроскопии. Например, чтобы изучить поведение клеток микроглии при болезни Альцгеймера, исследователям потребуется скрестить трансгенную мышь, которая является мышиной моделью болезни Альцгеймера, с другой трансгенной мышью, которая является мышиной моделью для визуализации клеток микроглии. Для визуализации клеткам необходимо вырабатывать флуоресцентный белок, и этого можно достичь путем введения трансгена . [ 4 ]
Визуализация
[ редактировать ]
Прижизненная микроскопия может выполняться с использованием нескольких методов световой микроскопии, включая широкопольную флуоресцентную, конфокальную , многофотонную микроскопию , микроскопию вращающегося диска и другие. Основным фактором при выборе конкретного метода является глубина проникновения, необходимая для изображения области, и необходимое количество деталей межклеточного взаимодействия .
Если область интереса расположена более чем на 50–100 мкм ниже поверхности или есть необходимость уловить мелкомасштабные взаимодействия между клетками, требуется многофотонная микроскопия. Многофотонная микроскопия обеспечивает значительно большую глубину проникновения, чем однофотонная конфокальная микроскопия. [ 5 ] Мультифотонная микроскопия также позволяет визуализировать клетки, расположенные под костной тканью, например, клетки костного мозга . [ 6 ] Максимальная глубина изображения с помощью многофотонной микроскопии зависит от оптических свойств ткани и экспериментального оборудования. Чем более однородна ткань, тем лучше она подходит для прижизненной микроскопии. Ткани с большей васкуляризацией обычно труднее визуализировать, поскольку эритроциты вызывают поглощение и рассеяние светового луча микроскопа. [ 1 ]
Флуоресцентное мечение различных клеточных линий белками разного цвета позволяет визуализировать клеточную динамику в контексте их микроокружения . Если разрешение изображения достаточно высокое (50–100 мкм), можно использовать несколько изображений для создания трехмерных моделей клеточных взаимодействий, включая выступы, которые клетки создают, простираясь навстречу друг другу. 3D-модели на основе покадровых изображений позволяют оценить скорость и направленность клеточных движений. Сосудистые структуры также можно реконструировать в трехмерном пространстве и изменения их проницаемости отслеживать в течение определенного периода времени, поскольку интенсивность флуоресцентного сигнала красителей меняется вместе с проницаемостью сосудов. Прижизненная микроскопия высокого разрешения может использоваться для визуализации спонтанных и преходящих событий. [ 1 ]
Возможно, было бы полезно объединить многофотонную и конфокальную микроскопию, поскольку это позволяет получать больше информации от каждого сеанса визуализации. Это включает в себя визуализацию большего количества различных типов клеток и структур для получения более информативных изображений и использование одного животного для получения изображений всех различных типов клеток и структур, представляющих интерес для данного эксперимента. [ 7 ] Последнее является примером реализации принципа «Три Р» .
Визуализация субклеточных структур
[ редактировать ]Раньше прижизненная микроскопия могла использоваться только для визуализации биологических процессов на уровне тканей или отдельных клеток. Однако благодаря развитию методов субклеточной маркировки и достижениям в минимизации артефактов движения (ошибок, вызванных сердцебиением, дыханием и перистальтическими движениями животного во время сеанса визуализации) теперь становится возможным отображать динамику внутриклеточных органелл в некоторых тканях. [ 1 ]
Ограничения прижизненной микроскопии
[ редактировать ]Одним из главных преимуществ прижизненной микроскопии является возможность наблюдать, как клетки взаимодействуют со своим микроокружением . Однако визуализация всех типов клеток микроокружения ограничена количеством доступных различимых флуоресцентных меток . [ 5 ] Также широко распространено мнение, что некоторые ткани, такие как мозг, визуализировать легче, чем другие, такие как скелетные мышцы . Эти различия возникают из-за изменчивости однородности и прозрачности разных тканей. Кроме того, создание трансгенных мышей с фенотипом и флуоресцентными белками в соответствующих типах клеток часто является сложной задачей и требует много времени. интересующим [ 5 ] Другая проблема, связанная с использованием трансгенных мышей, заключается в том, что иногда трудно интерпретировать изменения, наблюдаемые между мышью дикого типа и трансгенной мышью, которая представляет интересующий фенотип. Причина этого в том, что гены со сходной функцией часто могут компенсировать измененный ген, что приводит к определенной степени адаптации. [ 8 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Маседунскас, Андрюс; Мильберг Олег; Порат-Шлиом, Натали; Срамкова, Моника; Виганд, Тим; Аморнфимолтам, Паномват; Вейгерт, Роберто (2012). «Прижизненная микроскопия. Практическое руководство по визуализации внутриклеточных структур живых животных» . Биоархитектура . 2 (5): 143–157. дои : 10.4161/bioa.21758 . ПМК 3696059 . ПМИД 22992750 .
- ^ Ритм, Лейла; Стеллер, Эрнст Дж. А.; Бирлинг, Эвелин; Луманс, Синди Дж. М.; Саммер, Аноек; Герлах, Кармен; Врисекуп, Нинке; Сейнстра, Даниэль; Гурп, Леон ван; Шефер, Ронни; Раатс, Даниэль А.; Графф, Анко де; Шумахер, Тон Н.; Кинг, Eelco JP; Ринкес, Инне Х. Борель; Краненбург, Онно; Ринен, Жакко ван (31 октября 2012 г.). «Прижизненная микроскопия через окно брюшной визуализации выявляет стадию премикрометастаза во время метастазирования в печень» . Наука трансляционной медицины . 4 (158): 158ра145. doi : 10.1126/scitranslmed.3004394 . ISSN 1946-6234 . ПМИД 23115354 . S2CID 20938420 .
- ^ Питтет, Микаэль Дж.; Гаррис, Кристофер С.; Арлаукас, Шон П.; Вайсследер, Ральф (7 сентября 2018 г.). «Запись дикой жизни иммунных клеток» . Наука Иммунология . 3 (27): eaaq0491. doi : 10.1126/sciimmunol.aaq0491 . ПМК 6771424 . ПМИД 30194240 .
- ^ Краббе, Гритье; Галле, Аннетт; Матяш, Виталий; Ринненталь, Ян Л.; Эом, Джина Д.; Бернхардт, Ульрика; Миллер, Келли Р.; Прокоп, Стефан; Кеттенманн, Хельмут; Хеппнер, Фрэнк Л.; Приллер, Йозеф (8 апреля 2013 г.). «Функциональное нарушение микроглии совпадает с отложением бета-амилоида у мышей с альцгеймероподобной патологией» . ПЛОС ОДИН . 8 (4): е60921. дои : 10.1371/journal.pone.0060921 . ПМК 3620049 . ПМИД 23577177 .
- ^ Jump up to: а б с Харни, Эллисон С.; Ван, Яронг; Кондилис, Джон С.; Энтенберг, Дэвид (12 июня 2016 г.). «Расширенная покадровая прижизненная визуализация многоклеточной динамики в микроокружении опухоли в реальном времени» . Журнал визуализированных экспериментов (112): 54042. doi : 10.3791/54042 . ПМЦ 4927790 . ПМИД 27341448 .
- ^ Хокинс, Эдвин Д.; Дуарте, Дельфим; Акиндуро, Олуфолаке; Хоршед, Рима А.; Пассаро, Диана; Новицкая, Малгожата; Страшковски, Ленни; Скотт, Марк К.; Ротери, Стив; Руиво, Никола; Фостер, Кэти; Вайбель, Микаэла; Джонстон, Рики В.; Харрисон, Саймон Дж.; Вестерман, Дэвид А.; Квач, Ханг; Гриббен, Джон; Робинсон, Марк Д.; Пертон, Луиза Э .; Бонне, Доминик; Ло Селсо, Кристина (17 октября 2016 г.). «Острый Т-клеточный лейкоз демонстрирует динамическое взаимодействие с микроокружением костного мозга» . Природа . 538 (7626): 518–522. дои : 10.1038/nature19801 . ПМК 5164929 . ПМИД 27750279 .
- ^ Ло Селсо, Кристина; Лин, Чарльз П; Скадден, Дэвид Т. (9 декабря 2010 г.). «Визуализация in vivo трансплантированных гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников в костном мозге черепа мыши» . Протоколы природы . 6 (1): 1–14. дои : 10.1038/nprot.2010.168 . ПМК 3382040 . ПМИД 21212779 .
- ^ Гэвинс, Фелисити Н.Э.; Чаттерджи, Бристи Э. (2004). «Прижизненная микроскопия для изучения микроциркуляции мышей при исследовании противовоспалительных препаратов: фокус на препаратах брыжейки и кремастеров». Журнал фармакологических и токсикологических методов . 49 (1): 1–14. дои : 10.1016/S1056-8719(03)00057-1 . ПМИД 14670689 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с прижизненной микроскопией, на Викискладе?
