КУБИЧЕСКИЙ

CUBIC (аббревиатура от «четкие, беспрепятственные коктейли для визуализации мозга/тела и вычислительный анализ») [1] — это гистологический метод, позволяющий тканям быть прозрачными (процесс, называемый «очищением тканей»). В результате он упрощает и ускоряет исследование больших биологических образцов с помощью микроскопии .

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

Непрозрачность мозговой ткани обусловлена ​​в основном рассеянием света на границах раздела сред с различными показателями преломления , в основном между липидами и другими тканевыми соединениями. [5] Поэтому частичное делипидирование 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 химикатов, соответствующих тем, которые используются в Scale, с целью сохранения совместимости с флуоресцентными репортерами, но достижения лучшей и более быстрой очистки 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 полезный эффект при использовании для очистки других тканей, которые в основном сильно васкуляризированы, и их непрозрачность обеспечивается поглощением света гемоглобином поверх рассеяния света. Аминоспирты очень эффективно уменьшают пигментацию этих тканей, элюируя гем из гемоглобина. [7]

Первоначальный протокол [7] представляет собой двухэтапную инкубацию фиксированной ткани в двух различных очищающих растворах на водной основе, что в общей сложности занимает от одной до двух недель. Первый раствор, называемый ScaleCUBIC-1, CUBIC-1 или просто реагент-1, состоит из N,N,N',N'-тетракис(2-гидроксипропил)этилендиамина (коммерчески под названием Quadrol), мочевины и Triton 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 немного изменен в различных приложениях, а именно в концентрациях, времени инкубации или некоторых компонентах растворов. [7] [9] [10] Протокол CUBIC также можно комбинировать с перфузией и обеспечивать очистку всего органа и всего тела от грызунов. [7] Помимо использования в качестве самостоятельного протокола для очистки, состав реагентов на основе CUBIC может использоваться в качестве раствора для сопоставления показателей преломления для CLARITY. [4] Это улучшает очищающие способности CLARITY на тканях, которые остаются непрозрачными из-за пигментации гемоглобином.

Улучшение реагентов CUBIC продолжалось и было отмечено. [11]

Применение метода

Метод CUBIC очень эффективен благодаря аминоспиртам и последующей способности очищать практически любой орган или даже все тело мышей. [7] Одним из недостатков является несовместимость с липидными красителями из-за высокой концентрации детергента, используемого во время очистки. [12] Несмотря на органические растворители, реагенты, используемые в CUBIC, не токсичны и не агрессивны для оптики микроскопов, [5] с другой стороны, обращение с ними также может быть сложным из-за их высокой вязкости . Кроме того, по сравнению с методами на основе растворителей, такими как 3DISCO, метод CUBIC, основанный на простой диффузии, все еще занимает немного больше времени для очистки той же ткани. [13] [5]  Из-за высокой концентрации детергента CUBIC также частично снижает флуоресценцию или нарушает ультраструктуру ткани. [14]

CUBIC был оптимизирован и использовался для широкого распространения приложений и тканей. У мышей метод использовался для картирования активности мозга, [14] анализа взаимодействий между иммунными клетками в лимфатических узлах, [2] описания поведения стволовых клеток молочной железы [3] или для захвата 3D-анатомии печени, почек, легких и сердца. [7] CUBIC также был модифицирован и использовался для очистки куриных эмбрионов [15] или мозга мартышки. [1] Метод также был оптимизирован для очистки и исследования опухолей и развития метастазов с точки зрения всего тела до разрешения отдельных клеток в мышиной модели. [16] В недавнем исследовании также было показано несколько вариантов базового конвейера CUBIC, в данном случае использованного для диагностики патологий человека как на нативных, так и на фиксированных формалином парафиновых тканях. [10]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef Susaki, Etsuo A.; Tainaka, Kazuki; Perrin, Dimitri; Kishino, Fumiaki; Tawara, Takehiro; Watanabe, Tomonobu M.; Yokoyama, Chihiro; Onoe, Hirotaka; Eguchi, Megumi (2014). «Визуализация всего мозга с разрешением на уровне отдельных клеток с использованием химических коктейлей и вычислительного анализа». Cell . 157 (3): 726– 739. doi : 10.1016/j.cell.2014.03.042 . PMID  24746791.
  2. ^ ab Abe, Jun; Ozga, Aleksandra J.; Swoger, Jim; Sharpe, James; Ripoll, Jorge; Stein, Jens V. (2016). «Флуоресцентная микроскопия светового листа для анализа взаимодействия клеток in situ в лимфатических узлах мышей». Журнал иммунологических методов . 431 : 1– 10. doi : 10.1016/j.jim.2016.01.015. hdl : 10230/27845 . PMID  26844990.
  3. ^ ab Davis, Felicity M.; Lloyd-Lewis, Bethan; Harris, Olivia B.; Kozar, Sarah; Winton, Douglas J.; Muresan, Leila; Watson, Christine J. (2016-10-25). "Отслеживание линии отдельных клеток в молочной железе выявляет стохастическую клональную дисперсию потомства стволовых/прогениторных клеток". Nature Communications . 7 : 13053. Bibcode :2016NatCo...713053D. doi :10.1038/ncomms13053. PMC 5093309 . PMID  27779190. 
  4. ^ ab Lee, Eunsoo; Choi, Jungyoon; Jo, Youhwa; Kim, Joo Yeon; Jang, Yu Jin; Lee, Hye Myeong; Kim, So Yeun; Lee, Ho-Jae; Cho, Keunchang (2016-01-11). "ACT-PRESTO: Быстрый и последовательный метод очистки и маркировки тканей для трехмерной (3D) визуализации". Scientific Reports . 6 (1): 18631. Bibcode :2016NatSR...618631L. doi :10.1038/srep18631. ISSN  2045-2322. PMC 4707495 . PMID  26750588. 
  5. ^ abc Ричардсон, Дуглас С.; Лихтман, Джефф У. (2015). «Очищение тканей». Cell . 162 (2): 246– 257. doi : 10.1016/j.cell.2015.06.067. PMC 4537058. PMID  26186186. 
  6. ^ Хама, Хироши; Курокава, Хироши; Кавано, Хироюки; Андо, Рёко; Симогори, Томоми; Нода, Хисаёри; Фуками, Киёко; Сакауэ-Савано, Асако; Мияваки, Ацуши (ноябрь 2011 г.). «Масштаб: химический подход к флуоресцентной визуализации и реконструкции прозрачного мозга мыши». Природная неврология . 14 (11): 1481–1488 . doi : 10.1038/nn.2928. ISSN  1546-1726. PMID  21878933. S2CID  28281721.
  7. ^ abcdef Тайнака, Казуки; Кубота, Шимпей И.; Суяма, Такеру К.; Сусаки, Эцуо А.; Перрен, Димитри; Укай-Таденума, Маки; Укай, Хидеки; Уэда, Хироки Р. (2014). «Визуализация всего тела с разрешением отдельных клеток путем обесцвечивания тканей». Cell . 159 (4): 911– 924. doi : 10.1016/j.cell.2014.10.034 . PMID  25417165.
  8. ^ 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 . doi :10.1038/nprot.2015.085. ISSN  1750-2799. PMID  26448360. S2CID  205466332.
  9. ^ Нерхофф, Имке; Боканча, Диана; Вакеро, Хавьер; Вакеро, Хуан Хосе; Риполь, Хорхе; Деско, Мануэль; Гомес-Гавиро, Мария Виктория (01 сентября 2016 г.). «3D-изображение ткани сердца мыши, очищенной с помощью CUBIC: глубже». Биомедицинская оптика Экспресс . 7 (9): 3716–3720 . doi :10.1364/boe.7.003716. ISSN  2156-7085. ПМК 5030044 . ПМИД  27699132. 
  10. ^ Аб 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. 
  11. ^ Реагенты для очистки тканей животных, TCI
  12. ^ Юй, Тинтин; Ци, Исонг; Гун, Хуэй; Ло, Цинмин; Чжу, Дэн (2018). «Оптическое очищение для многомасштабных биологических тканей». Журнал биофотоники . 11 (2): e201700187. doi : 10.1002/jbio.201700187 . ISSN  1864-0648. PMID  29024450.
  13. ^ Ллойд-Льюис, Бетан; Дэвис, Фелисити М.; Харрис, Оливия Б.; Хичкок, Джессика Р.; Лоренко, Филипе К.; Паше, Матиас; Уотсон, Кристин Дж. (2016-12-13). «Визуализация молочной железы и опухолей молочной железы в 3D: методы оптического очищения тканей и иммунофлуоресценции». Breast Cancer Research . 18 (1): 127. doi : 10.1186/s13058-016-0754-9 . ISSN  1465-542X. PMC 5155399. PMID  27964754 . 
  14. ^ аб Хама, Хироши; Хиоки, Хироюки; Намики, Кана; Хосида, Тецуши; Курокава, Хироши; Исидате, Фумиёси; Канеко, Такеши; Акаги, Такуми; Сайто, Такаши (октябрь 2015 г.). «ScaleS: палитра оптической очистки для биологических изображений». Природная неврология . 18 (10): 1518–1529 . doi :10.1038/nn.4107. ISSN  1546-1726. PMID  26368944. S2CID  19397429.
  15. ^ Гомес-Гавиро, Мария Виктория; Балабан, Эван; Боканча, Диана; Лоррио, Мария Тереза; Помпейано, Мария; Деско, Мануэль; Риполь, Хорхе; Вакеро, Хуан Хосе (01 июня 2017 г.). «Оптимизированный протокол CUBIC для трехмерной визуализации куриных эмбрионов с разрешением одной клетки» (PDF) . Разработка . 144 (11): 2092–2097 . doi : 10.1242/dev.145805 . ISSN  0950-1991. ПМИД  28432219.
  16. ^ 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 . doi : 10.1016/j.celrep.2017.06.010 . ПМИД  28683317.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=CUBIC&oldid=1269416558"