运用三光子显微镜长期原位成像研究灰质和白质中的新生少突胶质细胞动力学差异
这篇文章报告了一项关于利用三光子显微镜技术研究小鼠大脑皮层和白质中的小胶质细胞动力学的原创研究。
引子: 小胶质细胞是中枢神经系统中产生髓鞘的细胞,对神经传导、认知功能和损伤后修复至关重要。之前的研究显示,不同的脑区小胶质细胞的产生和分化存在差异,但由于无法在活体内长期观测深层结构,这种区域特异性调控的机制尚不清楚。本研究利用三光子显微镜技术的深成像优势,实现了对小鼠大脑皮质柱和白质中小胶质细胞的长期原位成像。
论文来源:
作者:Michael A. Thornton等人
单位:科罗拉多大学安舒茨医学中心细胞与发育生物学系等
发表期刊:自然神经科学(Nature Neuroscience)
出版时间:2024年5月
研究流程: (a)将可表达增强绿色荧光蛋白(EGFP)的转基因小鼠mobp-EGFP植入透明的颅骨窗,使成熟的小胶质细胞及其髓鞘在体内发出荧光。
(b)建立三光子显微镜系统,使用1300纳米的近红外激光激发三光子过程,获得深至1000微米的高分辨三维图像。
©优化三光子成像参数,避免激光损伤组织。包括:调节激光能量、使用自适应光学校正系统抑制像差、控制扫描速率等。
(d)长期原位成像跟踪单个小胶质细胞,研究其在健康和脱髓模型(cuprizone诱导模型)条件下的动态变化。
(e)收集三光子成像数据,包括EGFP标记的细胞体、第三次谐波信号标记的髓鞘结构等。
(f)对成像数据进行分析,计算新生、存活、丢失的小胶质细胞数量,模拟细胞群体动力学。
(g)采用RNA原位杂交等方法,研究特定基因在不同脑区小胶质细胞亚群中的表达情况。
主要发现: 1. 在健康状态下,白质区域产生的新生小胶质细胞数量更多,但灰质区域的小胶质细胞群体扩张速率更快。
Cuprizone诱导的小胶质细胞丢失在灰质和白质区域程度相当。但在损伤后,白质区域的小胶质细胞再生能力更强。
深层皮质(5/6层)的小胶质细胞在损伤后的再生能力较差,并且分子亚型MOL5/6的恢复也受损。
在健康状态下,不同脑区的小胶质细胞分子亚型(MOL1/2/3/5/6)的分布比例存在差异,这种异质性在损伤后部分恢复。
研究价值:
1. 建立了长期三光子原位成像小胶质细胞的新方法,超越传统两光子成像的深度限制。
2. 发现小胶质细胞产生、分化和再生存在脑区特异性调控,暗示不同微环境的作用机制。
3. 深层皮质小胶质细胞再生减弱可能与白质疾病后期认知障碍有关,提示促进该区域修复的重要性。
4. 为探索小胶质细胞异质性与功能关联奠定基础,有助于阐明正常髓鞘化和修复中的分子机制。
本研究系统地阐述了小胶质细胞动力学的区域特异性调控,体现了三光子成像技术在神经科学研究中的重要应用价值。