适用于大体积荧光标记样本的石蜡包埋方法建立

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获取大体积组织样本的三维连续精细结构信息是生命科学研究的一项重要内容,近年来陆续发展的三维成像技术是目前获取大体积样本三维图像的有效方法,然而这类技术面临的一项挑战是如何制备大体积样本以达到保持完整组织的形态结构等生物表征信息的目的。石蜡包埋具有良好的切削性,适于获取半薄切片,同时具有较好的组织形态保持特性,具有巨大的潜力解决上述问题。然而,现有的石蜡包埋技术其处理大体积标本的能力欠佳,难以用于猕猴脑等大体积组织研究,也因不适用于荧光标记的样本而难以与现代分子标记技术结合起来。本文通过研究不同参数对包埋质量和荧光的影响,建立了适用于大体积荧光标记样本的石蜡包埋方法,并以单细胞分辨率获取了猕猴大脑的连续细胞构筑信息及神经环路投射信息。主要的研究内容和结论如下:(1)建立了适用于不同体积生物样本的石蜡包埋方法和实验流程,最大样本体积可达60 cm3。通过对石蜡包埋主要流程分析,本文发现使用传统石蜡包埋方法处理大体积样本时,样本易脆化,难以获取半薄切片。为了解决大体积样本包埋问题,本文进行了两方面的调整:置换剂的调整和包埋流程优化。通过histo-clear Ⅱ替换二甲苯减缓了置换造成的样本硬化和发脆现象;通过调整包埋流程减少了大体积样本包埋中气泡过多的问题;通过设计硅胶模具,解决了石蜡凝固后表面凹陷的问题。建立的方法能够保持良好的组织形态结构,并具有较好的切片性能,还可以用于肝、肺、肾等不同种类的大体积样本包埋。(2)建立了适用于荧光样本的石蜡包埋方法(the improved formalin-fixed paraffin embedded method,i FFPE)。首先通过定量分析绿色荧光蛋白在石蜡包埋不同步骤中荧光强度的变化,确定了脱水是淬灭荧光的主要环节;其次探究了脱水剂的种类,发现脱水剂极性对荧光强度有重要影响,筛选有利于荧光保持的脱水剂;最后研究了脱水温度和浸蜡温度对绿色荧光蛋白荧光强度的影响,筛选有利于荧光保持脱水温度和浸蜡温度;同时研究了浸蜡条件对荧光强度的影响,据此调整了置换流程。通过脱水剂、脱水温度、置换流程和浸蜡条件的筛选和调整,建立了具有高水平荧光保持能力的石蜡包埋方法,并研究了该方法包埋后的荧光保持效率、神经元精细结构的保持、荧光信号的保持时间和其他化学荧光染料的信号保持能力。(3)基于iFFPE的猕猴大脑三维精细结构信息的获取。利用改造的狂犬病毒,本文对猕猴superior area 6脑区的上游环路进行了绿色荧光蛋白标记,结合i FFPE和大体积样本连续切削成像系统获取了0.65×0.65×10μm3分辨率的三维数据集。通过对数据集进行三维重建,获取了猕猴superior area 6在顶叶后半部和枕叶部分的单细胞分辨率环路结构信息,并对神经环路进行了初步分析。综上所述,本文发展了一种具有高水平荧光保持能力,适用于大体积样本的石蜡包埋方法。该方法不仅保留了传统石蜡包埋所具有的切削性良好、形态保持良好和适用于各种组织的优点,也克服了传统石蜡包埋对样本体积的限制和荧光淬灭的不足。本文使用i FFPE包埋猕猴大脑,证明了该方法适用于大体积生物样本的三维成像,有望广泛应用于非人灵长类全脑等结构和功能解析中。
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