【案例分享】利用激光顯微切割(LMD)在空間背景下分離神經(jīng)元
通過(guò)利用個(gè)體多巴胺能(DA)神經(jīng)元空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)解決帕金森病之謎
在阿爾茨海默病之后,,帕金森病是第二常見(jiàn)的進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病,。在shou發(fā)癥狀出現(xiàn)之前,中腦中高達(dá)70%的多巴胺釋放神經(jīng)元已經(jīng)死亡,。本文描述了如何使用現(xiàn)代激光顯微切割(LMD)方法幫助解決帕金森病之謎,。研究涉及在空間背景下分離和分析神經(jīng)元。這些細(xì)胞來(lái)自帕金森病患者的死后黑質(zhì)組織樣本,,以便深入了解該病的分子機(jī)制,。
帕金森病是什么?
帕金森癥(PD)是一種神經(jīng)退行性疾病,,會(huì)降低受影響個(gè)體的生活質(zhì)量,。著名運(yùn)動(dòng)員muhanmodei·阿里和演員邁克爾·J·福克斯就是患有或曾經(jīng)患有帕金森癥的著名例子,。該病的成因多種多樣,,例如遺傳(邁克爾·J·福克斯的情況)或物理影響(muhanmodei·阿里的情況),。到目前為止,,治療該病主要側(cè)重于癥狀的緩解,主要通過(guò)服用 L-DOPA(多巴胺前體)藥物來(lái)實(shí)現(xiàn),。
該病的根本原因是中腦或黑質(zhì)(SN,,黑色物質(zhì))中一群多巴胺能(DA)神經(jīng)元的選擇性死亡[1,2]。在超過(guò)60%的多巴胺能神經(jīng)元損失后,,才可見(jiàn)到第一個(gè)表型,。因此,基于年齡和性別匹配的對(duì)照,,對(duì)死后帕金森病患者的中腦組織進(jìn)行比較,,就像是拿蘋(píng)果和香蕉進(jìn)行比較,。因此,必須逐一分析黑質(zhì)致密部中幸存的多巴胺能神經(jīng)元,,以發(fā)現(xiàn)這些特定多巴胺產(chǎn)生細(xì)胞之間的差異,。
關(guān)于該病的起源有多種理論。因此,,帕金森病可以比作一個(gè)拼圖,。已經(jīng)找到了許多碎片,,并且已經(jīng)組合了一些碎片,,但仍然沒(méi)有人知道整個(gè)畫(huà)面是什么樣子。一些碎片的重要性尚未確定,,也沒(méi)有人知道在能夠清楚地了解帕金森病之前,,還需要找到多少碎片才能呈現(xiàn)完整的畫(huà)面。
空間背景下的
多巴胺能神經(jīng)元分離與帕金森病研究
使用的典型工作流程和實(shí)驗(yàn)程序
由于帕金森病通常在較晚的年齡出現(xiàn),,因此用于研究帕金森病的動(dòng)物模型相當(dāng)罕見(jiàn),,因此,嚙齒類(lèi)(小鼠和大鼠)模型沒(méi)有與人類(lèi)相似的明確表型,。在猴子中進(jìn)行的研究,,其中帕金森病可以通過(guò)藥物引入,即使在較年輕的動(dòng)物中,,也是昂貴的,,并且需要許多研究人員無(wú)法獲得的特殊條件。除了這些挑戰(zhàn)之外,,單個(gè)神經(jīng)元的活性通常通過(guò)電生理學(xué)來(lái)研究,。這種方法需要活腦組織切片,而這是無(wú)法從人身上獲取的,。因此,,需要一種不同的方法來(lái)選擇性分析多巴胺能(DA)神經(jīng)元。出于這個(gè)原因,,激光顯微切割(LMD)方法發(fā)揮了作用[3],。

圖1:用于帕金森病研究的實(shí)驗(yàn)流程圖:從人類(lèi)死后帕金森病大腦和對(duì)照組個(gè)體的黑質(zhì)(SN)DA神經(jīng)元中,通過(guò)紫外線激光顯微切割(UV-LMD)和定量RT-PCR(實(shí)時(shí)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))基因表達(dá)分析進(jìn)行單個(gè)神經(jīng)元分析的協(xié)議,。
數(shù)據(jù)和結(jié)果的分析與理解
通過(guò)將使用針進(jìn)行修補(bǔ)以提取內(nèi)容進(jìn)行下游分析的單個(gè)神經(jīng)元的分子生物學(xué)結(jié)果,,與激光顯微切割(LMD)解剖的神經(jīng)元的結(jié)果進(jìn)行比較,可以證明這兩種收集方法的結(jié)果是可比的,。此外,,LMD允許研究人員從死后人類(lèi)中腦收集單個(gè)神經(jīng)元,更具體地說(shuō),,是從黑質(zhì)(SN)中收集,,因?yàn)镈A神經(jīng)元由于含有神經(jīng)黑色素而呈黑色,,因此很容易識(shí)別。使用LMD,,可以分析來(lái)自死后帕金森病患者的單個(gè)存活DA神經(jīng)元和匹配對(duì)照組的表達(dá)模式,,目的是找到兩組在分子水平上的差異。這種調(diào)查有助于理解帕金森病的病因或后果,。
研究黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元時(shí)面臨的挑戰(zhàn)
分析不同的死后標(biāo)本就像是在帕金森病特定階段的“快照”,。這些“快照”可以相互比較,但這些標(biāo)本不能用于檢測(cè)改變的基因表達(dá)是疾病的結(jié)果還是原因,。需要進(jìn)一步研究這個(gè)問(wèn)題,。此外,考慮到帕金森病患者的基因表達(dá)僅在釋放多巴胺的神經(jīng)元中發(fā)生改變,,那么對(duì)于帕金森病謎題的研究,,只應(yīng)分析這些相關(guān)的細(xì)胞類(lèi)型。如果不小心將其他細(xì)胞類(lèi)型添加到分析物中,,它們會(huì)降低結(jié)果的質(zhì)量,。
激光顯微切割
激光顯微切割(LMD),也稱(chēng)為激光捕獲顯微切割(LCM),,是一種用于從各種組織標(biāo)本中在空間背景下隔離特定單個(gè)細(xì)胞或整個(gè)組織區(qū)域的無(wú)接觸,、無(wú)污染的方法。原始組織的厚度,、質(zhì)地和制備相對(duì)不重要,。
然后,可以使用進(jìn)一步的分子生物學(xué)方法對(duì)切割下來(lái)的組織進(jìn)行分析,,如下一代測(cè)序(NGS),,包括RNA測(cè)序、定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(qPCR),、實(shí)時(shí)qPCR,、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué),、脂質(zhì)組學(xué)和多組學(xué)技術(shù),。LMD現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于許多研究領(lǐng)域,例如病理學(xué),、神經(jīng)學(xué),、癌癥、植物分析,、法醫(yī)學(xué)和氣候?qū)W,。此外,LMD還用于細(xì)胞培養(yǎng)的操作或蓋玻片的微雕刻,。
LMD對(duì)于基因組學(xué)(DNA),、轉(zhuǎn)錄組學(xué)(RNA)和蛋白質(zhì)組學(xué)(蛋白質(zhì))工作流程的優(yōu)化非常有用,,因?yàn)樗试S在視覺(jué)控制下從組織中精確提取和收集純凈的起始材料以供分析。
使用LMD的結(jié)果
與完整的組織檢查結(jié)果相比,,對(duì)單個(gè)細(xì)胞的分析經(jīng)常顯示出不同的結(jié)果[3-6],。研究表明,帕金森病患者的組織中某些microRNA的表達(dá)發(fā)生了變化,。
當(dāng)同時(shí)檢查微切割的細(xì)胞時(shí),,發(fā)現(xiàn)microRNA的表達(dá)在細(xì)胞水平上并沒(méi)有變化。這種組織偽影是借助激光顯微切割檢測(cè)到的,。
使用LMD系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞的無(wú)接觸切割,,或者在必要時(shí),實(shí)現(xiàn)更大面積組織的切割,。切割下來(lái)的材料被捕獲在試管帽中,,可以立即進(jìn)行處理,。請(qǐng)參考下面的圖2,、圖3和圖4。

圖2:左圖:經(jīng)過(guò)對(duì)10個(gè)單個(gè)DA神經(jīng)元進(jìn)行紫外線激光顯微切割(UV-LMD)后的鼠腦中腦冠狀切面,,用甲酚紫染色,。中圖:從上圖中選擇一個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行LMD。右圖:在單個(gè)神經(jīng)元切片(左)和蓋帽對(duì)照(右)上進(jìn)行UV-LMD后,,顯示了成功的隔離,。

圖3:通過(guò)LMD和mRNA表達(dá)分析從人類(lèi)PD(帕金森病)和對(duì)照死后大腦中分離出的單個(gè)黑質(zhì)DA神經(jīng)元,。通過(guò)LMD從PD(A)和對(duì)照組大腦(B)的甲酚紫染色水平中腦冷凍切片中分離出神經(jīng)黑色素陽(yáng)性[NM(+)]神經(jīng)元群,。

圖4:LMD前后的甲酚紫染色小鼠大腦冷凍切片(A)和(B)[7]。
帕金森病研究的未來(lái)挑戰(zhàn)
目前,,沒(méi)有用于早期診斷帕金森病的測(cè)試,,而且該疾病存在許多變異。此外,,還有一些具有類(lèi)似癥狀的疾病,。因此,一定比例的帕金森病病例被誤診或根本沒(méi)有被診斷出來(lái),。
成功治療帕金森病的前提是有效的早期診斷,。如果能夠在神經(jīng)元?jiǎng)倓傞_(kāi)始退化的初期階段診斷出疾病,就有可能防止神經(jīng)元進(jìn)行性退化并wan全阻止疾病的發(fā)展,。
在血液或腦脊液中識(shí)別生物標(biāo)志物是目前研究的主要焦點(diǎn),。有些基因不僅在大腦中表達(dá),而且在所有細(xì)胞中普遍表達(dá),。如果帕金森病病例中多巴胺能神經(jīng)元的這些基因表達(dá)發(fā)生變化,,就可以更容易地檢查可接近的組織以用于診斷目的,。
也許在不久的將來(lái),激光顯微切割(LMD)與人工智能(AI)甚至質(zhì)譜技術(shù)的結(jié)合,,可以為更好地理解帕金森病帶來(lái)進(jìn)一步的突破,。
參考文獻(xiàn):(上下滑動(dòng)查看更多)
相關(guān)產(chǎn)品

Leica LMD6 & LMD7激光顯微切割系統(tǒng)
相關(guān)產(chǎn)品
免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來(lái)源:化工儀器網(wǎng)”的所有作品,均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品,,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載,、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,,并注明“來(lái)源:化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者,,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任,。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來(lái)源(非化工儀器網(wǎng))的作品,目的在于傳遞更多信息,,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),,不承擔(dān)此類(lèi)作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體,、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí),,必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來(lái)源,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任,。
- 如涉及作品內(nèi)容,、版權(quán)等問(wèn)題,請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利,。