组织透明化应用丨《Nature Communications》小鼠创伤性脑损伤后对侧皮层神经元的选择可塑性
文章摘要
创伤性脑损伤（TBI）导致的缺陷通常会随后恢复。对侧皮层可以参与这个过程，但是受伤后对侧神经元和回路的反应如何明确尚待确定。
2022年来自慕尼黑大学Florence M. Bareyre团队发表在Nature Communications 上题为Selective plasticity of calosal neurons in the adultcontralesional cortex following murine traumaticbrain injury的文章，研究分析了对侧胼胝体神经元的连接和功能。
文献截图
研究团队使用了慢性体内双光子成像，观察到TBI(创伤性脑损伤)后随着时间的推移，脊柱密度普遍下降，脊柱动力学随之发生变化。通过逆行联合标记技术，发现胼胝体神经元受到 TBI 的独特影响并对其有反应。研究团队使用狂犬病毒实现逆行单突触追踪，应用组织透明化技术和组织学来阐明电路连通性。证明了对侧胼胝体神经元通过加强来自预连接区域的同侧连接来适应它们的输入电路。最后，功能性体内双光子成像表明，突触前电路的恢复与胼胝体活动模式的恢复是平行的。
综上所述，研究团队描述了胼胝体神经元在对侧小鼠 TBI 后如何在结构和功能上适应。
研究结果
1、活体双光子成像
中度TBI(创伤性脑损伤)通常伴随着局部神经元细胞丢失和神经回路破坏，导致行为和认知缺陷。无论是在人类还是在动物模型中，功能缺陷之后都可以自发恢复,这表明被损伤破坏的神经元回路的可塑性可以补偿功能损失。
与创伤性或缺血性皮质损伤后的恢复过程有关的一个区域是同位对侧皮质。
中度颅脑损伤的方案描绘了用于损伤大脑的平刃撞击器
(S1:初级躯体感觉皮层;CCI:控制性皮质撞击)
采用不规则梯试验评估颅脑创伤后感觉运动功能恢复情况，并对颅脑创伤前和伤后错误次数进行定量(均数±标准差)。
对颅脑创伤前和伤后错误次数进行定量
研究团队能够成像并跟踪4只动物的81个树突延伸。
（B:基线;比例尺:10 μm。青色箭头表示脊柱丢失的位置，绿色点表示脊柱在整个研究期间保持稳定，而镰刀星号表示脊柱的获得）
在指定的实验时间点进行评估，并随访至伤后18d
通过双光子成像我们可以发现TBI引起了脊柱密度的强烈而显著的降低，可以在TBI后3天检测到，并在整个研究期间持续存在。
损伤后不同时间点脊柱密度的量化
与伤后3d的形成率相比，脊柱的消除率显著增加；而与伤后12~18天的形成率相比，脊柱的形成率显著增加。
GFP-M小鼠中棘的平均消除和形成率。
文章表明适应性结构可塑性可以恢复脊柱密度，并需要进行额外的实验来确定参与这些适应的神经元以及TBI后这些变化的具体时间过程。
2、脊髓密度的降低是胼胝体神经元所特有的
为了确定树突棘密度的变化是否可以在所有对侧神经元中发现，还是特定于给定的神经元群体，我们使用GFP-M小鼠并使用 fluorogold 逆行示踪。
脊柱密度的降低是与病变部位直接相连的健侧神经元(胼胝体神经元)所特有的
TBI后7天，胼胝体神经元树突上兴奋性输入的密度显著降低，而抑制性输入的密度没有显著降低。
3、脊柱密度的降低伴随着脊柱形态的改变
为了进一步表征由TBI引起的对侧病灶树突棘的变化，我们随后将脊柱形态表征为脊柱成熟程度的指标。我们将棘分为三种类型:蘑菇状、细棘状和粗棘状，蘑菇状一般被认为是最稳定和成熟的结构。
脑外伤后胼胝体神经元表现出脊柱形态的改变
研究团队发现，对侧胼胝体神经元的反应主要涉及树突重构，这些神经元的突触前输入最初丢失，后来恢复。
4、对于TBI后新形成的脊髓，胼胝体神经元上的更稳定
随着胼胝体神经元的脊密度在后期恢复，研究团队想研究损伤后新形成的脊髓在这一过程中的作用。为了选择性地观察神经元群，我们在病变皮质(用于标记胼胝体神经元，图4a~c)或脊髓(用于标记CST神经元，图4d~f)注射了表达EFP的逆行腺相关病毒(retroAAV-EGFP)。
TBI后胼胝体和非胼胝体神经元新生脊髓的稳定性差异
胼胝体神经元上新形成的棘的存活率增加有助于损伤后脊柱密度的恢复。
5、创伤性脑损伤后，回路连接具有适应性
TBI后，胼胝体神经元通过重建同侧连接区来调整其输入电路。
结合组织透明化技术，使用狂犬病病毒进行逆行单突触示踪
(AAV1-synP-DIO-sTpEpB-eGFP)
研究团队的的原位分析强调了胼胝体神经元主要通过加强来自预连接区域的同侧连接来恢复其突触前连接。
6、TBI会导致对侧损伤皮质的神经元活动出现广泛、短暂的降低
研究团队利用双光子钙成像纵向评估了体内神经元的活性，利用基因编码的钙指标GCaMP6m在对侧皮层的胼胝体和非胼胝体神经元中进行钙成像。
对侧神经元显示TBI后自发活动水平的动态变化
研究结果
评估血管发育/重塑与神经元功能之间的联系的技术要求和时间成本令人望而生畏。本文中的技术通过对疾病模型中的血管拓扑进行大规模比较，提供了一种新的强大的研究工具。
试用装
关于海卓生物
海卓生物基于国际领先的有机试剂组织透明化技术，开发出新一代国产化组织透明工具，广泛适用于各种模式动物及人的组织器官透明化，操作简单，染料和抗体渗透能力强。为科研和临床提供全套透明化解决方案。
- 2024-09-08
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