映射金属脑组织和x射线荧光x射线吸收光谱在同步光源半岛综合体育官方APP下载德甲

阿什利·l .目的^a、b和马克·j·哈克特^a、b

^一个科廷健康创新研究所,6102年佤邦,珀斯科廷大学,澳大利亚

^b分子和生命科学学院6845年佤邦,珀斯科廷大学,澳大利亚

DOI:https://doi.org/10.1255/sew.2022.a11
©2022年作者
发表的基于知识共享通过数控执照

海马体(图1)是一个大脑区域空间学习和记忆的关键。神经元的海马结构包含一个高度有组织的架构和neuron-neuron连接,已被神经学家几十年来研究的深入。事实上,海马体通常被称为神经科学的“罗塞塔石碑”,其中很多人认为说明海马的电路和细胞功能将揭开大脑的内部运作。

海马体的一个有趣的事实是,它似乎是相对丰富的过渡金属离子,尤其是铁、铜和锌(图1 b)。锌浓缩被科学家发现发展中组织化学的方法检测脑组织中不稳定的金属(如Danscher作品等),^1、2工作由•弗雷德里克森明确表明特征的不稳定的金属离子在海马体是锌。^{2 - 4}的极大兴趣,实验旨在消耗不稳定锌池中的海马体随后显示小鼠的行为和认知障碍,²一致方面的神经退行性疾病的老龄化过程中观察到的记忆丧失,如阿尔茨海默氏症。⁵因此,出现了大量的研究调查,旨在发现过渡金属离子的生理和化学通路可能涉及健康的记忆功能,并且记忆丧失。

图1所示。海马体(A)的苏木精和伊红组织学显示大脑细胞的特点组织(紫色的点)。(B)光谱仪元素地图突出两个关键次区域的海马体,Fe-enriched神经元层语料库Ammonis 1 (CA1)和锌富集地区苔藓纤维(MF),其中包含许多neuron-neuron连接(突触)。内侧横向方向的组织。酒吧= 500µm规模。数据收集在x射线荧光显微镜beamline澳大利亚同步加速器和改编许可参考12。

尽管古典蒂姆的组织化学染色宝贵的研究不稳定锌在海马(大脑),许多重要的进步在这一领域已经取得了使用直接光谱映射。具体地说,提供的(明亮)和可协调的x射线源在同步加速器设施的生物应用x光技术有了翻天覆地的变化,尤其是x射线荧光光谱(光谱仪)和x光吸收光谱(xa)。半岛综合体育官方APP下载德甲光谱仪的主要优点是它能够同时直接检测(map)元素分布在细胞决议(有时是亚细胞分辨率),原位。直接原位光谱仪的检测能力是至关重要的,当研究脑组织,染色试剂的化学固定和/或补充,这是常见的在其他显微镜,目前已知大大改变脑组织中的金属离子含量和分布(图2)。^{6 - 8}

图2。光谱仪元素的映射锌分布(一)固定期限flash冷冻海马组织,和(B) formalin-fixed蔗糖cryo-protected组织。观察到大量的重新分配锌由于福尔马林固定和蔗糖cryo-protection。具体来说,锌丢失的苔藓纤维(MF、neuron-neuron连接)和分配给大脑白质组织(WM)相邻侧心室(LV)。酒吧= 100µm规模。图像调整与许可参考7。

几个重要的早期例子使用光谱仪研究脑组织包括明确示范,蒂姆的组织化学染色显示不稳定的海马锌池的存在⁴和过渡金属离子的观察与amyloid-βco-localise斑块(阿尔茨海默氏症的一个特征)。⁹最近有研究指出,尽管amyloid-β斑块在海马体似乎成为富含金属离子在阿尔茨海默病模型(例如,锌)、斑块周围的脑组织成为金属缺陷。¹⁰这就提出了一个有趣的研究问题,金属积累斑块导致疾病病理或金属不足因素,或都有?

除了映射与疾病相关的金属离子,同步加速器光谱仪已应用于描述金属离子分布在健康的海马,海马分区单元识别本地富含铁、铜或锌(图1)。^11、12有趣的是,光谱仪透露,健康的啮齿动物海马包含一个特别是高铁含量在一个地区的海马体神经元(“CA1”部门)已知显示高脆弱性神经退化(例如,神经退行性疾病、中风、脑损伤)。更迷人,最接近的神经元在CA1部门中间的大脑(内侧)含有更多的菲比大脑的神经元接近外部(横向)。¹¹增加铁的lateral-to-medial趋势内容与模式匹配的神经退化在这个高度脆弱的大脑区域(即。比外侧,内侧CA1神经更脆弱CA1神经)。毫不奇怪,许多中风研究小组正在积极使用同步加速器光谱仪研究铁和卒中后神经退化之间的关系。¹³

建筑元素映射,快速发展应用光谱仪和xa beamlines在同步加速器设施原位研究金属离子物种形成(氧化态、协调几何类型的配体)。持续进步在3^{理查德·道金斯}和图4^th代同步加速器设施,结合改进x射线光学探测器和电子使得现在可以收集数百,甚至数千的micro-XAS光谱,在生物样品图金属物种形成。金属物种形成是最常见的研究通过使用xa波谱的小区域,被称为x射线吸收靠近边缘结构(黄嘌呤)。最初的应用黄嘌呤生物系统包括光谱映射映射的分布不同氧化态的年代,Se和化合物在植物组织。^14、15方法现在已经适应地图铁和铜物种形成秀丽隐杆线虫,^16、17在脑组织铁物种形成¹⁸和锌方法开发正在进行中(图3)。¹⁹

图3。发展黄嘌呤光谱映射研究锌海马的物种形成。(一)黄嘌呤光谱从锌的标准解决方案^{2 +}在不同的生物配体,显示特征的“丰富”黄嘌呤光谱区域协调环境的差异。(B, C)海马铁和锌分布揭示了MFs的位置(neuron-neuron连接)和相邻神经元层(锥体细胞)。(D, E) Micro-XANES光谱从MF层(D)和锥体神经元(E)突出表明光谱差异不同的化学形式的锌存在于每个地区。酒吧= 50µm规模。图与许可复制参考19。

大量的分析挑战仍然需要解决对脑组织XANES-mapping发挥其全部潜力。这些挑战包括合适的光谱库,充分发展的模型不同的化学形式的金属离子在大脑中发现,除了了解样品制备在金属离子物种形成的影响。在这个阶段,做了大量的工作,这个社区优化样品制备保存元素分布在大脑组织,但不太了解金属离子的氧化态和协调环境可能会改变在脑组织样品制备的不同阶段。虽然挑战仍然存在,持续进步光谱仪和黄嘌呤光谱映射的金属离子在生物系统中,尤其是大脑,是一个令人兴奋的前景。的确,有可能多需要了解特定角色的铁、铜和锌在支持健康的海马记忆功能,以及金属体内平衡的丧失可能导致记忆丧失和认知下降。

引用

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