Alzheimer Plaques: fast Visualization in Thick Sections

Davydenko, Olga; Borlinghaus, Rolf T.

June 27, 2019

Alzheimer Plaques: fast Visualization in Thick Sections

More than 60% of all diagnosed cases of dementia are attributed to Alzheimer’s disease. Typical of this disease are histological alterations in the brain tissue. So far, there is no cure for this disease. A few treatments try to slow down the fatal path or try to relieve the patients from symptoms. The laboratory of Dr. Mehrdad Shamloo studies pathological brain function with the goal of contributing to the discovery of novel therapeutics for Alzheimer’s disease. They use a mouse model of this disease to study the role of inflammation in Alzheimer’s disease progression. This requires imaging of thick uncleared brain tissues.

Visible Alterations in affected Brain Tissue

One obvious change in brain tissue is the degeneration of cells by accumulation of tau-proteins (neurofibrillary tangles), the second is the emergence of dense particles outside the brain cells, called “senile plaques”. These plaques consist of extracellular deposits of amyloid beta protein, that are improperly folded and clustered. They are resistant to abundant enzymatic activity and thus accumulate in the brain tissue. Alois Alzheimer described these alterations in his presentation [1].

Searching for medicine

The Shamloo lab used Leica Microsystems novel THUNDER Imager 3D Cell Culture to acquire large Z-stacks of uncleared, 40μm-thick mouse brain tissues. With a THUNDER Imager 3D Cell Culture, this large Z-stack is acquired and processed in seconds with Leicas proprietary core technology: An opto-digital method, called Large Volume Computational Clearing. As a result, one can easily and clearly visualize the amyloid plaques and microglia stained in this thick brain section.

Longitudinal mouse brain section of the hippocampus showing an amyloid plaque. — Figure 1: Longitudinal mouse brain section of the hippocampus showing an amyloid plaque (green, stained with 6E10 antibody, marker of anti-beta amyloid) surrounded by microglia/microphages (red, stained with Anti-Abi1 antibody; blue, DAPI). Left – raw data, Extended Depth of Field projection; Right – Large Volume Computationally Cleared Z-stack with Extended Depth of Field projection.
Images courtesy of Dr. Mehrdad Shamloo, Professor of Neurosurgery (CA, USA).

Reference

Alzheimer A: “Über eine eigenartige Erkrankung der Hirnrinde”. Vortrag (3. November) auf der Versammlung Südwestdeutscher Irrenärzte in Tübingen am 3. und 4. November 1906. Eigenbericht Alzheimers in Allg. Zeitschrift für Psychiatrie und psychisch-gerichtliche Medizin (1907).
Excerpt: Neurofibrillary Tangles: “An Präparaten, die mit der Bielschowskyschen Silbermethode angefertigt sind, zeigen sich sehr merkwürdige Veränderungen der Neurofibrillen. Im Innern einer im übrigen noch normal erscheinenden Zelle treten zunächst eine oder einige Fibrillen durch ihre besondere Dicke und besondere Imprägnierbarkeit stark hervor. Im weiteren Verlauf zeigen sich dann viele nebeneinander verlaufende Fibrillen in der gleichen Weise verändert. Dann legen sie sich zu dichten Bündeln zusammen und treten allmählich an die Oberfläche der Zelle. Schließlich zerfällt der Kern und die Zelle, und nur ein aufgeknäueltes Bündel von Fibrillen zeigt den Ort, an dem früher eine Ganglienzelle gelegen hat.” Senile Plaques: “Über die ganze Rinde zerstreut, besonders zahlreich in den oberen Schichten, findet man miliare Herdchen, welche durch Einlagerung eines eigenartigen Stoffes in die Hirnrinde bedingt sind. Er läßt sich schon ohne Färbung erkennen, ist aber Färbungen gegenüber sehr refractär.”