anatomyЖурнал анатомии и гистопатологииJournal of Anatomy and Histopathology2225-7357N.N. Burdenko Voronezh State Medical University10.18499/2225-7357-2019-8-2-91-99anatomy-876Research ArticleМЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯОсобенности применения методов гистохимии и иммуногистохимии для выявления амилоидных бляшек в коре головного мозга человекаDistinctive Features of Histochemical and Immunohistochemical Techniques for Amyloid Plaque Detection in the Human Cerebral CortexГусельниковаВ. В.GuselnikovaV. V.

Гусельникова Валерия Владимировна

Ул. Академика Павлова, 12, Санкт-Петербург, 197376

Valeriya Gusel'nikova

Ul. Akademika Pavlova, 12, Saint-Petersburg, 197376

Guselnicova.Valeriia@yandex.ruАнтиповаМ. В.AntipovaM. V.

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

ФедороваЕ. А.FedorovaE. A.

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

СафрайА. Е.SafrayA. E.

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

РукавишниковаА. А.RukavishnikovaA. A.

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

МихайловаЕ. В.MikhailovaE. V.КоржевскийД. Э.KorzhevskiiD. E.

Saint-Petersburg

ФГБНУ Институт экспериментальной медициныInstitute of Experimental MedicineФГБНУ Институт экспериментальной медицины; ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университетInstitute of Experimental Medicine; Saint-Petersburg State UniversityГКУЗ Ленинградской области Бюро судебно-медицинской экспертизыLeningrad Region Bureau of Forensic Medical Expertise; Pavlov First Saint Petersburg State Medical UniversityГКУЗ Ленинградской области Бюро судебно-медицинской экспертизы; ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава РоссияLeningrad Region Bureau of Forensic Medical Expertise; Pavlov First Saint Petersburg State Medical UniversityФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава РоссияSaint-Petersburg State Pediatric Medical UniversityФГБНУ Институт экспериментальной медицины; ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава РоссияInstitute of Experimental Medicine; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University201904062019829199Copyright © Гусельникова В.В., Антипова М.В., Федорова Е.А., Сафрай А.Е., Рукавишникова А.А., Михайлова Е.В., Коржевский Д.Э., 20192019Гусельникова В.В., Антипова М.В., Федорова Е.А., Сафрай А.Е., Рукавишникова А.А., Михайлова Е.В., Коржевский Д.Э.Guselnikova V.V., Antipova M.V., Fedorova E.A., Safray A.E., Rukavishnikova A.A., Mikhailova E.V., Korzhevskii D.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://anatomy.elpub.ru/jour/article/view/876

Амилоидные (сенильные) бляшки - нерастворимые внеклеточные агрегаты Р-амилоидного пептида, которые формируются в головном мозге человека как в ходе нормального старения, так и при развитии старческой деменции альцгеймеровского типа.

Целью данной работы стало изучение особенностей выявления амилоидных бляшек в коре головного мозга пожилых людей методами гистохимии и иммуногистохимии.

Материал и методы

Материал и методы. Материалом для исследования служили образцы коры головного мозга людей обоих полов (79-98 лет, n = 23). Для гистохимического выявления амилоида применяли окраску Конго красным и альциановым синим. Для иммуногистохимической идентификации амилоидных бляшек использовали конформационно-специфические OC-антитела, для выявления астроцитов - антитела к глиальному фибриллярному кислому белку (GFAP). Для одновременного выявления амилоидных бляшек и астроцитов ставили двойную иммунофлуоресцентную реакцию OC/GFAP.

Результаты

Результаты. Показано, что применение классических гистохимических методик оказывается неэффективным для идентификации амилоидных бляшек в мозге пожилых людей, позволяя выявлять лишь единичные скопления амилоида. Иммуногистохимическая реакция с применением антител к кон-формационным эпитопам амилоидных фибрилл позволяет идентифицировать многочисленные амилоидные бляшки и изучать их морфологию. Иммуногистохимическая реакция на GFAP, являющийся маркерным белком астроцитов, также подходит для первичного анализа имеющихся образцов мозга на наличие или отсутствие амилоидный бляшек. Разработанный нами в рамках представленной работы протокол двойной иммунофлуоресцентной реакции OC/GFAP позволяет с высокой специфичностью выявлять одновременно и амилоидные бляшки, и астроциты. Это дает возможность изучать пространственную взаимосвязь данных элементов, а также строить зD-реконструкции, дающие наиболее полную информацию о структурных особенностях и взаимном расположении астроцитов и амилоидных бляшек.

Amyloid plaques (also known as senile plaques) are insoluble extracellular aggregates of the P-amyloid peptide that accumulate in the human brain under normal aging and Alzheimer disease.

The aim of this work was to study distinctive features of amyloid plaque detection in the cerebral cortex of the elderly with histochemical and immunohistochemical techniques.

Material and methods

Material and methods. This study included samples of brain cortex of humans, males and females, aged 79-98, n = 23. Histochemical detection of amyloid was performed using the Congo red and the sodium sulphate-Alcian Blue methods. Anti-amyloid fibrils OC antibodies were used for immunohistochemical identification of amyloid plaques, anti-GFAP antibodies were used for astrocyte detection, a double immunofluorescent OC/GFAP reaction was performed for simultaneous detection of amyloid plaques and astrocytes.

Results

Results. The study results have demonstrated that classical histochemical methods are not effective for identification of amyloid plaques in the human brain allowing detecting only isolated amyloid accumulations. Immunohistochemical reaction with application of anti-amyloid fibrils OC antibodies allows identifying numerous amyloid plaques and studying plaque morphology. Immunohistochemical reaction with application of GFAP, being an astrocyte marker protein, is also suitable for the primary analysis of the human brain samples for the presence or absence of amyloid plaques. The double OC/GFAP immunofluorescence protocol developed by the authors makes it possible to identify both amyloid plaques and astrocytes with high specificity, to further study their spatial relationship and to create 3D reconstructions giving comprehensive information about the structural features and spatial relationship of astrocytes and amyloid plaques.

амилоидамилоидные (сенильные) бляшкиболезнь АльцгеймераКонго красныйальциановый синийантитела к конформационным эпитопам амилоидных фибрилл (OC-антитела)GFAPamyloidamyloid (senile) plaquesAlzheimer diseasethe Congo redthe sodium sulphate-Alcian Blueanti-amyloid fibrils OC antibodiesGFAPReferencesГригорьев И.П., Коржевский Д.Э. Современные технологии фиксации биологического материала, применяемые при проведении иммуногистохимических исследований (обзор). Современные технологии в медицине. 2018; 10(2): 156-165Grigorev IP, Korzhevskii DE. Current Technologies for Fixation of Biological Material for Immunohistochemical Analysis (Review). Sovremennye tehnologii v medicine. 2018 Jun;10(2):156-65 (in Russian).Сухорукова Е.Г., Григорьев И.П., Кирик О.В., Коржевский Д.Э. Дополнительные гистологические и иммуноцитохимические методы, используемые при изучении нейродегенерации. В кн.: Молекулярная нейроморфология. Нейродегенерация и оценка реакции нервных клеток на повреждение. СПб: СпецЛит; 2015: 87110Sukhorukova E.G., Grigor'ev IP, Kirik OV, Korzhevskii DE. Dopolnitel'nye gistologicheskie i immunotsitokhimicheskie metody, ispol'zuemye pri izuchenii neirodegeneratsii. In: Molekulyarnaya neiromorfologiya. Neirodegeneratsiya i otsenka reaktsii nervnykh kletok na povrezhdenie. Saint Petersburg: SpetsLit; 2015 (in Russian). 2Сухорукова Е.Г., Гусельникова В.В. Иммуногистохимические маркеры астроцитов. В кн.: Иммуногистохимическое исследование головного мозга. СПб: СпецЛит; 2016: 85-109Sukhorukova EG, Gusel'nikova VV. Immunogistokhimicheskie markery astrotsitov. In: Immunogistokhimicheskoe issledovanie golovnogo mozga. Saint Petersburg: SpetsLit; 2016 (in Russian).Шавловский М.М. Молекулярные и генетические основы этиопатогенеза амилоидозов. Медицинский академический журнал. 2010; 10(4):63-81Schavlovsky MM. Ethiology and pathogenesis of amyloidoses: the molecular and genetic basis. Medical Academic Journal. 2010;10(4):63-81 (in Russian).Ariga T, Miyatake T, Yu RK. Role of proteoglycans and glycosaminoglycans in the pathogenesis of Alzheimer’s disease and related disorders: Amyloidogenesis and therapeutic strategies-A review. Journal of Neuroscience Research. 2010 Apr 5;88(11):2303-15. doi: 10.1002/jnr.22393Ariga T, Miyatake T, Yu RK. Role of proteoglycans and glycosaminoglycans in the pathogenesis of Alzheimer’s disease and related disorders: Amyloidogenesis and therapeutic strategies-A review. Journal of Neuroscience Research. 2010 Apr 5;88(11):2303-15. doi: 10.1002/jnr.22393Bennhold H. Specific staining of amyloid with Congo red. Munchener Medizinische Wochenschrifte. 1922; 69:1537-38.Bennhold H. Specific staining of amyloid with Congo red. Munchener Medizinische Wochenschrifte. 1922; 69:1537-38.Castellani R, Perry G. Molecular Pathology of Alzheimer’s Disease. Colloquium Series on Neurobiology of Alzheimer’s Disease. 2013 Oct 31;1(1):1-91. doi: 10.4199/c00095ed1v01y201310alz001Castellani R, Perry G. Molecular Pathology of Alzheimer’s Disease. Colloquium Series on Neurobiology of Alzheimer’s Disease. 2013 Oct 31;1(1):1-91. doi: 10.4199/c00095ed1v01y201310alz001Clement CG, Truong LD. An evaluation of Congo red fluorescence for the diagnosis of amyloidosis. Human Pathology. 2014 Aug;45(8):1766-72. doi: 10.1016/j.humpath.2014.04.016Clement CG, Truong LD. An evaluation of Congo red fluorescence for the diagnosis of amyloidosis. Human Pathology. 2014 Aug;45(8):1766-72. doi: 10.1016/j.humpath.2014.04.016Delaere P, Duyckaerts C, He Y, Piette F, Hauw JJ. Subtypes and differential laminar distributions of?pA4 deposits in Alzheimer’s disease: relationship with the intellectual status of 26 cases. Acta Neuropathologica. 1991 Feb;81(3):328-35. doi: 10.1007/Ы00305876Delaere P, Duyckaerts C, He Y, Piette F, Hauw JJ. Subtypes and differential laminar distributions of?pA4 deposits in Alzheimer’s disease: relationship with the intellectual status of 26 cases. Acta Neuropathologica. 1991 Feb;81(3):328-35. doi: 10.1007/bf00305876Frost GR, Li Y-M. The role of astrocytes in amyloid production and Alzheimer’s disease. Open Biology. 2017 Dec;7(12):170228. doi: 10.1098/rsob.170228Frost GR, Li Y-M. The role of astrocytes in amyloid production and Alzheimer’s disease. Open Biology. 2017 Dec;7(12):170228. doi: 10.1098/rsob.170228Gillmore JD, Hawkins PN. Pathophysiology and treatment of systemic amyloidosis. Nature Reviews Nephrology. 2013 Aug 27;9(10):574-86. doi: 10.1038/nrneph.2013.171Gillmore JD, Hawkins PN. Pathophysiology and treatment of systemic amyloidosis. Nature Reviews Nephrology. 2013 Aug 27;9(10):574-86. doi: 10.1038/nrneph.2013.171Gusel’nikova VV, Antimonova OI, Fedorova EA, Shavlovskii MM, Krutikov AN, Mikhailova EV, et al. Fluorene Derivative Disodium Salt as a New Fluorescent Dye for Identification of Amyloid Deposits in Myocardium of mdx Mice. Cell and Tissue Biology. 2018 May;12(3):213-6. doi: 10.1134/s1990519x18030057Gusel’nikova VV, Antimonova OI, Fedorova EA, Shavlovskii MM, Krutikov AN, Mikhailova EV, et al. Fluorene Derivative Disodium Salt as a New Fluorescent Dye for Identification of Amyloid Deposits in Myocardium of mdx Mice. Cell and Tissue Biology. 2018 May;12(3):213-6. doi: 10.1134/s1990519x18030057Gusel’nikova VV, Antimonova OI, Fedorova EE, Shavlovsky MM, Krutikov AN, Mikhailova EV, et al. Fluorescent characterization of amyloid deposits in the kidneys of mdx mice. European Journal of Histochemistry. 2018 Apr 3;62(2). doi: 10.4081/ejh.2018.2870Gusel’nikova VV, Antimonova OI, Fedorova EE, Shavlovsky MM, Krutikov AN, Mikhailova EV, et al. Fluorescent characterization of amyloid deposits in the kidneys of mdx mice. European Journal of Histochemistry. 2018 Apr 3;62(2). doi: 10.4081/ejh.2018.2870Gusel’nikova VV, Gudkova AY, Semernin EN, Grudinin NA, Krutikov AN, Shavloskii MM, et al. Characterization of amyloid deposits found in internal organs of mdx mice. Cell and Tissue Biology. 2017 Jan;11(1):27—34. doi: 10.1134/s1990519x17010047Gusel’nikova VV, Gudkova AY, Semernin EN, Grudinin NA, Krutikov AN, Shavloskii MM, et al. Characterization of amyloid deposits found in internal organs of mdx mice. Cell and Tissue Biology. 2017 Jan;11(1):27—34. doi: 10.1134/s1990519x17010047Haberland C. Clinical Neuropathology: text and color atlas. New York: Demos Medical; 2007.Haberland C. Clinical Neuropathology: text and color atlas. New York: Demos Medical; 2007.Ikeda SI, Allsop D, Glenner GG. Morphology and distribution of plaque and related deposits in the brains of Alzheimer's disease and control cases. Lab Invest. 1989 Jan;60:113-22.Ikeda SI, Allsop D, Glenner GG. Morphology and distribution of plaque and related deposits in the brains of Alzheimer's disease and control cases. Lab Invest. 1989 Jan;60:113-22.Kayed R, Head E, Sarsoza F, Saing T, Cotman CW, Necula M, et al. Fibril specific, conformation dependent antibodies recognize a generic epitope common to amyloid fibrils and fibrillar oligomers that is absent in prefibrillar oligomers. Molecular Neurodegeneration. 2007;2(1):18. doi: 10.1186/1750-1326-2-18Kayed R, Head E, Sarsoza F, Saing T, Cotman CW, Necula M, et al. Fibril specific, conformation dependent antibodies recognize a generic epitope common to amyloid fibrils and fibrillar oligomers that is absent in prefibrillar oligomers. Molecular Neurodegeneration. 2007;2(1):18. doi: 10.1186/1750-1326-2-18Kumar A, Singh A, Ekavali. A review on Alzheimer’s disease pathophysiology and its management: an update. Pharmacological Reports. 2015 Apr;67(2):195-203. doi: 10.1016/j.pharep.2014.09.004Kumar A, Singh A, Ekavali. A review on Alzheimer’s disease pathophysiology and its management: an update. Pharmacological Reports. 2015 Apr;67(2):195-203. doi: 10.1016/j.pharep.2014.09.004Liscic RM. Immunological Aspects and AntiAmyloid Strategy for Alzheimer’s Dementia. Archives of Industrial Hygiene and Toxicology. 2013 Dec 1;64(4):603-8. doi: 10.2478/10004-1254-64-2013-2414Liscic RM. Immunological Aspects and AntiAmyloid Strategy for Alzheimer’s Dementia. Archives of Industrial Hygiene and Toxicology. 2013 Dec 1;64(4):603-8. doi: 10.2478/10004-1254-64-2013-2414Masters CL, Bateman R, Blennow K, Rowe CC, Sperling RA, Cummings JL. Alzheimer’s disease. Nature Reviews Disease Primers. 2015 Oct 15;15056. doi: 10.1038/nrdp.2015.56Masters CL, Bateman R, Blennow K, Rowe CC, Sperling RA, Cummings JL. Alzheimer’s disease. Nature Reviews Disease Primers. 2015 Oct 15;15056. doi: 10.1038/nrdp.2015.56Mavrogiorgou P, Gertz HJ, Ferszt R, Wolf R, Bar KJ, Juckel G. Are routine methods good enough to stain senile plaques and neurofibrillary tangles in different brain regions of demented patients? Psychiatria Danubina. 2011; 23(4): 334-39.Mavrogiorgou P, Gertz HJ, Ferszt R, Wolf R, Bar KJ, Juckel G. Are routine methods good enough to stain senile plaques and neurofibrillary tangles in different brain regions of demented patients? Psychiatria Danubina. 2011; 23(4): 334-39.Ogomori K, Kitamoto T, Tateishi J, Sato Y, Suetsugu M, Abe M. Beta-protein amyloid is widely distributed in the central nervous system of patients with Alzheimer’s disease. The American journal of pathology [Internet]. 1989 [cited 2019 Apr 17];134(2):243-51. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1879581/Ogomori K, Kitamoto T, Tateishi J, Sato Y, Suetsugu M, Abe M. Beta-protein amyloid is widely distributed in the central nervous system of patients with Alzheimer’s disease. The American journal of pathology [Internet]. 1989 [cited 2019 Apr 17];134(2):243-51. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1879581/Perez-Nievas BG, Serrano-Pozo A. Deciphering the Astrocyte Reaction in Alzheimer’s Disease. Frontiers in Aging Neuroscience. 2018 Apr 25;10. doi: 10.3389/fnagi.2018.00114Perez-Nievas BG, Serrano-Pozo A. Deciphering the Astrocyte Reaction in Alzheimer’s Disease. Frontiers in Aging Neuroscience. 2018 Apr 25;10. doi: 10.3389/fnagi.2018.00114Perl DP. Neuropathology of Alzheimer’s Disease. Mount Sinai Journal of Medicine: A Journal of Translational and Personalized Medicine. 2010 Jan;77(1):32-42. doi: 10.1002/msj.20157Perl DP. Neuropathology of Alzheimer’s Disease. Mount Sinai Journal of Medicine: A Journal of Translational and Personalized Medicine. 2010 Jan;77(1):32-42. doi: 10.1002/msj.20157Raghunathan V, Louis D, Wirk B. Gastrointestinal Tract Amyloidosis Presenting With Pneumatosis Intestinalis. Journal of Clinical Medicine Research. 2017;9(7):654-8. doi: 10.14740/jocmr2957wRaghunathan V, Louis D, Wirk B. Gastrointestinal Tract Amyloidosis Presenting With Pneumatosis Intestinalis. Journal of Clinical Medicine Research. 2017;9(7):654-8. doi: 10.14740/jocmr2957wReal de Asua D, Galvan JM, Filigghedu MT, Trujillo D, Costa R, Cadinanos J. Systemic AA amyloidosis: epidemiology, diagnosis, and management. Clinical Epidemiology. 2014 Oct;369-77. doi: 10.2147/clep.s39981Real de Asua D, Galvan JM, Filigghedu MT, Trujillo D, Costa R, Cadinanos J. Systemic AA amyloidosis: epidemiology, diagnosis, and management. Clinical Epidemiology. 2014 Oct;369-77. doi: 10.2147/clep.s39981Sipe JD, Benson MD, Buxbaum JN, Ikeda S, Merlini G, Saraiva MJM, et al. Amyloid fibril proteins and amyloidosis: chemical identification and clinical classification International Society of Amyloidosis 2016 Nomenclature Guidelines. Amyloid. 2016 Oct;23(4):209-13. doi: 10.1080/13506129.2016.1257986Sipe JD, Benson MD, Buxbaum JN, Ikeda S, Merlini G, Saraiva MJM, et al. Amyloid fibril proteins and amyloidosis: chemical identification and clinical classification International Society of Amyloidosis 2016 Nomenclature Guidelines. Amyloid. 2016 Oct;23(4):209-13. doi: 10.1080/13506129.2016.1257986Snow AD, Willmer JP, Kisilevsky R. Sulfated glycosaminoglycans in Alzheimer’s disease. Human Pathology. 1987 May;18(5):506-10. doi: 10.1016/s0046-8177(87)80036-9Snow AD, Willmer JP, Kisilevsky R. Sulfated glycosaminoglycans in Alzheimer’s disease. Human Pathology. 1987 May;18(5):506-10. doi: 10.1016/s0046-8177(87)80036-9Wippold FJ, Cairns N, Vo K, Holtzman DM, Morris JC. Neuropathology for the Neuroradiologist: Plaques and Tangles. American Journal of Neuroradiology. 2007 Oct 9;29(1):18-22. doi: 10.3174/ajnr.a0781Wippold FJ, Cairns N, Vo K, Holtzman DM, Morris JC. Neuropathology for the Neuroradiologist: Plaques and Tangles. American Journal of Neuroradiology. 2007 Oct 9;29(1):18-22. doi: 10.3174/ajnr.a0781Yakupova EI, Bobyleva LG, Vikhlyantsev IM, Bobylev AG. Congo Red and amyloids: history and relationship. Bioscience Reports. 2018 Dec 19;39(1):BSR20181415. doi: 10.1042/bsr20181415Yakupova EI, Bobyleva LG, Vikhlyantsev IM, Bobylev AG. Congo Red and amyloids: history and relationship. Bioscience Reports. 2018 Dec 19;39(1):BSR20181415. doi: 10.1042/bsr20181415

The authors declare that there are no conflicts of interest present.