Analysis of entire transparent rodent bodies after clearing could provide holistic biological information in health and disease, but reliable imaging and quantification of fluorescent protein signals deep inside the tissues has remained a challenge. Here, we developed vDISCO, a pressure-driven, nanobody-based whole-body immunolabeling technology to enhance the signal of fluorescent proteins by up to two orders of magnitude. This allowed us to image and quantify subcellular details through bones, skin and highly autofluorescent tissues of intact transparent mice. For the first time, we visualized whole-body neuronal projections in adult mice. We assessed CNS trauma effects in the whole body and found degeneration of peripheral nerve terminals in the torso. Furthermore, vDISCO revealed short vascular connections between skull marrow and brain meninges, which were filled with immune cells upon stroke. Thus, our new approach enables unbiased comprehensive studies of the interactions between the nervous system and the rest of the body. A nanobody-based immunolabeling method, vDISCO, boosts the signal of fluorescent proteins and allows imaging of subcellular details in intact transparent mice. It uncovers neuronal projections and skull–meninges connections in whole adult mice.

Abstract Background Neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s are associated with the aggregation of endogenous peptides and proteins that contribute to neuronal dysfunction and loss. The glymphatic system, a brain-wide perivascular pathway along which cerebrospinal fluid (CSF) and interstitial fluid (ISF) rapidly exchange, has recently been identified as a key contributor to the clearance of interstitial solutes from the brain, including amyloid β. These findings suggest that measuring changes in glymphatic pathway function may be an important prognostic for evaluating neurodegenerative disease susceptibility or progression. However, no clinically acceptable approach to evaluate glymphatic pathway function in humans has yet been developed. Methods Time-sequenced ex vivo fluorescence imaging of coronal rat and mouse brain slices was performed at 30–180 min following intrathecal infusion of CSF tracer (Texas Red- dextran-3, MW 3 kD; FITC- dextran-500, MW 500 kD) into the cisterna magna or lumbar spine. Tracer influx into different brain regions (cortex, white matter, subcortical structures, and hippocampus) in rat was quantified to map the movement of CSF tracer following infusion along both routes, and to determine whether glymphatic pathway function could be evaluated after lumbar intrathecal infusion. Results Following lumbar intrathecal infusions, small molecular weight TR-d3 entered the brain along perivascular pathways and exchanged broadly with the brain ISF, consistent with the initial characterization of the glymphatic pathway in mice. Large molecular weight FITC-d500 remained confined to the perivascular spaces. Lumbar intrathecal infusions exhibited a reduced and delayed peak parenchymal fluorescence intensity compared to intracisternal infusions. Conclusion Lumbar intrathecal contrast delivery is a clinically useful approach that could be used in conjunction with dynamic contrast enhanced MRI nuclear imaging to assess glymphatic pathway function in humans.

Microglia are involved in synaptic pruning both in development and in the mature CNS. In this study, we investigated whether microglia might further contribute to circuit plasticity by modulating neuronal recruitment from the neurogenic subventricular zone (SVZ) of the adult mouse striatum. We found that microglia residing in the SVZ and adjacent rostral migratory stream (RMS) comprise a morphologically and antigenically distinct phenotype of immune effectors. Whereas exhibiting characteristics of alternatively activated microglia, the SVZ/RMS microglia were clearly distinguished by their low expression of purinoceptors and lack of ATP-elicitable chemotaxis. Furthermore, the in vivo depletion of these microglia hampered the survival and migration of newly generated neuroblasts through the RMS to the olfactory bulb. SVZ and RMS microglia thus appear to comprise a functionally distinct class that is selectively adapted to the support and direction of neuronal integration into the olfactory circuitry. Therefore, this unique microglial subpopulation may serve as a novel target with which to modulate cellular addition from endogenous neural stem and progenitor cells of the adult brain.Microglial cells are a specialized population of macrophages in the CNS, playing key roles as immune mediators. As integral components in the CNS, the microglia stand out for using the same mechanisms, phagocytosis and cytochemokine release, to promote homeostasis, synaptic pruning, and neural circuitry sculpture. Here, we addressed microglial functions in the subventricular zone (SVZ), the major postnatal neurogenic niche. Our results depict microglia as a conspicuous component of SVZ and its anterior extension, the rostral migratory stream, a pathway used by neuroblasts during their transit toward olfactory bulb layers. In addition to other unique populations residing in the SVZ niche, microglia display distinct morphofunctional properties that boost neuronal progenitor survival and migration in the mammalian brain.

Analysis of entire transparent rodent bodies could provide holistic information on biological systems in health and disease. However, it has been challenging to reliably image and quantify signal from endogenously expressed fluorescent proteins in large cleared mouse bodies due to the low signal contrast. Here, we devised a pressure driven, nanobody based whole-body immunolabeling technology to enhance the signal of fluorescent proteins by up to two orders of magnitude. This allowed us to image subcellular details in transparent mouse bodies through bones and highly autofluorescent tissues, and perform quantifications. We visualized for the first-time whole-body neuronal connectivity of an entire adult mouse and discovered that brain trauma induces degeneration of peripheral axons. We also imaged meningeal lymphatic vessels and immune cells through the intact skull and vertebra in naive animals and trauma models. Thus, our new approach can provide an unbiased holistic view of biological events affecting the nervous system and the rest of the body.

The glymphatic system is a brain-wide metabolite clearance pathway, impairment of which in post-traumatic and ischemic brain or healthy aging is proposed to contribute to intracerebral accumulation of amyloid-β and tau proteins. Glymphatic perivascular influx of cerebrospinal fluid (CSF) depends upon the expression and perivascular localization of the astroglial water channel aquaporin-4 (AQP4). Prompted by a recent publication that failed to find an effect of Aqp4 knock- out on perivascular CSF tracer influx and interstitial fluid (ISF) tracer dispersion, four independent research groups have herein re-examined the importance of Aqp4 in glymphatic fluid transport. We concur in finding that CSF tracer influx, as well as fluorescently-tagged amyloid-β efflux, are significantly faster in wild-type mice than in three different transgenic lines featuring disruption of the Aqp4 gene and one line in which AQP4 expression lacks the critical perivascular localization (Snta1 knockout). These data validate the role of AQP4 in supporting fluid and solute transport and efflux in brain in accordance with the glymphatic system model.