在本实验方案中,我们描述了对与先天性心脏缺陷相关的小鼠发育表型进行定性和定量分析的步骤。
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在本实验方案中,我们描述了对与先天性心脏缺陷相关的小鼠发育表型进行定性和定量分析的步骤。
先天性心脏病(CHD)是人类最常见的出生缺陷类型,影响高达1%的活产婴儿。然而,目前对CHD的根本病因仍了解甚少。发育中的小鼠是研究CHD的宝贵模型,因为小鼠与人类在心脏发育程序上具有高度保守性。本实验方案详细描述了如何获得特定妊娠阶段的小鼠胚胎,心脏组织的分离与保存方法以用于后续处理,通过组织学手段定量鉴定常见CHD类型(如室间隔缺损、房间隔缺损、动脉导管未闭)的方法,以及用于测量常见心肌致密化表型的定量组织形态学分析方法。这些方法系统阐述了样本制备、采集和分析的全部步骤,使科研人员能够准确且可重复地测量CHD。
先天性心脏病(CHD)是人类最常见的出生缺陷类型,也是出生缺陷相关死亡的首要原因1,2,3,4,5,6。尽管约90%的CHD新生儿能够存活,但该病常伴随显著的发病率和长期的医疗干预,给患者生活及医疗系统带来沉重负担7,8,9,10。除单纯的遗传因素外,CHD的病因尚不明确4。根据美国心脏协会及其他来源的数据,约56%-66%的CHD病例病因尚未明确2,3,4,11。已知的致病因素包括基因突变、拷贝数变异(CNVs)、新生单核苷酸变异以及非整倍体。流行病学研究提示,环境和饮食因素也可能在CHD的发生中起重要作用,例如母体生活方式2,12、经济贫困和种族差异13;此外,关于饮食因素的研究也表明叶酸11,14和生物活性脂质视黄酸15,16可能具有影响。深入研究CHD及其他心血管缺陷的机制与病因,对于开发预防策略和新型治疗方案具有重要意义1,4,17,18,19。
发育中的小鼠是研究哺乳动物先天性心脏病(CHD)的核心模型。然而,对于初次分析小鼠心脏的研究人员而言,某些常用方法和分析手段可能具有挑战性,例如保留心脏形态的解剖技术、发育阶段的分析以及与CHD相关缺陷的识别。本实验方案旨在为这些操作提供定性和定量的指导。因此,本方案详细说明了如何进行定时交配以获得特定妊娠阶段的胚胎,对怀孕雌鼠进行解剖以完整回收心脏(包括流出道等关联组织),心脏的固定及冷冻切片前处理,基本的组织学方法,常见心脏缺陷的定量分析,以及心肌致密化程度的定性分析——后者是多种类型先天性心脏病常见的前驱表型。
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本论文中所涉及实验使用的所有动物均按照密歇根州立大学机构动物照护与使用委员会(IACUC)的动物护理指南进行处理。
1. C57BL6/J 小鼠定时交配以获取胚胎
2. 雌性个体及胚胎心脏回收的解剖
3. 组织制备
注意:组织样本可采用OCT(最佳切割温度)包埋或石蜡包埋进行制备。两种方法各有优缺点,在选择包埋方法时应根据分析目的进行权衡。
4. OCT 包埋组织的冷冻切片
5. 石蜡包埋组织的切片
6. 组织脱蜡
7. 苏木精和伊红染色
8. 常见心脏缺陷的定性分析
9. 使用苏木精和伊红染色组织对心肌致密化程度进行定量分析

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比较了在两种不同环境下发育的心脏的肌肉致密化指数,即对照组与实验组。这些方案用于对肌肉组织的致密化程度进行定量分析,从而允许开展统计学分析。结果显示,与在非实验条件下发育的胚胎相比,实验组心脏的肌肉致密化程度显著降低。
若观察时间似乎不准确,则丢弃相应胚胎。尽管胚胎生长迟缓可能是实验处理所致,且胚胎发育进程存在个体差异,但通过合理安排交配时间,足以确保胚胎发育时序的准确性。胚胎分期采用Theiler分期法21。若切片不一致,或存在明显撕裂或折叠,则视为切片质量不佳。染色应提供足够的对比度以分辨组织边缘,但不应过深而致使细胞结构无法分辨。随后使用倒置显微镜和40倍物镜对切片进行成像。MCI值使用ImageJ软件和Microsoft Excel计算,并通过T检验对这些MCI值进行统计分析。
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本方案探讨了胚胎心脏中心脏发育分析所涉及的技术。该方法的一些局限性包括预备技术所需的动手灵巧性,这可能需要练习,以及显微镜成像操作的熟练程度。如果在冷冻切片机上获得的切片杂乱不清,则苏木精-伊红染色将不清晰;或者如果显微镜拍摄的图像照明不良,则ImageJ软件所用的方法将无法奏效。ImageJ软件阈值功能的一个局限性在于,它会根据像素值选择位于阈值一端的像素。因此,任何位于阈值错误一侧的像素都可能在计算中被错误地包含或排除。最终,在将本方案应用于研究时,必须进行必要的故障排查。
如果心脏提取过于困难,可考虑跳过至步骤 2.8。此外,可考虑从胸腔中取出除心脏和肺脏以外的更多组织。这样目标区域更大,更易于操作,同时可最大限度减少心脏与精细镊子之间的直接接触。在进行冷冻切片时,实验样本应始终与对照样本直接比较。只要操作误差在所有样本中保持一致,这种比较方式可在一定程度上容忍操作偏差。为尽量减少人为误差并避免假阳性结果,务必确保从各处理组中获取可比的切片。例如,若有多人参与切片制备,应确保每位操作者为对照组和所有处理组制备数量相等的切片,而非仅针对某一亚组。最后,在 ImageJ 中进行图...
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作者无任何披露事项需要报告。
Aguirre 实验室由美国国立卫生研究院下属的国家心肺血液研究所资助,资助编号为 K01HL135464,同时由美国心脏协会资助,资助编号为 19IPLOI34660342。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 15 mL 圆锥形离心管 | Fisher Scientific | # 1495970C | |
| C57BL/6J 小鼠 | Jackson Labs | C57BL/6J - stock 000664 | |
| 柯普林染色缸(x6) | VWR Scientific | # 25457-006 | |
| 盖玻片 24×50 mm #1.5 | VWR Scientific | # 48393-241 | |
| 冷冻切片机 - Leica CM3050S | Leica | N/A | |
| 解剖皿 | Fisher Scientific | # 50930381 | |
| Dumont #5 精细镊子(x2) | Fine Science Tools | # 11254-20 | |
| 伊红 Y 溶液 | Millipore Sigma | # HT110116-500ML | |
| 乙醇(纯度,200 proof) | Fisher Scientific | # BP2818-500 | |
| 乙二胺四乙酸(EDTA) | Millipore Sigma | # E9884-100G | |
| Eukitt 封片剂 | Millipore Sigma | # 03989-100ML | |
| 精细剪刀 | Fine Science Tools | # 14060-10 | |
| 荧光体视显微镜 Leica M165 FC | Leica | N/A | |
| 甘氨酸 | Millipore Sigma | # 410225-250G | |
| Graefe 镊子 | Fine Science Tools | # 11052-10 | |
| Graphpad Prism 8 软件 | Graphpad | ||
| ImageJ 软件 | ImageJ | ||
| Kimwipes 擦镜纸 | Fisher Scientific | # 06666A | |
| 梅耶苏木精染液 | Millipore Sigma | # MHS16-500ML | |
| 微量移液器吸头 - p200 | Fisher Scientific | # 02707448 | |
| Microsoft Excel 软件 | Microsoft | ||
| OCT 包埋剂 | VWR Scientific | # 102094-106 | |
| Olympus CkX53 显微镜 | Olympus | ||
| 画笔(至少 2 支) | |||
| 多聚甲醛 | VWR Scientific | # 0215014601 | 配制成 4% 溶液(溶于 PBS) |
| 巴斯德吸管 | Fisher Scientific | # 13-711-7M | |
| 青霉素-链霉素 | ThermoFisher Scientific | # 15140122 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | ThermoFisher Scientific | # 70011044 | 使用前从 10x 稀释至 1x |
| 天平 | Mettler Toledo | # MS1602TS | |
| 天平 | Mettler Toledo | # MS105 | |
| 手术刀柄 #3 | VWR Scientific | # 10161-918 | |
| 手术刀片 | VWR Scientific | # 21909-612 | |
| 方形模具 | VWR Scientific | # 100500-224 | 用于 OCT 包埋模具 |
| 蔗糖 | Millipore Sigma | # S9378-500G | |
| Superfrost Plus 载玻片 | Fisher Scientific | # 1255015 | |
| 外科剪刀 | Fine Science Tools | # 14002-14 | |
| Tissue-Tek Accu-Edge 一次性切片刀片 | VWR Scientific | # 25608-964 | |
| 便携式天平 | Acculab | VIC 5101 | |
| 二甲苯 | Millipore Sigma | 214736-1L |
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