Mesoskopische optische Bildgebung des ganzen Mausherzens

Francesco Giardini; Erica Lazzeri; Camilla Olianti; Giada Beconi; Irene Costantini; Ludovico Silvestri; Elisabetta Cerbai; Francesco S. Pavone; Leonardo Sacconi

doi:10.3791/62795

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Methodenartikel

Mesoskopische optische Bildgebung des ganzen Mausherzens

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DOI:

10.3791/62795

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14. Oktober 2021

Francesco Giardini^*¹ , Erica Lazzeri^*¹ , Camilla Olianti^*¹ , Giada Beconi¹ , Irene Costantini¹^,² , Ludovico Silvestri¹^,³^,⁴ , Elisabetta Cerbai¹^,⁵ , Francesco S. Pavone¹^,³^,⁴ , Leonardo Sacconi¹^,³^,⁶

¹European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy, ²Department of Biology, University of Florence, ³National Institute of Optics, National Research Council, ⁴Department of Physics and Astronomy, University of Florence, ⁵Department of Neurosciences, Psychology, Drugs and Child Health, University of Florence, ⁶Institute for Experimental Cardiovascular Medicine, Faculty of Medicine, University of Freiburg

^* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Wir berichten über eine Methode zur mesoskopischen Rekonstruktion des gesamten Mausherzens durch die Kombination neuer Fortschritte in der Gewebetransformation und Färbung mit der Entwicklung eines axial gescannten Lichtblattmikroskops.

Zusammenfassung

Sowohl genetische als auch nicht-genetische Herzerkrankungen können schwere Umbauprozesse im Herzen verursachen. Strukturelle Umbauten, wie Kollagenablagerung (Fibrose) und zelluläre Fehlausrichtung, können die elektrische Leitung beeinträchtigen, elektromechanische Funktionsstörungen verursachen und schließlich zu Arrhythmien führen. Aktuelle Vorhersagemodelle dieser funktionellen Veränderungen basieren auf nicht integrierten und niedrig aufgelösten Strukturinformationen. Diesen Rahmen auf eine andere Größenordnung zu legen, ist aufgrund der Unwirksamkeit von Standard-Bildgebungsmethoden bei der Durchführung hochauflösender Bildgebung in massivem Gewebe eine Herausforderung. In dieser Arbeit beschreiben wir einen methodischen Rahmen, der die Abbildung ganzer Mausherzen mit mikrometrischer Auflösung ermöglicht. Die Erreichung dieses Ziels erforderte eine technologische Anstrengung, bei der Fortschritte bei der Gewebetransformation und bildgebenden Verfahren kombiniert wurden. Zunächst beschreiben wir ein optimiertes CLARITY-Protokoll, das in der Lage ist, ein intaktes Herz in eine nanoporöse, hydrogelhybridisierte, lipidfreie Form umzuwandeln, die eine hohe Transparenz und tiefe Färbung ermöglicht. Dann wird ein Fluoreszenz-Lichtblattmikroskop beschrieben, das in der Lage ist, schnell Bilder eines mesoskopischen Sichtfeldes (mm-Skala) mit der Auflösung im Mikrometerbereich aufzunehmen. Im Anschluss an das mesoSPIM-Projekt ermöglicht das konzipierte Mikroskop die Rekonstruktion des gesamten Mausherzens mit mikrometrischer Auflösung in einem einzigen tomographischen Scan. Wir glauben, dass dieser methodische Rahmen es ermöglichen wird, die Beteiligung der Zytoarchitektur an den elektrischen Dysfunktionen zu klären und den Weg für ein umfassendes Modell zu ebnen, das sowohl die funktionellen als auch die strukturellen Daten berücksichtigt und so eine einheitliche Untersuchung der strukturellen Ursachen ermöglicht, die zu elektrischen und mechanischen Veränderungen nach dem Gewebeumbau führen.

Einleitung

Strukturumbau im Zusammenhang mit Herzerkrankungen kann die elektrische Leitung beeinträchtigen und elektromechanische Funktionsstörungen des Organs ^1,2 verursachen. Aktuelle Ansätze zur Vorhersage funktioneller Veränderungen verwenden häufig MRT und DT-MRT, um eine Gesamtrekonstruktion der Fibroseablagerung, des Gefäßbaums und der Faserverteilung des Herzens zu erhalten, und sie werden verwendet, um APP-Pfade (Preferential Action Potential Propagation) über das Organ ^3,4 zu modellieren. Diese Strategien können einen schönen Überblick über die Herzorga....