Die volumetrische Bildgebung ist für genaue Untersuchungen der kardiovaskulären Physiologie und Erkrankungen erforderlich. Die quantitative Bildgebung erzeugt hochauflösende Bildstapel mit intakten volumetrischen Abmessungen. Die Proben müssen sowohl konserviert werden, um ihre In-vivo-Morphologie und ihr Lumenvolumen zu erhalten, als auch in einer einheitlich hohen Auflösungskapazität abgebildet werden. Aus hochauflösenden Bildgebungsstapeln kann der Benutzer dreidimensionale Gefäß-Renderings mit hoher Wiedergabetreue erstellen, die eine vollständige Darstellung von Gefäßformen, -struktur und -konnektivität ermöglichen1.
Kardiovaskuläre Strukturen besitzen komplexe dreidimensionale anatomische Merkmale, die nicht genau erfasst werden können, wenn man sie durch eine zweidimensionale, unzusammenhängende Linse untersucht. Stereoskop, die morphologische Bildgebung und histologische Schnitte sind unzureichend, um komplexe dreidimensionale Variationen zu erfassen 1,2,3. Mikro- und Nano-Computertomographie-Bilder sind der Goldstandard für die quantitative volumetrische Bildgebung von Kleintieren 1,4, sind aber in der biologischen Gemeinschaft nicht allgemein zugänglich oder werden nicht übernommen. Jüngste Innovationen in der Gewebereinigung und der Ganzorgan-/Kleintiermikroskopie haben quantitative Anwendungen von Whole-Mount-Clearing- und Gefäßmarkierungstechniken ermöglicht 5,6,7. Tissue-Clearing dient der Homogenisierung der Lichtstreuung in Gewebeproben und reduziert so Verzögerungen bei der Lichtausbreitung durch das Medium, indem die Wahrscheinlichkeit von Lichtstreuung oder -absorption verringert wird. Eine hohe Transparenz erfordert eine stringente Gewebeverarbeitung, die sich auf die Antigenität oder Helligkeit der Fluoreszenzsignalmarkierung auswirken kann8. Die Lichtblattmikroskopie hat sich zu einem schnellen, leistungsstarken Bildgebungswerkzeug entwickelt, das von Biologen weit verbreitet ist9 und einen Geschwindigkeitsgewinn um mehrere Größenordnungen gegenüber Rastermikroskopen bietet und die Möglichkeit bietet, Proben mit einer Größe von mehr als 1 cm abzubilden. Bei der Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie (LSFM) beleuchtet ein Laser einen Probenquerschnitt mit erhöhter Geschwindigkeit und Tiefe im Vergleich zur konfokalen Mikroskopie; Aus diesem Grund erfordert die Methode eine hohe Probentransparenz.
Hier adaptieren die Autoren aktuelle iDISCO+-Clearing-Methoden und kombinieren sie mit Endo-Painting10 im Tiermodell des Hühnerembryos, um die Wirksamkeit der Methode von der frühen bis zur späten kardiovaskulären Entwicklung zu demonstrieren. iDISCO (immunolabeling-enabled three-dimensional imaging of solvent-cleared organs) ist ein organisches lösungsmittelbasiertes Clearingverfahren, das im Gegensatz zu wässrigen Clearing-basierten Methoden keinen bildgebenden Artefakten durch Lösungsmittelverdampfung unterliegt. iDISCO unterscheidet sich von iDISCO+ dadurch, dass der Tetrahydrofuran-Dehydratisierungsschritt des ersteren (iDISCO) durch eine mildere Methanol-Dehydratisierung gefolgt von einem Lipidextraktionsschritt (iDISCO+) ersetzt wird. Zu den Vorteilen der iDISCO+ Clearing-Methode gehören die Immunmarkierung großer adulter Proben und Embryonen, die geringe Gewebeschrumpfung und die hohe Transparenz 8,11. Wichtig ist, dass iDISCO+ die Erzeugung hochauflösender Bildstapel ermöglicht und die traditionellen Immunmarkierungstechniken der Biologie erweitert, um Informationen über große Organproben oder einen ganzen Embryo zu gewinnen, anstatt auf die Probenahme kleiner Regionen beschränkt zu sein, denen Informationen über die gesamte Organisation auf Gewebeebene fehlen, wie bei der traditionellen Histologie9. Zu den Nachteilen von iDISCO+ gehört, dass genetisch kodierte fluoreszierende Proteine nicht konserviert werden11. Die Gewebemarkierungsmethode des Endo-Painting wurde zunächst als Hochdurchsatz-Screening auf kardiovaskuläre Defekte unter Verwendung von HH31-HH36-Hühnerembryonen eingeführt, die mit 0,5 mg/ml FITC-poly-L-lysin in der linksventrikulären Spitze perfundiert wurden. Der Farbstoff wurde 4 Minuten lang binden gelassen, bevor er fixiert undgelagert wurde 10.
Die vorliegende Studie ergab, dass die gleiche FITC-Poly-L-Lysin-Konzentration für ein breiteres Spektrum von Embryonen (HH18 - HH34) verwendet werden konnte, fand aber die ideale Fixierungszeit zu variieren (von 5-10 Minuten), um hell markierte Gefäße zu gewährleisten. Benutzer der vorliegenden endo-DISCO-Technik möchten möglicherweise die Farbstoffkonzentration anpassen (jeweils um 0,1 mg/ml verringern), falls sich die Lösung als zu viskos erweist, um alle gewünschten Gefäße zu markieren, werden jedoch ermutigt, zuerst die Fixierungszeit anzupassen und die Muskelkontraktion des linken Ventrikels zu optimieren, bevor sie die Farbstoffkonzentration anpassen. Die Autoren versuchten es mit Endo-Painting mit einer Konzentration von 0,1 mg/ml und stellten fest, dass sich der Farbstoff zwar leichter durch kleine Gefäße ausbreitete, aber bei der PFA-Perfusion leichter weggespült wurde. Die Autoren zeigen, dass die hochauflösenden Bildgebungsstacks, die mit der vorliegenden Technik erzeugt werden, von ausreichender Qualität für die computergestützte hämodynamische Modellierung sind. Blutströmungswege und entsprechende hämodynamische Kräfte, einschließlich Druck- und Wandscherspannungsverteilungen, treten in komplexen lokalisierten Mustern auf, die nur durch computergestützte Strömungssimulationen aufgelöst werden können 1,12. Diese biomechanischen Kräfte beeinflussen das Verhalten benachbarter kardiovaskulärer Gewebe und lösen die Anpassung, das Wachstum und den Umbau der Gefäßeaus 13. Das Verständnis der lokalen hämodynamischen Kraftwerte wirft ein kritisches Licht auf die mechanistischen Regulatoren der kardiovaskulären Funktion und der Krankheitsentstehung oder -progression2.