Name: Pipeline pour l’étude anatomique tridimensionnelle multi-échelle du cœur humain (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-06-28T13:40:00.000+00:00
Duration: 4 min 22 s
Description: Découvrez une méthode d'anatomie cardiaque tridimensionnelle multi-échelle utilisant des cœurs humains de donneurs. Cette approche combine microscopie confocale, photogrammétrie et tomographie pour améliorer la chirurgie et la formation.

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Nous remercions les personnes qui ont fait don de leur corps pour l’avancement de l’éducation et de la recherche. Nous sommes reconnaissants envers la Fondation OneLegacy, qui a servi de base à l’obtention de cœurs de donneurs pour la recherche. Nous sommes également reconnaissants à Anthony A. Smithson et Arvin Roque-Verdeflor du Translational Research Imaging Center de l’UCLA (Département de radiologie) pour leur soutien dans l’acquisition de données CT. Ce projet a été soutenu par le projet Amara Yad de l’UCLA. Nous sommes reconnaissants aux Drs Kalyanam Shivkumar et Olujimi A. Ajijola d’avoir établi et maintenu un pipeline de recherche sur le cœur humain. Nous apprécions notre directrice des opérations de recherche, Amiksha S. Gandhi, pour son dévouement à soutenir nos projets. Ce travail a été rendu possible grâce au soutien des subventions NIH OT2OD023848 & P01 HL164311 et de la subvention Leducq 23CVD04 à Kalyanam Shivkumar, du prix de développement de carrière 23CDA1039446 de l’American Heart Association à PH et du projet Amara-Yad de l’UCLA (https://www.uclahealth.org/medical-services/heart/arrhythmia/about-us/amara-yad-project). Le scanner microPET/CT GNEXT utilisé dans cette étude a été financé par une subvention NIH Shared Instrumentation for Animal Research Grant (1 S10 OD026917-01A1).

Analyse 3D complète du cœur humain de la micro à la macro échelle

<ol><li>Tawara, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Das+reizleitungssystem+des+s%C3%A4ugetierherzens.+Eine+anatomisch-histologische+studie+%C3%BCber+das+atrioventrikularb%C3%BCndel+und+die+purkinjeschen+f%C3%A4den%5BTitle%5D)+AND+%22Jena%3A+Gustav+fischer%22%5BJournal%5D)">Das reizleitungssystem des säugetierherzens. Eine anatomisch-histologische studie über das atrioventrikularbündel und die purkinjeschen fäden.</a> Jena: Gustav fischer. , https://wellcomecollection.org/works/gnxjxg9e (1906).</li>
<li>Stephenson, R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+3-dimensional+imaging+of+the+human+cardiac+conduction+system+from+microanatomy+to+mathematical+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">High-resolution 3-dimensional imaging of the human cardiac conduction system from microanatomy to mathematical modeling.</a> Sci Rep. 7 (1), 7188(2017).</li>
<li>Kawashima, T., Sato, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((First+in+situ+3D+visualization+of+the+human+cardiac+conduction+system+and+its+transformation+associated+with+heart+contour+and+inclination%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">First in situ 3D visualization of the human cardiac conduction system and its transformation associated with heart contour and inclination.</a> Sci Rep. 11 (1), 8636(2021).</li>
<li>Bojsen-Moller, F., Tranum-Jensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole-mount+demonstration+of+cholinesterase-containing+nerves+in+the+right+atrial+wall%2C+nodal+tissue%2C+and+atrioventricular+bundle+of+the+pig+heart%5BTitle%5D)+AND+%22J+Anat%22%5BJournal%5D)">Whole-mount demonstration of cholinesterase-containing nerves in the right atrial wall, nodal tissue, and atrioventricular bundle of the pig heart.</a> J Anat. 108, Pt 3 375-386 (1971).</li>
<li>Zhao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ganglionated+plexi+and+ligament+of+marshall+ablation+reduces+atrial+vulnerability+and+causes+stellate+ganglion+remodeling+in+ambulatory+dogs%5BTitle%5D)+AND+%22Heart+Rhythm%22%5BJournal%5D)">Ganglionated plexi and ligament of marshall ablation reduces atrial vulnerability and causes stellate ganglion remodeling in ambulatory dogs.</a> Heart Rhythm. 13 (10), 2083-2090 (2016).</li>
<li>Chung, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ischemia-induced+ventricular+proarrhythmia+and+cardiovascular+autonomic+dysreflexia+after+cardioneuroablation%5BTitle%5D)+AND+%22Heart+Rhythm%22%5BJournal%5D)">Ischemia-induced ventricular proarrhythmia and cardiovascular autonomic dysreflexia after cardioneuroablation.</a> Heart Rhythm. 20 (11), 1534-1545 (2023).</li>
<li>Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anatomy+of+the+pig+heart%3A+Comparisons+with+normal+human+cardiac+structure%5BTitle%5D)+AND+%22J+Anat%22%5BJournal%5D)">Anatomy of the pig heart: Comparisons with normal human cardiac structure.</a> J Anat. 193, Pt 1 105-119 (1998).</li>
<li>Saburkina, I., Pauziene, N., Solomon, O. I., Rysevaite-Kyguoliene, K., Pauza, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+gross+anatomy+of+epicardiac+ganglionated+nerve+plexi+on+the+human+and+sheep+cardiac+ventricles%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Rec+%28Hoboken%29%22%5BJournal%5D)">Comparative gross anatomy of epicardiac ganglionated nerve plexi on the human and sheep cardiac ventricles.</a> Anat Rec (Hoboken). 306 (9), 2302-2312 (2023).</li>
<li>Hoagland, D. T., Santos, W., Poelzing, S., Gourdie, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+the+gap+junction+perinexus+in+cardiac+conduction%3A+Potential+as+a+novel+anti-arrhythmic+drug+target%5BTitle%5D)+AND+%22Prog+Biophys+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">The role of the gap junction perinexus in cardiac conduction: Potential as a novel anti-arrhythmic drug target.</a> Prog Biophys Mol Biol. 144, 41-50 (2019).</li>
<li>Aksu, T., Gopinathannair, R., Gupta, D., Pauza, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+cardiac+autonomic+nervous+system%3A+What+do+clinical+electrophysiologists+need+to+know+about+the+%26%2334%3Bheart+brain%26%2334%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cardiovasc+Electrophysiol%22%5BJournal%5D)">Intrinsic cardiac autonomic nervous system: What do clinical electrophysiologists need to know about the &#34;heart brain&#34.</a> J Cardiovasc Electrophysiol. 32 (6), 1737-1747 (2021).</li>
<li>Hanna, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Innervation+and+neuronal+control+of+the+mammalian+sinoatrial+node+a+comprehensive+atlas%5BTitle%5D)+AND+%22Circ+Res%22%5BJournal%5D)">Innervation and neuronal control of the mammalian sinoatrial node a comprehensive atlas.</a> Circ Res. 128 (9), 1279-1296 (2021).</li>
<li>Rajendran, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+peripheral+neural+circuits+that+regulate+heart+rate+using+optogenetic+and+viral+vector+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Identification of peripheral neural circuits that regulate heart rate using optogenetic and viral vector strategies.</a> Nature Communications. 10, 1944(2019).</li>
<li>Renier, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+of+brain+activity+by+automated+volume+analysis+of+immediate+early+genes%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Mapping of brain activity by automated volume analysis of immediate early genes.</a> Cell. 165 (7), 1789-1802 (2016).</li>
<li>Mcalpine, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heart+and+coronary+arteries%3A+An+anatomical+atlas+for+clinical+diagnosis%2C+radiological+investigation%2C+and+surgical+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Springer-verlag%22%5BJournal%5D)">Heart and coronary arteries: An anatomical atlas for clinical diagnosis, radiological investigation, and surgical treatment.</a> Springer-verlag. , ISBN 13: 9783540069850 (1975).</li>
<li>Mori, S., Shivkumar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereoscopic+three-dimensional+anatomy+of+the+heart%3A+Another+legacy+of+dr.+Wallace+a.+Mcalpine%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Sci+Int%22%5BJournal%5D)">Stereoscopic three-dimensional anatomy of the heart: Another legacy of dr. Wallace a. Mcalpine.</a> Anat Sci Int. 96 (3), 485-488 (2021).</li>
<li>Izawa, Y., Nishii, T., Mori, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereogram+of+the+living+heart%2C+lung%2C+and+adjacent+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Tomography%22%5BJournal%5D)">Stereogram of the living heart, lung, and adjacent structures.</a> Tomography. 8 (2), 824-841 (2022).</li>
<li>Sato, T., Hanna, P., Ajijola, O. A., Shivkumar, K., Mori, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photogrammetry+of+perfusion-fixed+heart%3A+Innovative+approach+to+study+3-dimensional+cardiac+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22JACC+Case+Rep%22%5BJournal%5D)">Photogrammetry of perfusion-fixed heart: Innovative approach to study 3-dimensional cardiac anatomy.</a> JACC Case Rep. 21, 101937(2023).</li>
<li>Tretter, J. T., Gupta, S. K., Izawa, Y., Nishii, T., Mori, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+dissection%3A+Emerging+as+the+gold+standard+of+analyzing+living+heart+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cardiovasc+Dev+Dis%22%5BJournal%5D)">Virtual dissection: Emerging as the gold standard of analyzing living heart anatomy.</a> J Cardiovasc Dev Dis. 7 (3), 30(2020).</li>
<li>Thomas, A. C., Davies, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+demonstration+of+cardiac+pathology+using+perfusion-fixation%5BTitle%5D)+AND+%22Histopathology%22%5BJournal%5D)">The demonstration of cardiac pathology using perfusion-fixation.</a> Histopathology. 9 (1), 5-19 (1985).</li>
<li>Glagov, S., Eckner, F. A., Lev, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+pressure+fixation+apparatus+for+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Pathol%22%5BJournal%5D)">Controlled pressure fixation apparatus for hearts.</a> Arch Pathol. 76, 640-646 (1963).</li>
<li>Iaizzo, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+visible+heart%28r%29+project+and+free-access+website+%27atlas+of+human+cardiac+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22Europace%22%5BJournal%5D)">The visible heart(r) project and free-access website 'atlas of human cardiac anatomy.</a> Europace. 18, suppl 4 163-172 (2016).</li>
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<li>Mori, S., Shivkumar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atlas+of+cardiac+anatomy+%28anatomical+basis+of+cardiac+interventions.+Vol.+1%29%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiotext%22%5BJournal%5D)">Atlas of cardiac anatomy (anatomical basis of cardiac interventions. Vol. 1).</a> Cardiotext. , (2022).</li>
<li>Crosado, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phenoxyethanol-based+embalming+for+anatomy+teaching%3A+An+18+years%27+experience+with+crosado+embalming+at+the+university+of+otago+in+new+zealand%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Sci+Educ%22%5BJournal%5D)">Phenoxyethanol-based embalming for anatomy teaching: An 18 years' experience with crosado embalming at the university of otago in new zealand.</a> Anat Sci Educ. 13 (6), 778-793 (2020).</li>
<li>Titmus, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+workflow+for+the+creation+of+photorealistic+3d+cadaveric+models+using+photogrammetry%5BTitle%5D)+AND+%22J+Anat%22%5BJournal%5D)">A workflow for the creation of photorealistic 3d cadaveric models using photogrammetry.</a> J Anat. 243 (2), 319-333 (2023).</li>
<li>Silva, J. N. A., Southworth, M., Raptis, C., Silva, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+applications+of+virtual+reality+in+cardiovascular+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22JACC+Basic+Transl+Sci%22%5BJournal%5D)">Emerging applications of virtual reality in cardiovascular medicine.</a> JACC Basic Transl Sci. 3 (3), 420-430 (2018).</li>
<li>Maresky, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+reality+and+cardiac+anatomy%3A+Exploring+immersive+three-dimensional+cardiac+imaging%2C+a+pilot+study+in+undergraduate+medical+anatomy+education%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Anat%22%5BJournal%5D)">Virtual reality and cardiac anatomy: Exploring immersive three-dimensional cardiac imaging, a pilot study in undergraduate medical anatomy education.</a> Clin Anat. 32 (2), 238-243 (2019).</li>
<li>Mori, S., Shivkumar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real+three-dimensional+cardiac+imaging+using+leading-edge+holographic+display%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Anat%22%5BJournal%5D)">Real three-dimensional cardiac imaging using leading-edge holographic display.</a> Clin Anat. 34 (6), 966-968 (2021).</li>
</ol>

La présente étude démontre le pipeline complet d’analyse d’échantillons obtenus à partir de cœurs humains entiers. Les résultats représentatifs montrent des examens anatomiques à l’échelle microscopique et macroscopique effectués en routine pour un seul cœur. Comme un échantillon de cœur humain est extrêmement précieux, une approche multi-échelle est idéale et efficace afin de ne gaspiller aucune partie de l’échantillon en appliquant plusieurs protocoles à diverses fins, y compris la découverte dans la recherche scientifique, l’amélioration des procédures cliniques et l’éducation anatomique avec le maintien de la corrélation anatomique dans le contexte de l’ensemble du cœur.
En ce qui concerne l’examen à l’échelle microscopique, l’immunocoloration et la microscopie peuvent être appliquées pour comprendre la cytoarchitecture des échantillons cardiaques humains. Ici, l’application du nettoyage tissulaire et de l’immunohistochimie pour étudier la neuroanatomie cardiaque à l’échelle cellulaire est démontrée. L’utilisation de ces techniques est utile dans la caractérisation du système nerveux cardiaque et des modèles d’innervation myocardique en relation avec des structures d’intérêt, telles que le système de conduction cardiaque et les cavités cardiaques. Bien qu’une excellente résolution spatiale soit obtenue, l’utilisation de la microscopie confocale, en particulier pour les échantillons dont les tissus ont été éliminés, prend beaucoup de temps. La microscopie à feuille de lumière peut être utilisée pour réduire le temps d’acquisition d’images au détriment de la résolution spatiale.
En ce qui concerne l’examen à l’échelle méso à macroscopique, la résolution spatiale des scanners micro-CT dans l’établissement des auteurs varie de 10 à 200 μm. La taille de l’échantillon est limitée à 20 mm pour un balayage de 10 μm et à 120 mm pour un balayage de 100-200 μm. Les scanners Micro-CT de l’institution des auteurs ne peuvent pas accueillir tout le cœur. Ainsi, dans l’établissement des auteurs, un scanner du cœur entier nécessite l’utilisation d’un scanner clinique avec une résolution spatiale de 600 μm, bien que les progrès aient permis le développement de scanners micro-CT capables d’imager l’ensemble du cœur2. Le développement technologique, comme la tomodensitométrie par comptage de photons, élargira certainement d’autres possibilités. L’amélioration de la résolution spatiale du fichier STL devrait être la première étape pour améliorer encore la qualité de l’impression 3D. Le coût plus élevé de l’impression 3D limite l’application de la technique à la pratique clinique de routine. Les images photogrammétriques générées à partir de n’importe quelle application pour smartphone sont faciles à développer et de qualité acceptable, mais nécessiteront d’autres systèmes sophistiqués mais coûteux et chronophages pour améliorer la résolution26. Pour visualiser en 3D, la réalité étendue avec un casque dédié27,28 et des moniteurs holographiques29 sont des outils supplémentaires mais sont également limités par un coût plus élevé.
En résumé, grâce à des analyses structurelles complètes à travers les échelles microscopiques et macroscopiques, l’anatomie à l’échelle microscopique de chaque structure et sa contribution fonctionnelle peuvent être comprises dans le contexte de l’ensemble du cœur. Parallèlement au développement de l’imagerie à haute résolution, la distance entre l’anatomie à l’échelle micro et macro s’étend considérablement. Les experts en analyse au microscope électronique des cardiomyocytes ne connaissent peut-être pas le nombre de feuillets mitrals et vice versa. Pour faciliter la compréhension complète de la morphologie cardiaque, les scientifiques doivent continuer à explorer davantage de détails de chaque arbre, tout en conservant une vue d’ensemble de l’ensemble de la forêt.

Comme la fonction suit la forme, la compréhension de l’architecture du cœur est fondamentale pour apprécier sa physiologie. Bien que de nombreuses recherches aient révélé l’anatomie cardiaque à l’échelle microscopique 1,2,3, de nombreuses questions restent en suspens, en particulier celles liées à l’anatomie cardiaque humaine. Cela s’explique en partie par le fait que les études fondamentales axées sur l’anatomie fonctionnelle ont généralement utilisé des cœurs d’animaux 4,5,6, qui sont souvent distincts des cœurs humains 1,7,8. De plus, chaque étude individuelle, même celles utilisant des échantillons de cœur humain, a tendance à se concentrer sur des structures très spécifiques, ce qui rend difficile l’application des résultats dans le contexte de l’ensemble du cœur. C’est encore plus vrai si les structures focalisées se trouvent à des échelles micro ou mésoscopiques, comme le perinexus9 et les plexus ganglionnaires10.
Dans ce contexte, l’étude structurale systémique du cœur humain rejeté pour la transplantation offre une occasion unique et rare d’obtenir un atlas complet des structures cardiaques en mettant l’accent sur les échelles microscopiques et macroscopiques11. Les protocoles d’examen microscopique comprennent l’élimination des tissus (imagerie tridimensionnelle (3D) modifiée des organes éliminés par immunomarquage, iDISCO+)12,13 et la coloration immunohistochimique. Les protocoles d’examen mésoscopique comprennent la dissection stéréoscopique, la macrophotographie et la tomodensitométrie (TDM). Les protocoles d’examen macroscopique comprennent la dissection macroscopique14, la photographie (y compris les anaglyphes et la photogrammétrie)15,16,17, la tomodensitométrie, la dissection virtuelle 18 et l’impression 3D du cœur disséqué physiquement ou virtuellement ou du cœur entier17. En préparation à l’examen macroscopique, une fixation par perfusion de pression est effectuée pour maintenir l’architecture 3D et la morphologie physiologiquement pertinente du cœur 14,19,20,21. L’application combinée de ces techniques est unique et cruciale pour corréler des caractéristiques anatomiques distinctes dans le contexte de l’architecture 3D du cœur humain.
Comme la possibilité d’obtenir un échantillon de cœur humain non pathologique est extrêmement limitée, une approche multi-échelle décrite dans le présent document maximise l’utilisation de l’échantillon. En appliquant les différentes procédures décrites ci-dessous, des résultats représentatifs illustreront au lecteur comment les résultats peuvent être utilisés à des fins multiples, y compris la découverte dans la recherche scientifique11 (analyses complètes de l’innervation cardiaque, de la distribution des plexus ganglionnaires), l’amélioration des procédures cliniques (simulation pour les approches chirurgicales et interventionnelles) et l’éducation anatomique (démonstration 3D réelle de l’anatomie cardiaque).

<table><tbody><tr><td>1x Saline tamponnée au phosphate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3813</td><td></td></tr><tr><td>Visionneuse 3D</td><td>Microsoft</td><td></td><td></td></tr><tr><td>647 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG Jackson</td><td>ImmunoResearch Laboratories</td><td>711-605-152</td><td></td></tr><tr><td>647 AffiniPure Donkey Anti-Sheep IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch Laboratories</td><td>713-605-147</td><td></td></tr><tr><td>AF Micro-NIKKOR 200 mm f/4D IF-ED objectif</td><td>Nikon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Anti-Actin, &alpha ;-Smooth Muscle - Cy3</td><td>Anticorps Sigma-Aldrich</td><td>C6198</td><td></td></tr><tr><td>Tampon de récupération d’antigène (tampon 100x EDTA, pH 8,0)</td><td>Abcam</td><td>ab93680</td><td></td></tr><tr><td>Anti-PGP9.5 (produit génique protéique 9.5)</td><td>Abcam</td><td>ab108986</td><td></td></tr><tr><td>Anti-TH (tyrosine hydrox ylase)</td><td>Abcam</td><td>ab1542</td><td></td></tr><tr><td>Anti-VAChT (transporteur vésiculaire d’acétylcholine)</td><td>Synaptic Systems</td><td>139 103</td><td></td></tr><tr><td>Éther benzylique</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>108014</td><td></td></tr><tr><td>Albumine sérique bovine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A4503-10G</td><td></td></tr><tr><td>Filament d’imprimante 3D Cheetah (95A), 1,75 mm</td><td>NinjaTek</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Coverslip, 22 mm x 30 mm, n° 1.5</td><td>VWR</td><td>48393 151</td><td></td></tr><tr><td>Cy3 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG Jackson</td><td>ImmunoResearch Laboratories</td><td>711-165-152</td><td></td></tr><tr><td>Dichlorométhane</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270997-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Diméthyl sulfoxyde</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D8418-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Éthanol, 100 %</td><td>Laboratoires Decon</td><td>2701</td><td></td></tr><tr><td>Glycine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G7126-500G</td><td></td></tr><tr><td>GNEXT TEP/TDM</td><td>SOFIE Biosciences</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sel d’héparine sodique de la muqueuse intestinale porcine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H3149-50KU</td><td></td></tr><tr><td>Histodenz</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D2158-100G</td><td></td></tr><tr><td>Solution de peroxyde d’hydrogène</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H1009-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Logiciel d’imagerie</td><td>Zeiss</td><td>ZEN (black edition)</td><td></td></tr><tr><td>Logiciel d’imagerie</td><td>Oxford Instruments</td><td>Imaris 10</td><td></td></tr><tr><td>iSpacer</td><td>Sunjin Labs</td><td>iSpacer 3mm</td><td></td></tr><tr><td>KIRI Engine</td><td>KIRI Innovation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microscope confocal à balayage laser</td><td>Zeiss</td><td>LSM 880</td><td></td></tr><tr><td>LEAD-2 - Vertical & Pompe péristaltique multicanaux</td><td>LONGER</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lightview XL&nbsp ;</td><td>Méthanol Brightech</td><td></td><td></td></tr><tr><td>(Certifié ACS)</td><td>Fischer Scientific</td><td>A412-4</td><td></td></tr><tr><td>Nikon D850</td><td>Nikon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NinjaTek NinjaFlex TPU @MK4</td><td>NinjaTek</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sérum d’âne normal</td><td>Jackson ImmunoResearch Laboratories</td><td>017-000-121</td><td></td></tr><tr><td>Imprimante 3D Prusa MK4 d’origine</td><td>Prusa Research</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stylo PAP</td><td>Abcam</td><td>ab2601</td><td></td></tr><tr><td>Paraformaldéhyde, 32 %</td><td>Microscopie électronique Sciences</td><td>15714-S</td><td></td></tr><tr><td>Polycam</td><td>Polycam</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Anticorps</td><td></td><td></td><td></td>primaire</tr><tr><td>PrusaSlicer 2.7.1</td><td>Prusa Research</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SARA-Engine</td><td>pita4 mobile LLC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Scaniverse</td><td>Niantic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Anticorps</td><td></td><td></td><td></td>secondaire</tr><tr><td>SlowFade Gold Antiface</td><td>Mountant Invitrogen</td><td>S36936</td><td></td></tr><tr><td>Azoture de sodium, 5 % (p/v)</td><td>Ricca Chemical Company</td><td>7144.8-32</td><td></td></tr><tr><td>SOMATOM Définition AS</td><td>Siemens Healthcare</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Standard Field Surgi-Spec Telescopes,&nbsp ;</td><td>Designs for Vision</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stereomicroscope System SZ61</td><td>OLYMPUS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>StereoPhoto Maker</td><td>Logiciel gratuit développé par Masuji Suto</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Superfrost Plus Lames de microscope, pré-nettoyées</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-550-15</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T8787-50ML</td><td></td></tr><tr><td>Tween-20</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P9416-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Xylene</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>534056-4L</td><td></td></tr><tr><td>Ziostation2</td><td>Ziosoft, AMIN</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

pipeline pour l’étude anatomique tridimensionnelle multi-échelle du cœur humain

Pipeline for Multi-Scale Three-Dimensional Anatomic Study of the Human Heart

L’étude détaillée des cœurs humains non défaillants rejetés pour la transplantation offre une occasion unique d’effectuer des analyses structurelles à des échelles microscopiques et macroscopiques. Ces techniques comprennent l’élimination des tissus (imagerie tridimensionnelle (3D) modifiée par immunomarquage des organes éliminés par solvant) et la coloration immunohistochimique. Les procédures d’examen mésoscopique comprennent la dissection stéréoscopique et la tomodensitométrie (TDM). Les procédures d’examen macroscopique comprennent la dissection macroscopique, la photographie (y compris les anaglyphes et la photogrammétrie), la tomodensitométrie et l’impression 3D du cœur disséqué physiquement ou virtuellement ou entier. Avant l’examen macroscopique, une fixation par perfusion de pression peut être effectuée pour maintenir l’architecture 3D et la morphologie physiologiquement pertinente du cœur. L’application combinée de ces techniques à l’étude du cœur humain est unique et cruciale pour comprendre la relation entre des caractéristiques anatomiques distinctes telles que la coronaroplastie et l’innervation myocardique dans le contexte de l’architecture 3D du cœur. Ce protocole décrit les méthodologies en détail et comprend des résultats représentatifs pour illustrer les progrès de la recherche sur l’anatomie cardiaque humaine.

Examens à l’échelle microscopique L’application d’un nettoyage tissulaire permet d’imager de plus grands volumes de tissus en 3D à l’aide de la microscopie confocale. Dans le cœur, les ganglions contenant les neurones cardiaques et la structure neuronale de l’innervation myocardique peuvent être visualisés (Figure 2). La figure 3 montre une image confocale du myocarde du ventricule gauche humain immunomarqué pour les nerfs et les cellules musculaires lisses. On note que les vaisseaux sanguins traversent le myocarde et que de nombreuses fibres nerveuses sont identifiées, à la fois en association avec et indépendamment des vaisseaux sanguins.
Examens à l’échelle méso et macroscopique Lors de l’utilisation d’éthanol absolu pour la perfusion et la fixation sous pression de 24 heures, la couleur naturelle de l’échantillon est blanchie, le tissu est déshydratéet l’élasticité est considérablement réduite. D’autre part, lors de la fixation avec du PFA et du formol, la couleur naturelle et l’élasticité sont remarquablement maintenues. Pour ces raisons, le PFA ou le formol est principalement utilisé comme fixateur préféré.
La figure 6 montre des images représentatives de la dissection grossière, de la dissection virtuelle, du modèle polygonal STL et de l’impression tridimensionnelle. La figure 7 montre des images représentatives des anaglyphes créés à partir d’images de dissection grossière et virtuelle. La perception de la profondeur peut être obtenue avec des lunettes anaglyphiques. Le modèle photogrammétrique unique capturé peut être observé de presque toutes les directions à l’aide d’un logiciel disponible dans le commerce et démontre des caractéristiques anatomiques complexes pertinentes pour les procédures cardiaques transcathéter de routine. En appliquant ces techniques au cœur préparé avec perfusion de pression et fixation, les informations tridimensionnelles sur le cœur peuvent être presque éternellement conservées, numériquement ou physiquement, et partagées sans frontières. La figure 8 montre les impressions 3D à l’échelle 50 % reproduites à partir des cœurs disséqués rejetés pour la transplantation.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig01.jpg"> Figure 1 : Organigramme du protocole. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig02.jpg"> Figure 2 : Coupe de l’oreillette droite nettoyée des tissus. (A) Vue oblique postérieure droite d’un oreillette droite avec le plexus ganglionnaire de l’oreillette droite (RAGP) disséqué pour l’élimination des tissus. (B) Échantillon RAGP avant et après l’élimination des tissus. (C) Projection de l’intensité maximale d’une partie de RAGP humaine éliminée par iDISCO+ démontrant que les ganglions (pointes de flèches) sont immunomarqués avec le produit génique protéique marqueur pan-neuronal 9.5 (PGP9.5). Les barres d’échelle mesurent 1 cm (A), 5 mm (B) et 500 μm (C). Cette figure est adaptée de Hanna et al.11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig03.jpg"> Figure 3 : Lames immunomarquées du ventricule gauche humain. Image confocale d’une tranche de myocarde du ventricule gauche humain immunomarquée avec le gène marqueur pan-neuronal produit génique 9.5 (PGP9.5) et le marqueur des cellules musculaires lisses α-actine musculaire lisse (αSMA). L’autofluorescence musculaire est visible à l’aide de la ligne laser de 488 nm (verte). La barre d’échelle est de 50 μm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig03large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig04.jpg"> Figure 4 : Imagerie par micro-tomodensitométrie d’échantillons cardiaques. (A) Installation de micro-tomodensitométrie pour l’imagerie d’échantillons cardiaques. (B) Interface utilisateur pour l’imagerie par micro-tomodensitométrie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig04large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig05.jpg"> Figure 5 : Décor d’un studio photo au Centre d’arythmie cardiaque de l’UCLA. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig05large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig06.jpg"> Figure 6 : Dissection macroscopique (en haut à gauche), dissection virtuelle (en haut à droite), modèle de polygone STL (en bas à gauche) et images d’impression tridimensionnelle (en bas à droite) du complexe valvulaire aortique et mitral. Veuillez <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig06large.jpg" target="_blank">cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig07.jpg"> Figure 7 : Anaglyphes d’une dissection macroscopique (à gauche) et d’une dissection virtuelle (à droite) du complexe valvulaire aortique et mitral. Des lunettes anaglyphiques (rouge/cyan) sont nécessaires pour obtenir une perception de la profondeur. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig07large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig08.jpg"> Figure 8 : Impression tridimensionnelle d’échantillons cardiaques. (A) Configuration d’une imprimante tridimensionnelle (3D) pour l’impression 3D d’échantillons cardiaques avec un filament TPU. (B) Impressions 3D cardiaques représentatives produites à l’aide des méthodes décrites dans cette étude. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig08large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>

Ce protocole présente un pipeline complet pour analyser des échantillons obtenus à partir de cœurs humains qui couvrent les échelles microscopique et macroscopique.

Pipeline pour l’étude anatomique tridimensionnelle multi-échelle du cœur humain

Detailed study of non-failing human hearts rejected for transplantation provides a unique opportunity to perform structural analyses across microscopic ...

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Recherche

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Biology

Biologie

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