9 באפריל 2018
אנו לתאר בדיקות מכניות בו זמנית, 3D-הדמיה של העורקים בדופן מבודדים, לחיות ההתנגדות האנושית העורקים, וניתוחים פיג'י, Ilastik התמונה עבור כימות של אלסטין וקולגן המרחבי הארגון ונפח צפיפות. נדון השימוש של נתונים אלה במודלים מתמטיים של קיר עורקי מכניקה.
המטרה הכוללת של מתודולוגיה זו היא לספק נוהל סטנדרטי להשגת תמונות של עורקי התנגדות אנושיים חיים לניתוח הקשר בין המיקרו-ארכיטקטורה של המטריצה החוץ-תאית לבין המכניקה של דופן העורק. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בביולוגיה ומכניקה של כלי הדם כגון כיצד לחץ גורם לשינויים בגיאומטריה הכוללת כמו גם במיקרו-ארכיטקטורה של דופן כלי הדם. היתרון העיקרי של הטכניקה הוא שאתה לא צריך לתייג את הדגימה שלך להדמיה.
למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי מכניקת עורקי ההתנגדות, ניתן ליישם גרסה שונה של הפרוטוקול על איברים דמויי צינור אחרים כמו הסמפונות או על רצועות משלפוחית השתן האנושית, או דופן המעי. כדי להתחיל, אסוף דגימות רקמה מעניינות מיד עם כריתתן במהלך הניתוח והכן את כלי הדם כמתואר בפרוטוקול הטקסט המצורף. לחץ על עורק קנולטי לחמישה מילימטרים כספית.
לאחר מכן הגדר את הנתיב האופטי להדמיה על ידי הפעלת הלייזר הדו-פוטוני והגדרת אורך גל העירור ל-820 ננומטר. הכנס מראה דיכרואית באורך 460 ננומטר כדי לפצל את אור הפליטה בין מכפילי הצילום ולאסוף את הפליטה בו זמנית בשני ערוצים. השתמש במסנני פס ברוחב 30 עד 60 ננומטר הממורכזים ב-520 ננומטר כדי לאסוף את האוטו-פלואורסצנטי של האלסטין ואחר במרכזו של 410 ננומטר כדי לאסוף את אות הדור ההרמוני השני של הקולגן.
כעת הגדר את זמן השהייה והפיקסל בלייזר ל-10 מיקרו-שניות. הגדר את הרזולוציה ל- 512 על 512 פיקסלים עבור 100% שדה ראייה. אפשר סריקה רציפה והשתמש בעוצמת אור עירור נמוכה ככל האפשר ובזמן השתהות פיקסלים כדי למנוע נזק לעורק החי.
לאחר מכן סרוק ידנית דרך העורק כדי למצוא את המטוס בקוטר המרבי. לאחר מכן, בחר פרוסה מלבנית המכסה את הקוטר הרחב ביותר של העורק וסרוק מסגרת בודדת בגודל פיקסל של 300 ננומטר לפיקסל או פחות. שמור תמונה זו לניתוח במועד מאוחר יותר.
כדי לקבוע את קוטר הלומן ועובי הדופן בקוטר המרבי של העורק, טען תחילה את התמונה בפיג'י. הגדר את קנה המידה על ידי לחיצה על התפריט הראשי ולאחר מכן עבור לניתוח ואחריו הגדר סולם. כאן הזן את המיקרומטר לפיקסל ואת יחס הפיקסלים.
לאחר מכן, בחר בכלי קו פיג'י וצייר קו בין שתי הלמינה האלסטית הפנימית בכל צד של לומן העורק. לאחר מכן לחץ על Control M כדי לדווח על האורך בטבלת התוצאות. המשך לצייר קווים נוספים כדי למדוד את העובי של כל קיר ולשמור את המדידה הסופית.
שנה למטרה של 60X עם צמצם מספרי של אחד או יותר. דמיין את המיקרו-ארכיטקטורה של קולגן ואלסטין בחמישה מילימטר כספית על ידי סריקת כל עובי דופן העורק. לאחר מכן, הגדר את עומק ההתחלה והסיום של מחסנית Z ואת מרווח צעדי Z וצפיפות הפיקסלים.
כאשר אתה מעצב את ערימות ה-Z שלך, ודא שאזור העניין שלך קטן מספיק כדי למנוע כל הסקה של עקמומיות בניתוח הבא שלך. בסיום, הגדר כל ערוץ לשמירה בנפרד. לבסוף, מצא אחד עד שלושה אזורי עניין שונים וקבל ערימות תמונות תלת מימד באיכות טובה.
אם האוטו-פלואורסצנציה של האלסטין שלך מלבינה, אתה משתמש בעוצמת אור עירור גבוהה מדי. יש להימנע מכך. על מנת לסיים את הניסוי המתמשך שלך, אתה יכול להוסיף ריכוז מדולל של אאוזין כדי לשפר את האוטופלואורסצנציה של אלסטין.
בסיום, חזור על כל התהליך בלחצים המשתנים עד 100 מילימטר כספית, והחלף את המאגר בתא השריר ב-37 מעלות צלזיוס HBS טרי לאחר כל שלב לחץ. כדי להתחיל בניתוח תמונה, פתחו את אוסף תמונות האלסטין בפיג'י. לאחר מכן עבור לתמונה, לחץ על ערימות ובחר פרויקט Z כדי לבחור את התמונות לעבוד איתן ובחר עוצמה מקסימלית לסוג ההקרנה.
שמור את ההקרנה בעוצמה מרבית כתמונת TIFF. לאחר מכן בחר כמה שיותר נקודות הסתעפות פנימיות של סיבי למינה אלסטיים ומדוד אותן באמצעות כלי הזווית. עבדו באופן שיטתי על כל תמונה ובסיום שמרו את גיליון התוצאות של פיג'י.
כדי למדוד את גלי הקולגן ההרפתקני, פתח את ערימת תמונות הקולגן בפיג'י. לאחר מכן, עבור לתמונה למטה לערימות ובחר פרויקט Z כדי לבחור תמונות לעבוד איתן ולהגדיר את ההקרנה בעוצמה המקסימלית. כעת שנה את סוג התמונה לתמונת TIFF של שמונה סיביות על ידי לחיצה על תמונה, סוג ולאחר מכן שמונה סיביות.
שמור את ההקרנה בעוצמה מרבית כתמונת TIFF. פתח את התוסף Neuron J על ידי לחיצה על פיג'י ובחירה ב-Neuron J תחת תוספים. לאחר מכן פתח את קובץ ה-TIFF של שמונה סיביות ב-Neuron J.לאחר הפתיחה, לחץ על הוסף מעקבים ובחר סיבים לניתוח על ידי לחיצה על ההתחלה והסוף של כל סיב.
לאחר מכן, עבור אל מדידת מעקבים ובחר מעקב תצוגה ומדידות קודקוד בתיבת הדו-שיח. כדי לחשב את ישרות סיבי הקולאז', העתק תחילה את הערכים בחלון מעקבי פיג'י ל- Excel. ערכי האורך בחלון המעקב הם מדדים של האורך המלא של סיבי הקולגן המנותחים Lf.שנית, העתק עבור כל צרור סיבי קולגן שניתח את קואורדינטות ה-XY הראשונות והאחרונות של חלון קודקודי פיג'י לאקסל.
לאחר מכן חשב את אורך הקו הישר המחבר כל קצה של סיבי הקולגן המנותחים L0 באמצעות משפט פיתגורס. ישר סיבי הקולגן מחושב לבסוף כ-L0/Lf. בעקבות הפרוטוקול שהוצג זה עתה, זוהה החלק הרחב ביותר של העורק ובשלב זה העורק נסרק באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי ללא תווית כדי למדוד את קוטר הכלי המרבי ואת עובי דופן כלי הדם.
תוך שימוש בהגדלה גבוהה יותר למטרה של צמצם מספרי גבוה, לא רק ניתן למדוד את קוטר הכלי ועובי הדופן, אלא גם את המיקרו-ארכיטקטורות של קולגן ואלסטין. ניתן לקבוע את המיקרו-ארכיטקטורות של זוויות הסתעפות סיבי אלסטין וישרות קולגן בקטעי תמונה עוקבים באמצעות תוכנת ניתוח התמונה המתאימה. זה מאפשר ניתוח ישיר של הקשר בין השינויים הנגרמים בלחץ במיקרו-ארכיטקטורות של קולגן ואלסטין לבין המודול האלסטי המצטבר בלחצים שונים.
בעקבות הליך זה, ניתן לחלץ מידע אחר גם מהתמונות. זה יכול להיות מלאכי ההתמצאות של קולגן אדוונטיציאלי לאורך ציר האורך של כלי הדם או שזה יכול להיות המיקרו-ארכיטקטורה של המטריצה החוץ-תאית במדיה טוניקה. ניתן להזין את המדדים הכמותיים המופקים מהתמונות בשיטה זו למודלים מתמטיים על מנת להבהיר כיצד מחזור הדם האנושי הבריא והמתים מגיבים לתנאים שונים.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להיות בעל הבנה מעמיקה כיצד לתכנן את ניסויי ההדמיה שלך וניתוח התמונה שלאחר מכן על מנת לחלץ מידע על האופן שבו לחץ גורם לשינויים במיקרו-ארכיטקטורה של דופן עורק ההתנגדות. זכור שעליך להימנע מכל חשיפה לאור נראה ובלתי נראה בעת עבודה עם מיקרוסקופ פלואורסצנטי עירור דו-פוטוני.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
מאמר זה מציג מתודולוגיה סטנדרטית לדימות עורקים התנגדותיים אנושיים חיים כדי לנתח את הקשר בין מיקרו-הארכיטקטורה של המטריצה החוץ-תאית לבין מכניקת דופן העורקים. הטכניקה מאפשרת הערכה כיצד לחץ משפיע על הגיאומטריה והמיקרו-ארכיטקטורה של דופן כלי הדם ללא צורך בסימון דגימה.
Understanding pressure-induced microarchitectural changes in resistance arteries supports target validation in cardiovascular drug discovery by linking extracellular matrix remodeling to hemodynamic stress. This label-free imaging approach enables mechanistic de-risking of vascular targets through quantitative assessment of collagen and elastin reorganization under physiologically relevant pressures. The method provides predictive confidence for preclinical models by delivering reproducible, label-independent structural data that can inform mathematical models of arterial mechanics.
The method fits within the discovery continuum from target validation through preclinical assessment, offering a human-relevant platform to evaluate how candidate compounds affect vascular extracellular matrix dynamics under physiological pressure conditions.