Imaging ottico mesoscopico dell'intero cuore del topo

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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Articolo metodologico

Imaging ottico mesoscopico dell'intero cuore del topo

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DOI:

10.3791/62795

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14 ottobre 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 questo articolo

Sommario

Riportiamo un metodo per la ricostruzione mesoscopica dell'intero cuore del topo combinando nuovi progressi nella trasformazione e colorazione dei tessuti con lo sviluppo di un microscopio a foglio di luce a scansione assiale.

Abstract

Sia le malattie cardiache genetiche che quelle non genetiche possono causare gravi processi di rimodellamento nel cuore. Il rimodellamento strutturale, come la deposizione di collagene (fibrosi) e il disallineamento cellulare, può influenzare la conduzione elettrica, introdurre disfunzioni elettromeccaniche e, infine, portare ad aritmia. Gli attuali modelli predittivi di queste alterazioni funzionali si basano su informazioni strutturali non integrate e a bassa risoluzione. Collocare questo quadro su un diverso ordine di grandezza è difficile a causa dell'inefficacia dei metodi di imaging standard nell'esecuzione di immagini ad alta risoluzione in tessuti massicci. In questo lavoro, descriviamo un quadro metodologico che consente l'imaging di interi cuori di topo con risoluzione micrometrica. Il raggiungimento di questo obiettivo ha richiesto uno sforzo tecnologico in cui sono stati combinati i progressi nella trasformazione dei tessuti e nei metodi di imaging. In primo luogo, descriviamo un protocollo CLARITY ottimizzato in grado di trasformare un cuore intatto in una forma nanoporosa, ibridata con idrogel e priva di lipidi che consente un'elevata trasparenza e una colorazione profonda. Quindi, viene descritto un microscopio a foglio di luce a fluorescenza in grado di acquisire rapidamente immagini di un campo visivo mesoscopico (scala mm) con la risoluzione su scala micron. A seguito del progetto mesoSPIM, il microscopio concepito permette la ricostruzione dell'intero cuore del topo con risoluzione micrometrica in un'unica scansione tomografica. Riteniamo che questo quadro metodologico consentirà di chiarire il coinvolgimento del disordine citoarchitettonico nelle disfunzioni elettriche e aprirà la strada a un modello completo che consideri sia i dati funzionali che strutturali, consentendo così un'indagine unificata delle cause strutturali che portano ad alterazioni elettriche e meccaniche dopo il rimodellamento tissutale.

Introduzione

Il rimodellamento strutturale associato a malattie cardiache può influenzare la conduzione elettrica e introdurre disfunzioni elettromeccaniche dell'organo ^1,2. Gli attuali approcci utilizzati per prevedere le alterazioni funzionali impiegano comunemente MRI e DT-MRI per ottenere una ricostruzione complessiva della deposizione di fibrosi, dell'albero vascolare e della distribuzione delle fibre del cuore e sono utilizzati per modellare percorsi di propagazione del potenziale di azione preferenziale (APP) attraverso l'organo ^3,4. Queste strategie possono....