L'uso di topi per questi studi è necessario in quanto i topi hanno cuori a quattro camere che possono imitare i CHD umani. I topi sono stati forniti di cure veterinarie e ospitati nella struttura accreditata per la cura degli animali da laboratorio dell'Associazione per la valutazione e l'accreditamento della cura degli animali da laboratorio (AAALAC). Sono stati seguiti protocolli rigorosi per ridurre al minimo il disagio, lo stress, il dolore e le lesioni dei topi. I topi sono stati eutanizzati usando gas CO2 , che è accettabile per i piccoli roditori secondo le linee guida dell'American Veterinary Medical Association sull'eutanasia. Gli studi sui topi in questo manoscritto sono stati condotti con un protocollo IACUC approvato presso l'Università di Pittsburgh.
1. Ecocardiogramma fetale
NOTA: Un ecocardiogramma è un potente strumento per identificare malformazioni cardiovascolari e difetti extracardiaci nei topi. A causa delle piccole dimensioni degli embrioni di topo (circa 1-2 mm a metà gestazione, 3,5 mm alla nascita), è necessaria un'apparecchiatura ecocardiografica ad altissima frequenza con biomicroscopia ad ultrasuoni (UBM). UBM fornisce diverse sonde ad alta frequenza (30-50 MHz) con una piccola finestra di imaging (15 mm x 14 mm) che fornisce la risoluzione (30 μm assiale x 68 μm laterale) per visualizzare un feto di topo alla volta. Un trasduttore a 40 MHz fornisce immagini ad alta risoluzione per identificare i fenotipi cardiovascolari7.
- Accendere la macchina per ecocardiogramma e selezionare il programma Cardiologia.
NOTA: Il seguente protocollo può essere utilizzato per qualsiasi background murino dal giorno embrionale (E) 14,5 al 19,5.
- Anestetizzare il topo desiderato in una camera di induzione anestetica. Indurre l'anestesia utilizzando una concentrazione di isoflurano al 4% e ossigeno medicale ad una portata di 1 L/min e ridurla al 2%-3% per il mantenimento.
- Posizionare rapidamente il mouse sulla piattaforma di imaging. La piattaforma di imaging ha acciaio riscaldato per mantenere il mouse caldo durante la procedura. Metti la bocca e il naso del topo nel cono del naso anestetico. Fissare gli arti con del nastro adesivo per evitare il movimento. Monitorare la frequenza cardiaca per assicurarsi che rimanga tra 400-450 bpm.
- Monitorare la temperatura utilizzando una sonda termometro rettale e assicurarsi che sia a 37 °C ± 0,5 °C. Monitorare la respirazione per evitare l'ipossia. Mantenere una forza delicata sulla sonda per prevenire danni.
NOTA: Una lampada di calore può essere impostata sopra il mouse per prevenire l'ipotermia mentre si è sotto e per recuperare dall'anestesia. L'unguento oftalmico Petrolatum può essere usato come lubrificante per evitare la secchezza oculare.
- Rimuovere la pelliccia dal torace e dall'addome usando la crema depilatoria. Applicare la crema e attendere 3 minuti prima di rimuoverla. Pulire l'area con etanolo al 70%. L'etanolo funziona meglio dell'acqua come lubrificante da barba.
- Riscaldare il gel ad ultrasuoni a una temperatura corporea normale. Applicare generosamente il gel ad ultrasuoni e posizionare il trasduttore sull'addome per orientarlo su un piano orizzontale e identificare la vescica sullo schermo. Una volta identificata la vescica, eseguire la scansione cranica dalla vescica e cercare il feto. Misurare la lunghezza dalla corona alla groppa per determinare l'età gestazionaledi 10 anni (Figura 1 e Tabella 1).
NOTA: modificare le posizioni dei trasduttori per visualizzare piani diversi, inclusi i piani trasversali a quattro camere, sagittali e frontali/coronali7 (Figura 1).
- Utilizzare il color Doppler per analizzare il flusso di sangue dal cuore.
- Rimetti il topo nella gabbia se gli embrioni non hanno raggiunto lo stadio previsto. Altrimenti, prepara il mouse per il raccolto.
NOTA: Assicurarsi che il topo sia già sveglio e si stia riprendendo bene dall'anestesia prima di rimetterlo nella gabbia.
- Spegnere l'isoflurano e l'ossigeno, pulire l'area di lavoro e spegnere la macchina.
NOTA: È importante rimuovere il gel dal trasduttore.
2. Necroscopia
NOTA: Una volta sospettati fenotipi cardiaci anomali utilizzando l'ecocardiografia fetale, i feti vengono raccolti e fissati tramite immersione in tutto il corpo nella soluzione fissativa: fosfato di formalina tamponato al 10% o paraformaldeide al 4% (PFA). Ispezionare la morfologia esterna ed interna del campione, alla ricerca di anomalie anatomiche macroscopiche o malformazioni.
- Preparare il mouse.
- Se il topo è un adulto, eutanasia il mouse utilizzando un protocollo standard CO2 . Utilizzare una pinza o forbici da dissezione per praticare incisioni (circa 3 cm) nel torace laterale e nell'addome per consentire la penetrazione del fissativo negli organi interni.
NOTA: Il campione deve essere fissato per almeno 24 ore prima della necroscopia se l'embrione è più vecchio di E14.5.
- Analizza l'esterno del corpo.
- Impostare il software per salvare le immagini con un nome, inclusa l'identificazione del campione, l'ingrandimento del microscopio e il contenuto dell'immagine.
NOTA: L'ingrandimento da 1,0x a 3,2x dovrebbe essere adeguato per l'imaging della maggior parte delle strutture nei topi E14.5 o più anziani.
- Posizionare il mouse sulla piastra sotto la lente dello stereomicroscopio. Riempire la piastra con soluzione salina tamponata fosfato (PBS) per coprire completamente il campione per prevenire la disidratazione e il riflesso nelle immagini. Regolare l'ingrandimento in modo che lo schermo includa l'intero embrione, quindi scattare una foto di entrambi i lati sinistro e destro dell'embrione.
NOTA: Il fondo della piastra deve essere rivestito in paraffina, silicio o un altro substrato simile per facilitare il fissaggio.
- Appuntare il campione attraverso la gola, rivolto verso l'alto, e scattare un'altra foto.
NOTA: Orientare leggermente il perno verso l'alto per assicurarsi che non vengano perforate strutture importanti della cavità toracica.
- Analizza il torace.
- Mentre si solleva la pelle al centro del collo con una pinza, tagliare la pelle verso entrambe le ascelle con le forbici prima di tagliare la pelle lungo l'asse mediano verso la coda. Quindi, tagliare la pelle dall'ombelico alle gambe. Appuntare il campione attraverso i polsi e le caviglie.
NOTA: Fare attenzione a tagliare solo la pelle. Si consiglia di tenere le lame della forbice orizzontalmente o angolate verso l'alto.
- Per rompere il tessuto connettivo, sollevare la pelle con un paio di pinze mantenendo il tessuto sottostante in posizione con l'altra coppia. Appuntare il campione attraverso la pelle per aiutare a esporre il torace e l'addome (Figura 2).
NOTA: troppo stretching durante il bloccaggio, il taglio o la raschiatura può causare danni ai tessuti.
- Scatta una foto dei muscoli esposti, quindi raschia delicatamente via i muscoli per esporre le costole.
- Scatta una foto delle costole esposte. Separare le costole dal diaframma e tagliare le costole su entrambi i lati il più lontano possibile sull'asse laterale verso il collo.
- Esporre il cuore rimuovendo le costole tagliate. Scatta una foto del cuore.
- Rimuovere il timo sbucciandolo con un paio di pinze. Utilizzare l'altro paio di pinze per stabilizzare la base del timo per evitare di strappare eventuali vasi sottostanti. Scatta foto del cuore e dei grandi vasi.
NOTA: l'utilizzo di perni per allungare alcune strutture adiacenti può aiutare a ottenere migliori visualizzazioni di immagini. Inoltre, scatta foto separate focalizzate sulle grandi arterie, sul cuore e su altre strutture di interesse in quanto potrebbero non essere a fuoco insieme.
- Analizza l'addome.
- Tirare il diaframma per rimuoverlo ed esporre il fegato. Scatta una foto.
- Tamponare il fegato per esporre lo stomaco e il pancreas. Scatta una foto.
- Tagliare l'esofago. Rimuovere il colon e l'intestino estraendoli con una pinza. Tagliare appena sopra il fegato e rimuoverlo per rivelare i reni e le ghiandole surrenali. Scatta una foto.
NOTA: Gli organi rimossi devono essere conservati nella soluzione fissativa.
- Isolare il torace per l'analisi ECM.
- Tagliare il torace inferiore lungo una linea retta tra il fegato e i polmoni. Tagliare la testa abbastanza in alto da non tagliare le ramificazioni delle arterie carotidi.
- Rimuovere delicatamente le costole laterali mantenendo le costole dorsali e la colonna vertebrale. Sbucciare e raschiare via il grasso dorsale.
- Staccare il torace dal resto del corpo e metterlo in una soluzione tamponata di fosfato di formalina al 10%.
3. Incorporamento
- Decantare il fissativo in un'apposita bottiglia di rifiuti pericolosi. Lavare i campioni con 1x PBS per 15 minuti tre volte.
- Utilizzare concentrazioni crescenti di etanolo e xilene per disidratare i campioni. La durata di tutti i seguenti passaggi dipende dallo stadio degli embrioni. Si prega di fare riferimento alla Tabella 2 per i dettagli.
NOTA: si deve prestare attenzione quando si cambiano le soluzioni per evitare di danneggiare i campioni. I parametri ottimali per l'elaborazione dei campioni possono essere regolati empiricamente. Lo xilene dissolverà alcune materie plastiche; Devono essere utilizzati strumenti e contenitori di vetro.
- Sostituire lo xilene con la paraffina per la durata desiderata. Lasciare i flaconi in un'incubatrice a 65 °C per la durata appropriata (tabella 2).
- Utilizzare paraffina fresca per incorporare i campioni nella posizione desiderata.
NOTA: Si raccomanda di orientare il campione al centro del blocco di paraffina, con il lato dorsale rivolto verso l'alto e il lato posteriore rivolto verso la parte anteriore del blocco. Quando orientate il campione, ricordate che il campione è incorporato con il blocco rivolto verso il basso.
4. Microscopia confocale episcopica (ECM)
NOTA: Dopo un'appropriata incorporazione, gli embrioni vengono sottoposti a raccolta di immagini in serie tramite ECM per l'analisi istopatologica. I singoli vetrini possono essere recuperati dal microtomo per ulteriori studi.
- Estrarre il blocco di paraffina dal congelatore a -20 °C e rimuovere gli stampi metallici.
- Utilizzare una lametta per tagliare la cera sui bordi e sul retro della cassetta. Tagliare la cera che circonda il campione fino a quando non è racchiusa in un piccolo quadrato di cera attaccato alla cassetta.
NOTA: Prestare estrema attenzione durante la manipolazione delle lame.
- Utilizzare la leva metallica per bloccare il blocco di paraffina contro la fase di affettatura del microtomo. Selezionare la funzione MAN (manuale) in modalità Run, sollevare la superficie della paraffina vicino alla lama ed eseguire alcune diapositive per assicurarsi che la lama entri in contatto con il blocco di paraffina.
- Aprire l'applicazione LAS AF e selezionare MatrixScreener. Selezionare Matrice regolare singola e caricare il modello salvato in precedenza appropriato. Fare clic sul pulsante LUT rapida per passare all'ombre bianco e arancione.
- Selezionare Set Up Jobs (Imposta processi ) e trascinare il laser visibile a 405 nm fino al massimo. Abbinate il bordo sinistro del blocco spettro alla linea a 405 nm e trascinate il bordo destro sulla linea a 800 nm. Contrassegnate l'opzione Pinhole e avviate la vista Dal vivo .
- Regolare la posizione della proiezione laser per centrare il campione sullo schermo e regolare la manopola Zoom su ~20x. Per ottimizzare la risoluzione, impostare il guadagno a 1.250 V e massimizzare l'area blu utilizzando la manopola di messa a fuoco; quindi, ripristinare il guadagno a circa 750 V per l'imaging.
NOTA: I valori specifici possono variare a seconda delle condizioni dell'embrione.
- Impostare il metodo di taglio su Auto, impostare lo spessore su circa 50 μm ed eseguire le diapositive. Smettere di tagliare quando i polmoni e le vie aeree sono in vista.
- Scegli uno spessore di taglio compreso tra 8-10 μm e interrompi la vista Live . Aprire Microtome Communicator per avviare l'imaging. Assicurarsi che la cartella di archiviazione temporanea sia vuota prima di raccogliere le immagini.
- Smettere di tagliare quando non viene visualizzata alcuna struttura cardiaca aggiuntiva. Chiudere l'applicazione Microtome Communicator ed esportare il file temporaneo in una .tiff serie di immagini tramite il software di elaborazione delle immagini per ricostruzioni 3D in un secondo momento.
5. Ricostruzione tridimensionale (3D)
NOTA: Lo scopo della ricostruzione 3D è quello di elaborare una pila di immagini 2D dall'imaging ECM in video 3D negli orientamenti coronale, sagittale e trasversale e di utilizzare i video 3D per la diagnosi delle anomalie strutturali e anatomiche nei campioni.
- Aprire lo stack di immagini ECM nel software di elaborazione delle immagini.
- Trascina e rilascia i file dell'immagine nel software di elaborazione delle immagini. Capovolgere orizzontalmente le immagini ECM selezionando Immagine > Trasforma > Capovolgi orizzontalmente nella barra dei menu.
- Salvare l'immagine capovolta e chiudere il software di elaborazione delle immagini.
- Importare lo stack di immagini ECM nel software di visualizzazione DICOM.
- Trascina e rilascia le immagini ECM capovolte orizzontalmente nel software di visualizzazione DICOM. Assicurati che sia presente un bordo azzurro intorno all'elenco di esempio, altrimenti le immagini potrebbero essere aggiunte a una cartella di esempio esistente.
- Selezionare i collegamenti o i file da copiare nel database quando viene visualizzata la finestra popup. Un nuovo campione apparirà nell'elenco dei campioni con lo stesso nome del file copiato nel software di visualizzazione DICOM.
- Fare clic sul file appena aggiunto per aprirlo.
- Eseguire la ricostruzione 3D.
- Una volta aperto il file, fare clic sul menu Strumenti di ricostruzione 2D/ 3D dalla barra degli strumenti e selezionare 3D MPR.
- Per Risoluzione pixel X e Risoluzione pixel Y, immettere la risoluzione dell'immagine fornendo lo zoom utilizzato durante l'imaging ECM. Per l'intervallo di sezione, immettere lo spessore della fetta utilizzato per tagliare durante l'imaging ECM.
NOTA: la risoluzione della fotocamera cambia a seconda dello zoom della fotocamera e può variare da fotocamera a fotocamera.
- Utilizzare i diversi strumenti dalla scheda Strumenti sul lato sinistro per regolare le pile di immagini come desiderato.
- Utilizzate lo strumento WW/WL per regolare la larghezza e il livello della finestra. Fare clic e trascinare lo strumento sull'immagine verso l'alto per ridurre la luminosità dell'immagine e verso il basso per aumentarla. Fai clic e trascina lo strumento sull'immagine verso destra per ridurre il contrasto dell'immagine e verso sinistra per aumentarlo.
NOTA: le impostazioni WW/WL ottimali per una struttura potrebbero non essere ottimali per un'altra. Per questo motivo, si consiglia di creare video separati per visualizzare strutture diverse.
- Usate lo strumento Panoramica per trascinare le immagini nelle posizioni desiderate. Usate lo strumento zoom per ingrandire o ridurre l'immagine come desiderato e lo strumento ruota per ruotare l'immagine come desiderato.
NOTA: l'ingrandimento delle immagini può causare una riduzione della qualità dell'immagine. Prestare attenzione quando si ruotano le immagini, poiché ciò potrebbe causare l'inversione degli assi.
- Fate clic e trascinate l'asse colorato del primo pannello. Notate come ruotando questo asse cambia l'orientamento degli altri due pannelli. Ruotare gli assi dei tre pannelli fino a quando i tre pannelli non rappresentano le viste coronale, sagittale e trasversale del campione.
NOTA: durante il riorientamento dei campioni, mantenere il corretto orientamento anteriore/posteriore.
- Genera video.
- Una volta che tutti e tre i pannelli sono correttamente posizionati, orientati e illuminati, fare clic sul pannello che rappresenta la vista coronale.
- Fai clic su Esportazione film sul lato destro della barra dei menu. Fare clic su Batch e trascinare i cursori Da e A per comprendere l'intera regione di interesse. Per Intervallo, selezionate l'opzione Uguale a spessore (Same as Thickness ). Salvate il video indicando l'orientamento della vista.
- Rivedi il video per vedere se le strutture di interesse possono essere adeguatamente identificate. In caso contrario, utilizzare gli strumenti (passaggio 5.4) per regolare nuovamente i video in base alle esigenze e salvare nuovamente il video.
- Ripetere il passaggio 5.6 per le viste trasversali e sagittali. Diagnostica i campioni utilizzando video ricostruiti.
NOTA: Guardare attentamente i video in ciascun orientamento per valutare completamente se il campione presenta anomalie anatomiche o fenotipi di malattia (Figura 3).