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La microscopia intravitale è uno strumento potente per visualizzare dinamicamente i processi biologici in vivo 1,2,3, a differenza della tradizionale istologia immunofluorescenza con imaging di tessuto fisso o cellule vive e analisi citometrica di flusso di cellule isolate. Per l'ispezione epatica, la FIV è stata utilizzata per esaminare la secrezione e il flussobiliare 4,5, la mobilizzazione delglucosio 6,7, le cellule non parenchimate 8,9,10 e le malattieepatiche 11,12. Inoltre, per quanto riguarda l'indagine sull'accumulo lipidico, la IVM consente informazioni in tempo reale sulla dinamica della formazione, crescita e degradazione delle gocce lipidiche nei tessuti vivi, come la visualizzazione e quantificazione delle gocce lipidiche ad alta risoluzione spaziale, e per la correlazione diretta dell'accumulo di gocce lipidiche con altri processi cellulari efisiologici 13. Nonostante questi vantaggi, la IVM è ancora tecnicamente impegnativa: richiede attrezzature specializzate ecompetenze, può causare danni ai tessuti, alterare il comportamento cellulare e richiedere procedure invasive. Gli studi tradizionali in vivoche si basano sull'osservazione comportamentale, il monitoraggio fisiologico e l'analisi genetica forniscono informazioni preziose ma mancano della risoluzione spaziale e temporale offerta dalla microscopia intravitale.
La prima grande sfida con la IVM è il controllo dell'instabilità degli artefatti causati dal battito cardiaco e dalla respirazione dell'animale ispezionato, il che può compromettere la qualità dell'immagine, causando immagini oscurate o distorte dei processi biologiciosservati 15. I tentativi di correggere questo problema con l'elaborazione delle immagini spesso portano alla perdita di informazioni spaziali e temporali importanti o alla necessità di attrezzature chirurgiche avanzate e manutenzione16,17. In secondo luogo, i modelli murini per studi sulle malattie epatiche, come MAFLD e T2D, sono spesso obesi e, quindi, più difficili da stabilizzare a causa dell'aumento delle dimensioni e del contenuto lipidicodei tessuti 16,18. Nei modelli topini obesi con NAFLD e T2D, l'aumento della massa corporea pone sfide meccaniche per l'imaging intravitale, superando la capacità di carico degli stadi standard del microscopio e complicando la stabilizzazione animale19. Questo peso aggiuntivo aumenta il rischio di artefatti di movimento e compressione tissutale, entrambi che compromettono la precisione dell'imaging20.
Contemporaneamente, un contenuto elevato di lipidi epatici aumenta l'opacità dei tessuti e la diffusione della luce, degradando la risoluzione e il contrasto dell'immagine. Questi effetti sono spesso aggravati da comorbidità metaboliche come perfusione alterata e infiammazione, riducendo ulteriormente la distribuzione dei coloranti e la chiarezza delsegnale 21. Infine, può essere difficile e compromettere la ripetibilità mantenere una temperatura corporea stabile durante l'imaging per sostenere la fisiologia tissutale e le attività biologiche. Inoltre, una posizione stabile del fegato sul palco del microscopio durante la FIV è cruciale per prevenire stress meccanico o danni aitessuti 7. L'esposizione del tessuto epatico è una procedura delicata che richiede precisione tecnica per prevenire sanguinamenti gravi e danni al parenchimaepatico. Per ridurre gli artefatti di movimento, la gabbia toracica del topo veniva precedentemente sollevata dal palco del microscopio usando cartone, permettendo alla gravità di trascinare il fegato lontano dal resto delcorpo 22. Sebbene questo approccio si sia dimostrato efficace nel produrre dati quantificabili, il materiale di cartone è insostenibile perché perde forma ed è difficile da pulire. Inoltre, è difficile modificare le dimensioni dell'inserto di cartone per adattarsi a modelli di topi obesi.
Negli ultimi anni sono emerse diverse tecniche avanzate di microscopia intravitale epatica, tra cui la microscopia a campo luminoso a scansione e sistemi ottici computazionalmente potenziati, che hanno dimostrato miglioramenti nella risoluzionespaziotemporale 23, nella riduzione dellafototossicità 24, nella maggiore profondità di imaging25,26 e nella soppressione degli artefattidi movimento 27. Questi sviluppi, come dimostrato da studirecenti 28, 29, 30, rappresentano importanti progressi tecnologici nel settore. Questo articolo presenta il Reutilizable Hepatic Imaging Tool (RHIT), uno strumento innovativo per la IVM del fegato murino. RHIT contribuisce a questo panorama in evoluzione offrendo uno strumento scalabile e riutilizzabile che migliora la stabilità meccanica e l'accessibilità ai tessuti attraverso diversi modelli animali, inclusi quelli con malattie metaboliche. Il suo design affronta le persistenti sfide di movimento, variabilità e complessità dell'allestimento integrando l'adattamento anatomico, la riproducibilità degli stadi e la facilità d'uso. La compatibilità di RHIT sia con le modalità di imaging convenzionali che avanzate amplia l'utilità di queste tecniche emergenti, promuovendo un'imaging epatico intravitale affidabile e fisiologicamente stabile.
Sebbene siano stati proposti vari approcci per stabilizzare il tessuto durante la IVM, come una finestra chirurgica 9,31,32,33,34,35,36 e acrilico assemblato su misura stadio 6,37, questi metodi introducono anche numerose limitazioni e complessità riguardo alla scalabilità, riproducibilità e abilità chirurgiche. Al confronto, il RHIT è funzionalmente distinto per scopo e progettazione. Non si basa sulla compressione diretta né sull'embedding a base digel 38. Invece, RHIT funge da strumento scalabile, riutilizzabile e anatomicamente sagomato che supporta l'isolamento epatico tramite il posizionamento gravitazionale, mantenendo l'orientamento fisiologico senza restringere o deformare il tessuto. In modo fondamentale, RHIT migliora la riproducibilità dei dati, la fedeltà dell'imaging e la coerenza procedurale su un'ampia gamma di dimensioni di mouse. Elimina la necessità di gel, adesivi o interfacce chirurgiche complesse, semplificando al contempo l'allineamento dei tessuti e il controllo della temperatura. Inoltre, RHIT è uno strumento specializzato che collega l'interfaccia tra l'animale e il microscopio, progettato per assistere sia nel supporto fisiologico che nella precisione dell'immagino.
RHIT affronta direttamente le sfide meccaniche e ottiche dei modelli metabolicamente compromessi attraverso la sua geometria scalabile, che consente di gestire animali di dimensioni maggiori distribuendo il peso in modo uniforme per minimizzare l'instabilità delle piattaforme. L'apertura epatica incassata stabilizza il tessuto utilizzando la gravità senza forza compressiva, consentendo un accesso costante e riducendo il movimento durante l'imaging. Il suo design riutilizzabile e chimicamente inerte garantisce compatibilità con i tessuti biologici al contempo favorendo il riutilizzo igienico. Consentendo una posizione coerente, minimizzando gli artefatti di movimento e mantenendo l'integrità dei tessuti, RHIT rappresenta un progresso fondamentale nei flussi di lavoro di microscopia intravitale. La sua adattabilità e la disponibilità open source favoriscono ulteriormente un'ampia utilità in laboratori e modelli animali, stabilendo un nuovo standard per gli strumenti di imaging che supportano sia il campione che il sistema di imaging.
Inoltre, gli stadi riscaldati commercialmente disponibili possono richiedere installazioni e manipolazioni avanzate delmicroscopio 39. Non sono scalabili al campione e generalmente sono più costosi, rendendoli meno accessibili a molti ricercatori. Pertanto, un inserto riutilizzabile e scalabile è importante per standardizzare la IVM per diversi modelli animali. La tecnologia stampata in 3D, nota anche come produzione additiva, è diventata sempre più popolare nei laboratoriscientifici 40, trasformando i protocolli dei laboratori di biochimica, fisica e biologia. Per la IVM, la tecnologia 3D è stata utilizzata per produrre finestre ottiche leggereper immagini 41,42, migliorare l'accessibilità deitessuti 43 e facilitare la riparazione e la ricostruzione deitessuti 44. Pertanto, uno strumento personalizzato per la stabilizzazione dei tessuti, che, per quanto ne sappiamo, non è stato descritto, rappresenta un'ottima opportunità per utilizzare la stampa 3D e superare alcune delle sfide della IVM epatica.
RHIT è creato utilizzando un metodo di stampa 3D in un solo passaggio e migliora sostanzialmente la stabilizzazione dei tessuti per un periodo prolungato. La RHIT è altamente accessibile e adatta per esperimenti acuti di IVM che richiedono competenze chirurgiche minime. Inoltre, il RHIT è facilmente scalabile alla dimensione animale e ha un basso costo di produzione. Infine, dimostriamo che il RHIT consente immagini a fluorescenza a tempo di riposo stabile e migliora la stabilità dei tessuti rispetto all'inserto di cartone precedentemente utilizzato. La RHIT semplifica la IVM dell'omeostasi lipidica epatica senza contatto diretto o impatto misurabile sulle condizioni fisiologiche. Di conseguenza, RHIT rappresenta un vantaggio competitivo come contributo accelerato, riutilizzabile e adattabile a IVM 34,36,45.

Figura 1: Progetto RHIT. (A) Progettazione e dimensioni di un RHIT da 3,0 mm scalato per un topo obeso. La vista enface (a sinistra) mostra le dimensioni, la posizione e la dimensione dell'apertura del tessuto, così come l'orientamento del topo durante l'imaging (imaging). La vista laterale (a destra) include le dimensioni e indica la posizione dell'inserto della calda e della sonda termica. I parametri di scalatura per diverse dimensioni del mouse sono forniti nella Tabella 1. (B) Vista 3D enface di RHIT generata dal file STL open-source, che mostra dove il filo della sonda rettale viene inserito tramite la porta personalizzata (dimensioni dell'inserimento sonda rettale indicate in alto a destra). (C) Assemblaggio tecnico del RHIT che mostra l'integrazione del dispositivo di riscaldamento e degli inserti strutturali personalizzati per varie dimensioni RHIT, il filo viene inserito nell'inserto della sonda rettale per l'accesso alla sonda di temperatura. Abbreviazione: RHIT = Strumento di Imaging Epatico Riutilizzabile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
RHIT è stato originariamente progettato come un assemblaggio monocomponente utilizzando ABS (Acrilonitrile Butadiene Stirene), un polimero termoplastico ampiamente utilizzato nella modellazione a deposizione fusa nella stampa3D 45. L'ABS offre diversi vantaggi per questa applicazione: è leggero, resistente al calore (punto di fusione ~200 °C) e ha una buona resistenzaagli urti 46,47,48. Il design di RHIT sfrutta la densità sintonizzabile dell'ABS, permettendogli di assorbire movimenti fisiologici come il battito cardiaco e la respirazione. L'aumento della densità di riempimento aumenta l'attenuazione del movimento, con maggiore stabilità dell'immagine e qualità dell'immagine.
RHIT è progettato per assorbire il movimento attraverso regolazioni della densità di un materiale chimicamente inerte come l'ABS. In questo contesto, densità si riferisce specificamente alla percentuale di riempimento interno utilizzata durante la stampa 3D, che influisce sulla rigidità e sulla capacità della piattaforma di attenuare levibrazioni 49,50,51. L'aumento della densità dell'ABS è stato osservato riducendo la trasmissione dei movimenti causati dal battito cardiaco e dalla respirazione, creando una piattaforma stabile per l'imaging e migliorando la qualità dell'immagine. Abbiamo testato costrutti RHIT con densità di riempimento interne variabili (20-100%) e osservato qualitativamente che configurazioni ad alta densità portavano a artefatti di movimento visibilmente ridotti durante l'imaging intravitale epatico nei topi. Non fu eseguita una quantificazione formale, poiché la configurazione ad alta densità si dimostrò sufficientemente robusta ed efficace su tutte le dimensioni di RHIT testate, e forniva costantemente prestazioni affidabili in condizioni di imaging di routine. Per la maggior parte degli utenti, questa densità predefinita sarà adatta senza ulteriori aggiustamenti. Tuttavia, per esperimenti che richiedono specifiche caratteristiche meccaniche, la densità di riempimento e i parametri di progettazione possono essere modificati, e sono state fornite istruzioni complete per la stampa 3D a supporto di tale personalizzazione.
Materiali alternativi possono essere utilizzati per la stampa; tuttavia, l'ABS è il materiale preferito per la fabbricazione di RHIT poiché offre diversi vantaggi chiave. È chimicamente inerte, riducendo al minimo il rischio di interazione con tessuti o fluidi corporei, e insolubile in acqua, consentendo una pulizia, conservazione e riutilizzo efficienti. Queste proprietà rendono l'ABS una scelta affidabile e duratura per l'uso sperimentale. Quando l'accesso a una stampante per modellazione a deposizione fusa è limitato, possono essere utilizzate altre tecniche e materiali di stampa 3D. La stereolitografia, la sinterizzazione laser selettiva e la fusione multi-jet sono opzioni adatte con materiali come nylon, resine fotopolimeriche o polveri composite. Il nylon offre durabilità e flessibilità, mentre le resine stereolitografiche offrono alta risoluzione per applicazioni che richiedono dettagli strutturali fini. Il design RHIT può essere facilmente adattato alle tolleranze e ai vincoli di diversi materiali, rendendolo compatibile con una gamma di piattaforme di stampa. Gli utenti dovrebbero selezionare i materiali in base alla stabilità meccanica, alla biocompatibilità, alla compatibilità con i flussi di lavoro di imaging e alle risorse di stampa disponibili.