Name: Imaging ottico mesoscopico dellintero cuore del topo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-10-14T14:15:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: Scopri la ricostruzione mesoscopica dell'intero cuore del topo a risoluzione micrometrica mediante microscopia a foglio di luce e protocolli di clearing avanzati. Questo metodo preserva l'organizzazione tridimensionale del tessuto cardiaco per studi patologici.

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Questo progetto ha ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione Europea nell'ambito della convenzione di sovvenzione n. 952166 (REPAIR), MUR nell'ambito del programma FISR, progetto FISR2019_00320 e Regione Toscana, Bando Ricerca Salute 2018, progetto PERCARE.

Tutte le manipolazioni e le procedure degli animali sono state eseguite in conformità con le linee guida della Direttiva 2010/63 / UE del Parlamento europeo sulla protezione degli animali utilizzati a fini scientifici e conformi ai principi e ai regolamenti del Ministero della Salute italiano. Il protocollo sperimentale è stato approvato dal Ministero della Salute italiano (numero di protocollo 647/2015-PR). Tutti gli animali sono stati forniti da ENVIGO, Italia. Per questi esperimenti, sono stati utilizzati 5 topi maschi C57BL / 6J di 6 mesi di età.
1. Preparazione della soluzione
<ol><li>Preparare il 4% di paraformaldeide (PFA) in soluzione salina tamponata fosfato (PBS) (pH 7,6) in una cappa chimica. Conservare le aliquote di PFA al 4% a -20 °C per diversi mesi.</li>
	<li>Preparare la soluzione di idrogel: mescolare 4% acrilammide, 0,05% bis-acrilammide, 0,25% iniziatore AV-044 in 0,01 M PBS in una cappa chimica. Mantenere i reagenti e la soluzione su ghiaccio durante l'intera preparazione. Conservare le aliquote di idrogel a -20 °C per diversi mesi.</li>
	<li>Preparare la soluzione di pulizia: Mescolare 200 mM di acido borico, 4% di sodio dodecil-solfato (SDS) in acqua deionizzata; pH 8,6 in una cappa chimica. Conservare la soluzione tra 21-37 °C per evitare la precipitazione di SDS.</li>
	<li>Preparare la soluzione fresca di Tyrode il giorno dell'esperimento: aggiungere 10 mM di glucosio, 10 mM di HEPES, 113 mM di NaCl, 1,2 mM di MgCl2 e 4,7 mM di KCl; titolare a pH 7,4 utilizzando 1 M NaOH.</li>
</ol>2. Isolamento cardiaco
<ol><li>Iniettare 0,1 ml di 500 U.I. eparina per via sottocutanea 30 minuti prima della procedura di isolamento cardiaco.</li>
	<li>Riempire una siringa da 30 ml e tre piastre di Petri da 6 cm con una soluzione fresca di Tyrode. Fai una piccola spaccatura (3-4 mm di profondità) sul bordo di una delle piastre di Petri e mettila sotto un microscopio stereoscopico.</li>
	<li>Fissare una cannula di 1 mm di diametro alla siringa e inserirla nella spaccatura della capsula di Petri. Assicurarsi che non ci siano bolle d'aria nella siringa.</li>
	<li>Riempire una siringa da 20 mL con PFA al 4% e tenerla nel cappuccio chimico. Preparare una capsula di Petri vuota sotto il cofano.</li>
	<li>Anestetizzare il topo con il 3% di isoflurano/ossigeno ad una portata di 1,0 L/min e sacrificarlo per lussazione cervicale secondo le norme vigenti in materia di benessere animale.</li>
	<li>Dopo il sacrificio, rimuovere la pelliccia sul petto e aprire il petto per avere pieno accesso al cuore.</li>
	<li>Isolare il cuore, immergerlo nella capsula di Petri precedentemente riempita con 50 ml di soluzione di Tyrode. Utilizzare forbici chirurgiche per tagliare l'aorta immediatamente vicino all'arco aortico per avere il cuore esposto.</li>
	<li>Trasferire il cuore al microscopio stereoscopico ed eseguire con attenzione l'incannulamento. Non inserire la cannula troppo in profondità nell'aorta (non più di 2 mm) per evitare danni ai tessuti.</li>
	<li>Utilizzare un piccolo morsetto e una sutura (taglia 5/0) per fissare il cuore alla cannula.</li>
	<li>Perfondere il cuore con 30 mL della soluzione di Tyrode con una pressione costante di 10 mL/min per rimuovere il sangue dai vasi.</li>
	<li>Staccare la cannula dalla siringa e posizionare il cuore nella capsula di Petri riempita con la soluzione di Tyrode. Fare attenzione a non avere bolle d'aria nella cannula; In caso contrario, rimuovere correttamente le bolle d'aria.</li>
	<li>Attaccare la siringa da 20 mL riempita con PFA freddo al 4% alla cannula e perfondere il cuore alla stessa pressione costante.</li>
	<li>Incubare il cuore in 10 mL di PFA al 4% a 4 °C durante la notte (O/N). Per evitare la degradazione dei tessuti, eseguire i passaggi 2.6-2.13 nel più breve tempo possibile.</li>
</ol>3. Pulizia del cuore
<ol><li>Il giorno seguente, lavare il cuore in 0,01 M PBS 3 volte a 4 °C per 15 min. NOTA: Dopo questo passaggio, il cuore può essere conservato in PBS + 0,01% di azoturo di sodio (NaN3) a 4 °C per diversi mesi.</li>
	<li>Incubare il cuore in 30 mL di soluzione di idrogel agitando (15 rpm) a 4 °C per 3 giorni.</li>
	<li>Degasare il campione a temperatura ambiente utilizzando un essiccatore, una pompa per vuoto e un sistema di tubi che collega l'essiccatore sia alla pompa che a una tubazione di azoto.<ol><li>Posizionare il campione nell'essiccatore e aprire il flaconcino, mantenendo il tappo su di esso.</li>
		<li>Chiudere l'essiccatore e rimuovere l'ossigeno dal tubo aprendo la tubazione dell'azoto.</li>
		<li>Accendere la pompa per vuoto per rimuovere l'ossigeno dall'essiccatore per 10 minuti.</li>
		<li>Spegnere la pompa e utilizzare la manopola dell'essiccatore per aprire la tubazione dell'azoto. Una volta che la pressione è uguale alla pressione atmosferica, aprire con attenzione l'essiccatore e chiudere rapidamente il flaconcino.</li>
	</ol></li>
	<li>Mantenere il cuore nella soluzione di idrogel degassata a 37 °C per 3 ore a riposo.</li>
	<li>Quando l'idrogel è correttamente polimerizzato e appare interamente gelatinoso, rimuovere con cura il cuore da esso e metterlo nel supporto del campione.</li>
	<li>Inserire il portacampioni con il cuore in una delle camere di compensazione e chiuderlo correttamente per evitare perdite della soluzione di pulizia.</li>
	<li>Accendere il bagno d'acqua in cui è posizionato il contenitore della soluzione di compensazione e la pompa peristaltica per avviare il ricircolo della soluzione di pulizia.</li>
	<li>Cambiare la soluzione di compensazione nel contenitore una volta alla settimana per accelerare la procedura di chiarificazione.</li>
</ol>4. Colorazione della membrana cellulare
<ol><li>Una volta che il cuore appare completamente chiarificato, rimuoverlo dal portacampioni e lavarlo in 50 ml di PBS riscaldato per 24 ore. Lavare nuovamente in 50 mL di PBS + 1% di Triton-X (PBS-T 1x) per 24 h.</li>
	<li>Incubare il campione in 0,01 mg/mL di Agglutinina del Germe di Grano (WGA) - Alexa Fluor 633 in 3 mL di PBS-T 1x in agitazione (50 rpm) a temperatura ambiente per 7 giorni.</li>
	<li>Dopo l'incubazione di 7 giorni, lavare il campione in 50 ml di PBS-T 1x a temperatura ambiente agitando per 24 ore.</li>
	<li>Incubare il campione in PFA al 4% per 15 minuti e quindi lavarlo 3 volte in PBS per 5 minuti ciascuno. NOTA: Dopo questo passaggio, il cuore può essere conservato in PBS + 0,01% NaN3 a 4 °C per diversi mesi.</li>
	<li>Incubare il cuore in concentrazioni crescenti di 2,2′-tiodietanolo (TDE) in 0,01 M PBS (20% e 47% TDE/PBS) per 8 ore ciascuna, fino alla concentrazione finale del 68% TDE in 0,01 M PBS per fornire l'indice di rifrazione richiesto (RI = 1,46). Questo è il mezzo corrispondente RI (RI-medium) per acquisire immagini16.</li>
</ol>5. Montaggio e acquisizione del cuore
NOTA: Tutti i componenti del sistema ottico sono elencati in dettaglio nella tabella dei materiali.
<ol><li>Riempire delicatamente circa l'80% della cuvetta esterna (quarzo, 45 mm × 45 mm × 42,5 mm) con il mezzo RI. NOTA: Qui è possibile utilizzare diverse soluzioni non volatili che garantiscono un RI di 1,46.</li>
	<li>Riempire delicatamente la cuvetta interna (quarzo, 45 mm × 12,5 mm × 12,5 mm) con lo stesso mezzo RI.</li>
	<li>Immergere il campione all'interno della cuvetta interna. Le incubazioni del campione sopra descritte consentono al campione di rimanere stabile all'interno del mezzo IR senza essere trattenuto.</li>
	<li>Spostare delicatamente il campione sul fondo della cuvetta usando una pinzetta sottile e disporre il cuore con il suo asse longitudinale parallelo all'asse principale della cuvetta per ridurre al minimo il percorso della luce di eccitazione attraverso il tessuto durante la scansione.</li>
	<li>Fissare delicatamente il tappo su misura sopra la cuvetta interna con due viti.</li>
	<li>Montare il campione sullo stadio del microscopio utilizzando i magneti.</li>
	<li>Traslare manualmente lo stadio di campionamento verticale per immergere la cuvetta interna in quella esterna.</li>
	<li>Accendere la sorgente luminosa di eccitazione (lunghezza d'onda di 638 nm), impostando una potenza bassa (nell'ordine di 3 mW).</li>
	<li>Spostare il campione utilizzando il traduttore motorizzato per illuminare un piano interno del tessuto.</li>
	<li>Accendere il software di imaging (HCImageLive) e impostare il trigger della telecamera sulla modalità esterna (foglio luminoso) per pilotare il trigger di acquisizione della telecamera dal software personalizzato che controlla l'intera configurazione.</li>
	<li>Abilita il salvataggio automatico nel pannello Impostazioni scansione e imposta la cartella di output in cui devono essere salvate le immagini.</li>
	<li>Regolare manualmente la posizione del campione nel piano XY con i traslatori lineari per spostare il campione al centro del FoV del sensore della fotocamera.</li>
	<li>Spostare il campione lungo l'asse Z utilizzando il traslatore motorizzato lineare per identificare i bordi del cuore per la ricostruzione tomografica.</li>
	<li>Aumentare la potenza del laser a ~20 mW, pronto per la sessione di imaging.</li>
	<li>Avviare l'acquisizione tomografica, fare clic sul pulsante Start nel pannello Sequenza del software di imaging e contemporaneamente spostare il campione lungo l'asse Z alla velocità costante di 6 μm/s utilizzando il traduttore motorizzato.</li>
</ol>

<ol><li>Cohn, J. N., Ferrari, R., Sharpe, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+remodeling-concepts+and+clinical+implications%3A+A+consensus+paper+from+an+International+Forum+on+Cardiac+Remodeling%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+College+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Cardiac remodeling-concepts and clinical implications: A consensus paper from an International Forum on Cardiac Remodeling.</a> Journal of the American College of Cardiology. 35, 569-582 (2000).</li>
<li>Finocchiaro, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arrhythmogenic+potential+of+myocardial+disarray+in+hypertrophic+cardiomyopathy%3A+genetic+basis%2C+functional+consequences+and+relation+to+sudden+cardiac+death%5BTitle%5D)+AND+%22EP+Europace%22%5BJournal%5D)">Arrhythmogenic potential of myocardial disarray in hypertrophic cardiomyopathy: genetic basis, functional consequences and relation to sudden cardiac death.</a> EP Europace. 2, 1-11 (2021).</li>
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<li>Park, Y. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protection+of+tissue+physicochemical+properties+using+polyfunctional+crosslinkers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Protection of tissue physicochemical properties using polyfunctional crosslinkers.</a> Nature Biotechnology. 37, 73(2019).</li>
<li>Ding, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-sheet+fluorescence+microscopy+for+the+study+of+the+murine+heart%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Light-sheet fluorescence microscopy for the study of the murine heart.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (139), e57769(2018).</li>
<li>Olianti, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+imaging+and+morphometry+of+the+heart+capillary+system+in+spontaneously+hypertensive+rats+and+normotensive+controls%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">3D imaging and morphometry of the heart capillary system in spontaneously hypertensive rats and normotensive controls.</a> Scientific Reports. 10, 1-9 (2020).</li>
<li>Pianca, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cardiac+sympathetic+innervation+network+shapes+the+myocardium+by+locally+controlling+cardiomyocyte+size+through+the+cellular+proteolytic+machinery%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Cardiac sympathetic innervation network shapes the myocardium by locally controlling cardiomyocyte size through the cellular proteolytic machinery.</a> The Journal of Physiology. 597, 3639-3656 (2019).</li>
<li>Di Bona, A., Vita, V., Costantini, I., Zaglia, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+clearer+view+of+sympathetic+innervation+of+cardiac+and+skeletal+muscles%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Biophysics+and+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Towards a clearer view of sympathetic innervation of cardiac and skeletal muscles.</a> Progress in Biophysics and Molecular Biology. 154, 80-93 (2020).</li>
<li>Voigt, F. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mesoSPIM+initiative+-+open-source+light-sheet+microscopes+for+imaging+cleared+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">The mesoSPIM initiative - open-source light-sheet microscopes for imaging cleared tissue.</a> Nature Methods. 16 (11), 1105-1108 (2019).</li>
<li>Costantini, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+clearing+agent+for+multi-modal+brain+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">A versatile clearing agent for multi-modal brain imaging.</a> Scientific Reports. 5, 9808(2015).</li>
<li>Judd, J., Lovas, J., Huang, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation%2C+culture+and+transduction+of+adult+mouse+cardiomyocytes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Isolation, culture and transduction of adult mouse cardiomyocytes.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (114), e54012(2016).</li>
<li>Yi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microvessel+prediction+in+H%26E+stained+pathology+images+using+fully+convolutional+neural+networks%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Bioinformatics%22%5BJournal%5D)">Microvessel prediction in H&E stained pathology images using fully convolutional neural networks.</a> BMC Bioinformatics. 19 (1), 64(2018).</li>
<li>Susaki, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Versatile+whole-organ%2Fbody+staining+and+imaging+based+on+electrolyte-gel+properties+of+biological+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Versatile whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissues.</a> Nature Communications. 11 (1), 1982(2020).</li>
</ol>

Niente da divulgare.

In questo lavoro, è stato introdotto un approccio di successo per chiarire, colorare e visualizzare un intero cuore di topo ad alta risoluzione. In primo luogo, è stato ottimizzato ed eseguito un protocollo di trasformazione tissutale (CLARITY), leggermente modificato per la sua applicazione sul tessuto cardiaco. Infatti, per ottenere un'efficace ricostruzione in 3D di un cuore intero, è fondamentale prevenire il fenomeno della diffusione della luce. La metodologia CLARITY ci permette di ottenere un cuore intatto altamen...

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 fornire una bella panoramica dell'organizzazione del cuore. Tuttavia, la loro risoluzione spaziale è insufficiente per studiare l'impatto del rimodellamento strutturale sulla funzione cardiaca a livello cellulare.
Collocare questo quadro a un diverso ordine di grandezza, in cui le singole cellule possono svolgere ruoli individuali sulla propagazione del potenziale d'azione, è impegnativo. La limitazione principale è l'inefficienza dei metodi di imaging standard per eseguire immagini ad alta risoluzione (risoluzione micrometrica) in tessuti massicci (centimetrici). In effetti, l'imaging dei tessuti biologici in 3D ad alta risoluzione è molto complicato a causa dell'opacità dei tessuti. L'approccio più comune per eseguire ricostruzioni 3D in interi organi è quello di preparare sezioni sottili. Tuttavia, il sezionamento, l'assemblaggio e l'imaging precisi richiedono uno sforzo e un tempo significativi. Un approccio alternativo che non richiede il taglio del campione è quello di generare un tessuto trasparente. Negli ultimi anni sono state proposte diverse metodologie per la chiarificazione dei tessuti 5,6,7,8. La sfida di produrre tessuti massicci, trasparenti e marcati con fluorescenza è stata recentemente raggiunta sviluppando veri approcci di trasformazione tissutale (CLARITY9, SHIELD10). In particolare, il metodo CLARITY si basa sulla trasformazione di un tessuto intatto in una forma nanoporosa, ibridata con idrogel, priva di lipidi che consente di conferire un'elevata trasparenza mediante la rimozione selettiva dei doppi strati lipidici di membrana. In particolare, questo metodo è stato trovato efficace anche nella preparazione cardiaca11,12,13,14. Tuttavia, poiché il cuore è troppo fragile per essere adatto a una compensazione attiva, deve essere eliminato utilizzando l'approccio passivo, che richiede molto tempo per conferire completa trasparenza.
In combinazione con tecniche di imaging avanzate come la microscopia a foglio di luce, CLARITY ha il potenziale per visualizzare tessuti cardiaci massicci 3D a risoluzione micrometrica. Nella microscopia a foglio di luce, l'illuminazione del campione viene eseguita con un sottile foglio di luce confinato nel piano focale dell'obiettivo di rilevamento. L'emissione di fluorescenza viene raccolta lungo un asse perpendicolare al piano di illuminazione15. L'architettura di rilevamento è simile alla microscopia a campo largo, rendendo l'acquisizione molto più veloce rispetto ai microscopi a scansione laser. Lo spostamento del campione attraverso il foglio luminoso consente di ottenere una tomografia completa di campioni di grandi dimensioni, fino a campioni di dimensioni centimetriche. Tuttavia, a causa delle proprietà intrinseche del fascio gaussiano è possibile ottenere un foglio di luce molto sottile (dell'ordine di pochi micron) solo per una limitata estensione spaziale, limitando così drasticamente il campo visivo (FoV). Recentemente, è stato introdotto un nuovo schema di eccitazione per superare questa limitazione e applicato per l'imaging cerebrale, consentendo ricostruzioni 3d con risoluzione isotropa16.
In questo documento, viene presentato un approccio di compensazione passiva, che consente una significativa riduzione dei tempi di compensazione necessari per il protocollo CLARITY. Il quadro metodologico qui descritto permette di ricostruire un cuore intero di topo con risoluzione micrometrica in un'unica scansione tomografica con un tempo di acquisizione nell'ordine dei minuti.

<table><tbody><tr><td>2-2' Tiodietanolo</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>166782</td><td></td></tr><tr><td>Acrilammide</td><td>Bio-Rad</td><td>61-0140</td><td></td></tr><tr><td>AV-044 Iniziatore</td><td>Wako Chemicals</td><td>AVP5874</td><td></td></tr><tr><td>Bis-acrilammide</td><td>Bio-Rad</td><td>161-042</td><td></td></tr><tr><td>Acido borico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>B7901</td><td></td></tr><tr><td>Fotocamera</td><td>Hamamatsu</td><td>Orca flash 4.0 v3</td><td></td></tr><tr><td>Software della fotocamera</td><td>Hamamatsu</td><td>HC Lente</td> di collimazione per immagini <td></td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>AC254-050-A-ML</td><td></td></tr><tr><td>Braccio di rilevamento</td><td>Ottica integrata</td><td>0638L-15A-NI-PT-NF</td><td></td></tr><tr><td>Lente di eccitazione</td><td>Nikon</td><td>91863</td><td></td></tr><tr><td>Extera&igrave; cuvetta al quarzo</td><td>Portmann Instruments</td><td>UQ-753</td><td></td></tr><tr><td>Specchi pieghevoli</td><td>Thorlabs</td><td>BBE1-E02</td><td></td></tr><tr><td>Specchio galvanometrico</td><td>Thorlabs</td><td>GVS211/M</td><td></td></tr><tr><td>Glucosio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G8270</td><td></td></tr><tr><td>HCImage Live</td><td>Hamamatsu</td><td>4.6.1.19</td><td></td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H3375</td><td></td></tr><tr><td>Cuvetta interna al quarzo</td><td>Portmann Instruments</td><td>UQ-204</td><td></td></tr><tr><td>KCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P4504</td><td></td></tr><tr><td>Sorgente laser</td><td>Ottica integrata</td><td>0638L-15A-NI-PT-NF</td><td></td></tr><tr><td>Filtro passa-lungo</td><td>Thorlabs</td><td>FELH0650</td><td></td></tr><tr><td>Base magnetica</td><td>Thorlabs</td><td>KB25/M</td><td></td></tr><tr><td>MgCl2</td><td>Chem-Lab</td><td>CI-1316-0250</td><td></td></tr><tr><td>Traslatore motorizzato</td><td>Physisk Instrument</td><td>M-122.2DD</td><td></td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>59888</td><td></td></tr><tr><td>Obiettivo</td><td>Thorlabs</td><td>TL2X-SAP</td><td></td></tr><tr><td>Paraformaldeide</td><td>Agar Scientific</td><td>R1018</td><td></td></tr><tr><td>Soluzione tampone fosfato</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P4417</td><td></td></tr><tr><td>Polycap AS</td><td>Whatman</td><td>2606T</td><td></td></tr><tr><td>Lente relè</td><td>Qioptiq</td><td>G063200000</td><td></td></tr><tr><td>Sodio Dodecil Solfato</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L3771</td><td></td></tr><tr><td>Lente del tubo</td><td>Thorlabs</td><td>ACT508-200-A-ML</td><td></td></tr><tr><td>Lente sintonizzabile</td><td>Optotune</td><td>EL-16-40-TC-VIS-5D-1-C</td><td></td></tr><tr><td>Pompa a vuoto</td><td>KNF Neuberger Inc</td><td>N86KT.18</td><td></td></tr><tr><td>Acqua vasca da bagno</td><td>Memmert</td><td>WTB</td><td></td></tr></tbody></table>

imaging ottico mesoscopico dell'intero cuore del topo

Mesoscopic Optical Imaging of Whole Mouse Heart

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.

La configurazione di compensazione passiva sviluppata consente di ottenere un cuore di topo adulto cancellato (con una dimensione dell'ordine 10 mm x 6 mm x 6 mm) in circa 3 mesi. Tutti i componenti della configurazione sono montati come illustrato nella Figura 1. Il gradiente di temperatura trascurabile tra ciascuna camera di compensazione (dell'ordine di 3 °C) consente di mantenere la temperatura in un intervallo adeguato in tutte le camere.
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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.

Imaging ottico mesoscopico dell'intero cuore del topo

Both genetic and non-genetic cardiac diseases can cause severe remodeling processes in the heart. Structural remodeling, such as collagen deposition ...

Questa metodologia combina il miglioramento del protocollo di clearing con la capacità oculare di sezionamento ottico della tecnologia PIM Mesos permettendoci di eseguire ricostruzioni meso scopiche a risoluzione micrometrica. Offre la possibilità di visualizzare tessuti cardiaci massicci o interi cuori di topo intera soluzione in un'unica scansione senza perdere l'organizzazione tridimensionale originale del tessuto. Dopo che il cuore è stato incannulato mediante aorta prossimale lavata in soluzione di tiro e fissata in aldeide paraforme al 4% in PBS molare 0,01 è pronto per iniziare il protocollo di pulizia.Lavare il cuore tre volte in 0,01 molare PBS a quattro gradi Celsius per 15 minuti. Dopo questo passaggio, il cuore può essere conservato in PBS e 0,01% azide di sodio a quattro gradi Celsius per diversi mesi. Incubare il cuore in 20 millilitri di soluzione di idrogel in condizioni di agitazione a 15 RPM per tre giorni a quattro gradi Celsius.Degassare il campione a temperatura ambiente utilizzando un essiccatore, una pompa per vuoto e un sistema di tubi che collega l'essiccatore sia alla banda della pompa che alla tubazione dell'azoto. Introdurre il campione nell'essiccatore e aprire il flaconcino mantenendo il tappo su di esso. Chiudere l'essiccatore e rimuovere l'ossigeno dal tubo aprendo la tubazione dell'azoto.Accendere la pompa per vuoto per rimuovere l'ossigeno dall'essiccatore per 10 minuti. Spegnere la pompa e aprire la manopola dell'essiccatore alla tubazione dell'azoto. Quindi aprire il rubinetto dell'azoto.Una volta che la pressione è uguale alla pressione atmosferica, aprire con attenzione l'essiccatore e chiudere rapidamente il flaconcino. Mantenere il cuore nella soluzione di idrogel degasato a 37 gradi Celsius per circa tre ore a riposo. Quando l'idrogel è correttamente polimerizzato e appare interamente gelatinoso, rimuovere con cura il cuore da esso e metterlo in una soluzione di compensazione nella fiala con soluzione di pulizia.Cambiare la soluzione di pulizia nel flaconcino una volta ogni tre giorni per accelerare la procedura di chiarificazione. Una volta che il cuore appare completamente chiarito, rimuoverlo dalla fiala e lavarlo in 50 millilitri di PBS riscaldato per 24 ore in condizioni di agitazione. Lavare nuovamente in 50 millilitri di un X PBS T per 24 ore in condizioni di agitazione.Incubare il campione in 0,01 milligrammi per millilitri di germe di grano aglutinina Alexa piano 633 in tre millilitri di un X PBS T in condizioni di agitazione a 50 RPM a temperatura ambiente per sette giorni. Dopo l'incubazione di sette giorni, lavare il campione in 50 millilitri di un X PBS T a temperatura ambiente agitando per 24 ore. Incubare il campione in 4% PFA per 15 minuti e poi lavarlo tre volte in 0,01 molare PBS per cinque minuti ciascuno.Incubare il cuore successivamente in 20 e 47% TDE in 0,01 molare PBS per otto ore ciascuno. E infine al 68% TDE in 0,01 molari PBS per fornire l'indice di rifrazione richiesto di 1,46. Riempire delicatamente circa l'80% del quvet di quarzo esterno con il mezzo dell'indice di rifrazione.Riempire il quvet di quarzo interno con lo stesso mezzo di indice di rifrazione. Immergere il campione all'interno del quvet interno. Spostare delicatamente il campione sul fondo del quvet usando una pinzetta sottile e disporre il cuore con il suo asse longitudinale parallelo all'asse principale del quvet per ridurre al minimo il percorso della luce di eccitazione attraverso il tessuto durante la scansione.Fissare con cura il tappo su misura sopra il quvet interno con due viti. Montare il campione sullo stadio del microscopio usando i magneti. Traslare manualmente lo stadio di campionamento verticale per immergere il quvet interno in quello esterno.Accendere la sorgente luminosa di eccitazione con una lunghezza d'onda di 638 nanometri e impostarla a bassa potenza nell'ordine di tre milliwatt. Spostare il campione utilizzando il traduttore motorizzato per illuminare una piastra interna del tessuto. Accendere il software della telecamera live dell'immagine HC e impostare il trigger della telecamera sulla modalità foglio luminoso del trigger del bordo esterno per pilotare il trigger di acquisizione della telecamera tramite il software personalizzato che controlla l'intera configurazione.Abilitare il salvataggio automatico nel software della fotocamera e impostare la cartella di output in cui è necessario salvare le immagini. Regolare manualmente la posizione del campione nel piano X Y con i traslatori lineari per spostare il campione al centro del campo visivo del sensore della fotocamera. Spostare il campione lungo l'asse Z utilizzando il traduttore motorizzato lineare per identificare i bordi del cuore per la ricostruzione tomografica.Aumentare la potenza del laser a circa 20 milliwatt prima di iniziare la sessione di imaging. Avviare l'acquisizione tomografica facendo clic sul pulsante Start nel pannello di acquisizione del software di imaging e allo stesso tempo iniziare a spostare il campione lungo l'asse Z alla velocità costante di sei micrometri al secondo utilizzando il traduttore motorizzato. La combinazione della metodologia di chiarezza con TDE come mezzo di indice di rifrazione non modifica significativamente il volume finale del campione né porta a una deformazione isotropa del campione.L'ottica di eccitazione ha prodotto un foglio luminoso con uno spreco minimo di circa sei micrometri che divergeva fino a 175 micrometri ai margini del campo visivo. La sincronizzazione della telecamera rolling shutter con la scansione assiale degli scarti del foglio luminoso ha permesso di raccogliere il segnale di emissione solo nella porzione di campione eccitata con lo scarto del foglio luminoso risultando in una media F W H M di circa 6,7 micrometri lungo tutto il campo visivo. La funzione di diffusione del punto Z del microscopio è stata stimata anche da una ricostruzione tomografica della nanosfera fluorescente e un F W H M di 6,4 micrometri è stato stimato dal fit.È stata inoltre confermata la potenzialità del sistema di risolvere singole membrane cellulari in tre dimensioni con un sufficiente rapporto segnale/rumore nell'intero organo. La procedura di degassamento è la fase più critica del protocollo. Se non viene eseguito correttamente, il tessuto potrebbe subire danni durante l'incubazione in una soluzione detergente.Il protocollo presentato può essere combinato con un protocollo multi colorazione per ottenere una ricostruzione dell'intero organo integrando diverse strutture biologiche e può essere applicato allo studio di modelli patologici.

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Scopri la ricostruzione mesoscopica dell'intero cuore del topo a risoluzione micrometrica mediante microscopia a foglio di luce e protocolli di clearing avanzati. Questo metodo preserva l'organizzazione tridimensionale del tessuto cardiaco per studi patologici.

Imaging ottico mesoscopico dell'intero cuore del topo

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