再灌流性急性心筋梗塞 (repAMI) における心臓損傷の 3 次元 (3D) 再構成により、関連する疾患に影響を与えるパターンの忠実な定量化と共局在化が可能になります。ここでは、心臓損傷、リスク領域、および免疫細胞応答を同時に測定するために、自動化可能なライトシートガイド下イメージングアプローチが提供されます。
方法論記事
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再灌流性急性心筋梗塞 (repAMI) における心臓損傷の 3 次元 (3D) 再構成により、関連する疾患に影響を与えるパターンの忠実な定量化と共局在化が可能になります。ここでは、心臓損傷、リスク領域、および免疫細胞応答を同時に測定するために、自動化可能なライトシートガイド下イメージングアプローチが提供されます。
複雑な細胞相互作用は、再灌流急性心筋梗塞 (repAMI) 中の機能的および構造的組織リモデリングを決定します。これらのプロセスは、損傷した心筋がさまざまな領域 (損傷領域、リスク領域 (AAR)、および遠隔領域) に分割されるため、明確な空間分布を示します。これらの領域の3次元(3D)視覚化は、常在する心臓細胞と浸潤免疫細胞の間のさまざまな相互作用の分析に不可欠であり、可能な治療標的の特定を可能にします。ここでは、repAMI後の心臓損傷領域、AAR、および浸潤免疫細胞(好中球など)の同時かつ自動化可能な3D視覚化および定量化のためのプロトコルについて説明します。これには、逆行性抗体灌流による AAR の ex vivo 視覚化後の心臓損傷領域 (CD31陰性) および好中球浸潤 (Ly6G+) の生体内抗体媒介染色、およびライトシート蛍光顕微鏡 (LSFM) イメージングのためのさらなる無毒組織クリアリングが含まれます。この技術により、標的細胞の空間分析、例えば、免疫細胞への浸潤や、repAMI後の無傷のマウス心臓の損傷領域などが可能になります。従来の組織学および免疫組織化学は、コンピューター支援後処理による無毒の組織除去および画像取得後に実行できます。これにより、同じマウス心臓内で情報を得るのを多重化することができ、データの堅牢性が強化され、repAMIのような非常に複雑な損傷において特に重要です。
再灌流性急性心筋梗塞 (repAMI) における組織損傷は、心臓のリモデリングと心不全の発症の主な推進因子です1。複数の局所メディエーターと常在する心臓細胞だけでなく、浸潤する免疫細胞も、複雑な相互作用でその拡大に影響を与えます2,3。これらのプロセスの空間構成を理解することは、repAMI 後の組織損傷を制限し、心機能を改善するための新しい治療標的を特定するための深い知識を得るために不可欠です。
心筋自体はさまざまな細胞型で構成されているため、すべての細胞型が虚血および再灌流障害中に独自の特定の抵抗能力を示すため、心臓損傷の詳細な分析は困難です4,5。repAMI の文脈における重要な特徴の 1 つは、内皮細胞機能の低下を伴う血管系の大幅な喪失です6。マウスおよびヒトにおける血管構造の描写および内皮機能障害の分析に使用される最も確立されたマーカーは、内皮細胞表面に発現する接着分子であるCD31(PECAM-1としても知られています)です7。さまざまな虚血/再灌流モデルでは、CD31の喪失は、内皮組織損傷の区別のための優れた代理マーカーであることが示されました8,9,10。さらに、repAMI 中は心臓全体で 3 つの主要な損傷コンパートメントが区別されます。虚血/再灌流 (I/R) 損傷の影響を受けない心臓組織は、遠隔領域を表します。血管閉塞の下流の心筋は、危険領域(AAR)11,12として定義されます。再灌流の開始後、先行する虚血(損傷領域)によって損傷したAARの内部で心臓組織の明確な領域を区別することができます13。マウスの心臓I / R損傷の従来の評価では、損傷した心臓細胞の代謝活性の低下を示す連続的な厚い切片に塩化トリフェニルテトラゾリウム(TTC)を使用します13,14。同時に、ex vivo Evanの青色染色を追加して、AAR15を測定することができます。ただし、これらの確立された方法には、免疫細胞浸潤の同時評価の可能性の低下、細胞型特異的損傷の区別、正確な 3D 組織再構成など、いくつかの制限があります。
ライトシート蛍光顕微鏡(LSFM)は、細胞レベルまでの蛍光シグナル分解能で、無傷の透明化したマウス臓器全体を視覚化することができます。最近、無傷のマウス心臓の3D視覚化のために、桂皮酸エチル(ECi)を使用した改良された無毒の組織除去法が導入されました8。TTC/エヴァンの青色染色の限界に対処するために、生体内抗体ベースのCD31蛍光染色を使用し、repAMI8中にCD31染色のない領域(CD31陰性)として心臓内皮損傷を明らかにしました。生体内染色と同様に、別の蛍光スペクトルを備えた蛍光色素結合抗 CD31 抗体による ex vivo 逆行性大動脈注射の追加投与は、AAR の同時期の 3D 描写を説明します。さらに、この方法は好中球染色を追加することで拡張でき、遠隔領域、AAR、および心臓内皮損傷体積で分離された細胞分布分析を可能にし、repAMI 中の好中球機能の理解を深めることができます。
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すべての実験動物手順は、管轄の地方自治体機関 (AZ 81-02.04.2023.A059 - Landesamt für Natur-, Umwelt- und Verbraucherschutz (LANUV)) によって承認され、動物実験および研究に関連するすべての倫理規制に準拠しています。実験は雄のC57BL/6Jマウス(9〜30週齢)で行った。動物は、地元の動物飼い場で特定の病原体のない(SPF)条件下で12時間/12時間の昼夜サイクルで飼育され、使用されました。
注: すべての外科的介入は、ケタミン (100 mg/kg) とキシラジン (10 mg/kg) を使用した腹腔内麻酔導入下で行われ、イソフルラン (1.5 Vol%) を使用した維持が行われました。動物の苦しみを軽減するために、すべての動物は、日中に麻酔前および麻酔後に 0.1 mg/kg のブプレノルフィンを皮下注射し、ブプレノルフィンを含む飲料水と組み合わせて一晩投与されました。repAMIを誘導するための外科的プロトコルは、以前に他の場所で説明されています16,17。生体内抗体注射を開始する前に、以下で説明する後のステップでex vivo逆行性抗体注射に使用される2つの6 cmペトリ皿を準備します。心臓から過剰な周囲組織を粗く除去するには、氷にPBSを入れた浅いシャーレを1つ必要とします(後の取り扱いプロセスを容易にするために、皿の中にサイズに合わせてカットされたガーゼを使用することをお勧めします)。大動脈カニューレ挿入には、20 G の鈍い鋼製カニューレ針を氷上の PBS に浸し、カニューレ ノッチの上に 5-0 縫合糸の緩い結び目を付けて、別の皿が必要です。カニューレ内の気泡は冠状血管を塞ぎ、完全な灌流を妨げる可能性があるため、避けるか除去してください。
1. 生体内抗体注射
2.ハートの収穫
注:セクション2と3はタイムクリティカルであり、6分以内に完了する必要があります。
3. ex vivo 逆行性抗体注射
4. サンプル処理とクリアリング
5. ジェランガムブロックの調製
6. イメージング
7. 画像の後処理
注:取得したデジタル画像データは、 材料表に記載されている科学的な3D画像処理および解析ソフトウェアを使用してさらに処理されました。
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ライトシート蛍光顕微鏡 (LSFM) を使用した提示されたアプローチにより、repAMI 後の AAR、内皮損傷、および好中球浸潤の同時分析が可能になります。 図1A は、repAMIの誘導24時間後のC57BL / 6Jマウスの生体内および ex vivo 抗体染色を示しています。心臓内皮損傷の染色用抗体(AlexaFluor 790で標識された抗CD31)および好中球浸潤(AlexaFluor 647で標識された抗Ly6G)を犠牲の10分前に静脈内注射しました。十分な採血後、AlexaFluor 546と結合した抗CD31抗体の逆行性大動脈灌流によってAARを染色し、心臓を4°Cで4%PFAで一晩固定しました。 図1B は、LSFMイメージングのためのさらなる組織処理を示しています。固定後、組織の自家蛍光を減少させるために、過酸化水素とジメチルスルホキシドで漂白した後、エタノール列を上昇させて心臓を脱水しました。最後に、ECiを使用して完全に脱水された組織の屈折率マッチングを実行し、全臓器LSFM...
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マウスのrepAMI中の心臓組織損傷を検出するためのいくつかのイメージングエンティティがあります。これらの手法にはさまざまな利点がありますが、制限もあります。TTCを使用して心臓細胞の代謝活性低下を染色することは、心臓I / R損傷の定量化に最も一般的に使用される方法であり、AAR13、14、15を区別するためにEvanの青色染色と組み合わせることができます。これは高速で費用対効果の高い方法ですが、連続組織切片を生成する必要があるため、正確な 3D 再構成には制限があります。同じことが、心臓組織損傷の従来の組織学的方法、例えば、ヘマトキシリン/エオシンまたはゴモリトリクロ染色にも当てはまり、より高い空間イメージング分解能での分析を可能にします18,19。一方、repAM...
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エリアス・ハジ・イェヒアは、提出された作品の外にあるアストラゼネカからの個人料金やその他の費用を報告しています。Simon F. Merz と Lea Bornemann は現在、Miltenyi Biotec BV & Co. KG に勤務しています。マティアス・トツェックとティヌシュ・ラサフは、個人手数料を報告し、エドワーズとノバルティス、ブリストル・マイヤーズ スクイブ、バイエル、第一三共、アストラゼネカからのその他の手数料は、提出された作品の外にあります。Tienush Rassaf と Ulrike B. Hendgen-Cotta は、心臓保護ペプチドの開発に焦点を当てた会社である Bimyo を共同設立しました。Matthias Gunzer は、Miltenyi BioTec BV &; Co. KG から一般研究資金を受け取りました。他のすべての著者は、利益相反がないことを宣言しています。
著者らは、次の資金源を認めています: ドイツ研究財団 (UMEA Clinician Scientist、FU 356/12-2、Elias Haj-Yehia;HE6317/2-1、Ulrike Hendgen-Cotta、RA969/12-1、Tienush Rassaf)およびドイツ心臓学会(DGK、Deutsche Gesellschaft für Kardiologie - Herz- und Kreislaufforschung e.V.、DGK02/2022、Elias Haj-Yehia)。この作業の一部は、ドイツのデュイスブルク・エッセン大学医学部のサービスコア施設であるエッセンイメージングセンター(IMCES)で実施されました。IMCESのスタッフの継続的な技術サポートと機器の使用に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 27G針 | ベクトン・ディキンソン | 305889 | BDエクリプス |
| 3D画像処理&分析ソフトウェア | ビットプレーン | バース。10.1.0 | イマリス |
| 5-0縫合糸 | セラグ・ヴィースナー | IC108000 | 絹 |
| 6-0縫合糸 | エチコン | EH7814 | プロレン |
| AlexaFluor 546抗体標識キット | インビトロゲン | A20183 | |
| AlexaFluor 790抗体標識キット | インビトロゲン | A20189 | |
| 抗マウスLy6G抗体(AlexaFluor 647) | バイオレジェンド | 127610 | クローン:1A8 |
| セルストレーナー(100µm) | コーニング | 431752 | |
| ジメチルスルホキシド(DMSO) | カール・ロス | 7029.1 | |
| エタノール | カール・ロス | 0911.4 | |
| エチルシンネメート(ECi) | シグマ・アルドリッチ | 112372 | |
| ファイル変換ソフトウェア | ビットプレーン | バース。10.1.0 | イマリス |
| ガーゼ | フールマン | 10021 | |
| ジェランガムパウダー | シグマ・アルドリッチ | P8169 | フィタジェル |
| ヘパリン(25.000 IE / 5 mL) | レオファーマ | 15261203 | |
| 過酸化水素(H2O2、30%) | カール・ロス | 8070.2 | |
| 注射用シリンジ | Bブラウン | 9161502S | オムニカンF |
| ケタミン(100 mg / mL) | ベラファーマ | 402581.00.00 | |
| ライトシート顕微鏡システム | ミルテニー・バイオテック | - | ウルトラマイクロスコープブレイズ |
| ルアーロックシリンジ | ベクトン・ディキンソン | 303172 | BDプラスティパック |
| マグネチックスターラー | VWRの | 444-0572 | |
| Neo sCMOSカメラ(4.2 MP) | アンドールテクノロジー | ZL41セル4.2 | |
| 目的 | ミルテニー・バイオテック | 130-133-625 | MIプラン 1.1x NA 0.1、WD 17.6 mm |
| パラホルムアルデヒド(PFA、4%) | シグマ・アルドリッチ | 1.00496 | 10%ホルマリン、中性緩衝 |
| ペトリ皿 | グライナーバイオワン | 632181 | |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | ギブコ | 14190-094 | MgCl2/CaCl2 |
| ポリプロピレンチューブ(15mL) | グライナーバイオワン | 188261 | |
| ポリプロピレンチューブ(5mL) | カール・ロス | エキ9.1 | 黒い |
| ポリプロピレンチューブ(50mL) | グライナーバイオワン | 227261 | |
| マウス心臓カニューレ挿入のための準備皿 | ヒューゴ・サックス・エレクトロニック | 73-4327 | カニューレ付属 |
| 精製抗マウスCD31抗体 | ベクトン・ディキンソン | 53369 | クローン:MEC13.3 |
| ローラーポンプ | イスマテック | ISM597-230 | |
| シーリングフィルム | ベミス | PM-996 | パラフィルム |
| 実体顕微鏡 | ライカ | S6D | |
| チューブローテーター | ハイドルフ | ポリマックス1040 | |
| 白色光レーザー | NKTフォトニクス | スーパーKエクストリーム | 200 mW、480–2400ナノメートル |
| WTマウス系統 | ジャンビエ研究所 | - | C57BL/6JRj |
| キシラジン (2%) | セヴァ・ティアゲスンハイト | 6324464.00.00 |
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