Name: 3Dホール・ハート心筋組織の分析 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 53 s
Description: 学ぶ3D全心臓組織処理法を用いた心筋内注射の標的精度評価法。慢性心筋梗塞ブタモデルの梗塞周辺部への注射精度をMRIで評価し、心臓再生医療の技術最適化に貢献します。

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著者は、動物実験とその支援のためマーライン・ジャンセン、ジョイスフィッセル、およびマルタインバンNieuwburgに感謝したいと思います。我々は大幅にMRI画像とその支援のためマルタインFroelingとアンケ・ウォッシンク認めます。

in vivoでの実験は、実験動物研究所により調製実験動物の管理と使用に関する指針に従って実施しました。実験は、地元の動物実験委員会によって承認されました。 注射と埋め込みソリューションの調製<ol><li>注射用ゲルを準備します。 <ol><li>前述のプロトコル12,13に応じてウレイド-ピリミジノン（UPy）ゲル1mLのを準備します。 </li><li> 15μgの/ mLの濃度を取得し、均一な分布のために5分間混合物を撹拌した溶液に超常磁性酸化鉄粒子（SPIOs）を加えます。 </li><li>万個のビーズ/ mLの濃度を取得し、均一な分布のために5分間混合物を撹拌した溶液に、蛍光マイクロビーズを加えます。 </li><li>暗い環境で得られた混合物を室温で保管してください。暖かく、ボルテックスまたは攪拌トンまもなく注入手順の前に、彼は、ソリューション。 </li></ol></li><li>埋め込みソリューションを準備します。 <ol><li>室温で水道水で開始し、4重量％の濃度になるようにアガロース（寒天）を加えます。 </li><li>ゆっくりマイクロ波オーブンを用いて沸点まで溶液を加熱し、加熱中に頻繁に撹拌しました。沸点に達すると、店舗及び閉じ込められた空気が表面にできるように2時間70℃以上の寒天溶液を保ちます。 </li><li>寒天は、埋め込み時まで50〜60℃の間の温度に室温で冷却することを可能にします。 </li></ol></li></ol> 2.注入手順<ol><li>以前に14を説明したように、前投薬（抗不整脈薬、抗血小板療法、および鎮痛薬）、麻酔、静脈アクセス、及び挿管を行います。 </li><li>心筋内注入カテーテル（ 材料の表 ） を使用して注射を行います。各注入、0の場合。混合物の2mLを注射器を用いて約0.3 mL /分の一定速度で1回のボーラスで注入されます。 IBZ 12に沿った異なる位置で注射を置きます。 </li><li>前に動物を安楽死へのガドリニウムベースの造影剤15分の0.2ミリリットル/キログラム（1.0ミリモル/ ml）を投与します。 </li><li>静脈内に動物を安楽死させるために7.5％の塩化カリウムを20mLの管理。 </li><li> Koudstaal らによって記載されているように、8.3 -プロトコルは8.2ステップ以下縦隔のアクセスを確保します。 14。右心房から下大静脈5センチカットし、吸引装置で流出血液を除去。心を切除し、室温で0.9％生理食塩水でそれをすすいでください。 </li></ol> 3.埋め込み手順<ol><li>心の準備をします。 <ol><li>そのまま心房と心室を維持しながら、心臓から心膜を削除します。 ±1センチメートルKlinkenbergを用いて大動脈弁の上に上行大動脈を解剖はさみ。心房から下大静脈に±1cmにカットして、肺静脈のために同じことを行います。 </li><li>プラスチック包埋容器（17×15×15センチ、幅×奥行×高さ）の埋め込み中に心臓の浮上を防止するために、2-0縫合糸を用いた（ 図1A）の底部に心尖を縫合。 </li><li>心を中心とすることを確認し、容器（ 図1B）の壁に触れていない、2-0を使用して容器のリムに大動脈の残りの部分を縫合。 </li></ol></li></ol><img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54974/54974fig1.jpg"> 図1：概要図と埋め込みコンテナの写真。 （A）埋め込み処理の概略図。心臓（赤色）が縫合糸を使用して、コンテナ（青）に固定されます。寒天液で心を満たした後、心臓の周囲の空間が満たされています。最後に、2本の剛性プラスチックチューブ（黄色）は、画像登録時の基準として機能するように、心臓に接触次へではなく、容器内に配置されています。 （B）埋め込み容器内に固定心臓の写真。縫合糸は、蚊のクランプを使用して、容器のリムにクランプされます。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54974/54974fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <ol start="2"><li>拡張末期のような形状で心を埋め込みます。 注：気泡生成の防止が必要です。大空気は寒天溶液中に存在する気泡場合、気泡が表面にできるように、40℃で、寒天を保ちます。 <ol><li>蚊のクランプを使用して静脈下大をクランプします。右心房と心室の両方が完全に満たされるまで、ゆっくりと優れた大静脈血管を介して右心房に50-mLのシリンジを用いて液体寒天を注入します。 </li><li> mosquitを使用して肺静脈をクランプOクランプ。穏やかに大動脈弁を通して逆行寒天を充填した50mLのシリンジを通過させます。 LVおよび左心房が完全に満たされるまで、ゆっくりと左心室（LV）中の溶液を注入します。 LVを充填した後、LVに寒天を保つために大動脈をクランプします。 </li><li>心が完全に覆われるまで容器に残った寒天を注ぎます。後で画像登録（ 図1A）のための参照構造として機能する埋め込み容器内に2本の剛性プラスチックチューブを置き。チューブは、コンテナや心臓の壁に触れないようにしてください。 </li><li> 7°C - 寒天は2で固化してみましょう。 </li></ol></li></ol> 4.画像取得<ol><li>容器の中に埋め込まれた心臓の横断ex vivoで MRIスキャンを実行します。 <ol><li>頭部コイル内に埋め込まれ、心臓（ 材料の表 ）を有する容器を置き。 </li><li>スライスは、容器の底に平行Angulate。つかいます各ex vivoでのMRIシーケンスで同じ向きと角度。 </li><li>心筋を視覚化するために、流体減衰反転回復以下のパラメータを有する（FLAIR）配列行う：繰り返し時間[TR] /エコー時間[TE] = 10秒/ 140秒、フリップ角= 90°、画素サイズ= 0.5×0.5 MM、ビュー[FOV] = 169 X 169ミリメートルの分野、320×320のマトリックス、及び3mmのスライス厚。 </li><li> [TR] / [TE] = 5.53 MS / 1.69ミリ秒、フリップ角= 25°、ピクセルサイズ= 1.0×1.0ミリメートル、[：心筋梗塞を視覚化するために、以下のパラメータで後期ガドリニウム増強（LGE）シーケンスを実行FOV = 169 X 169ミリメートル、176×176のマトリックス、及び3mmのスライス厚。 </li><li> - 24.6ミリ秒、フリップ角= 15°、画素[TR] / [TE] = 88.7 MS / 1.9の範囲が15に等しく分布のTE：SPIOsを視覚化するために、以下のパラメータを用いてT2 *強調グラディエントエコーシーケンスを実行サイズ= 0.5×0.5 mmで、[FOV] = 169 X 169ミリメートル、320×320のマトリックス、及び3mmのスライス厚。 </li></ol></li><li>組織プロセスへ歌う<ol><li>逆さま容器を回して容器から、心臓を含む、固体寒天溶液を除去するために、寒天と容器の側面との間の空気を可能にします。固体寒天からプラスチック製の棒を取り外します。 </li><li>セクションスライサーを用いて心臓の基部の頂点から5 mmのスライスにおける心臓を含む寒天ブロック。寒天ブロックの底部と平行に切断することによって取得されたMR画像と同じカットスライスの角度を保ちます。 </li><li> 37℃での0.9％生理食塩水に溶解した2,3,5- triphenyltetrazoliumchloride（TTC）の1重量％で15分間（心臓を含む）寒天切片を染色し、垂直ビューから両側のスライスを撮影する（ 図2A）。次に、慎重に0.9％生理食塩水でスライスをすすぎます。 注：本研究では、適切なレンズ/目的としたデジタル一眼レフのセットアップ、三脚、かつ均一な照明を使用しました。しかし、写真だけで傷領域の評価のための制御を務め、私たちは、さまざまな設定を使用することもできました。 </li></ol></li><li>蛍光イメージング 注：あるので、選択された励起レーザー蛍光マイクロビーズの励起波長および発光波長に応じて、（ 例えば、ここで使用される赤のマイクロビーズを、それぞれ580 nmおよび605 nmでの励起および発光波長を有しているが、適切なフィルタブロックと励起レーザーを選択バンドパスフィルタは、532nmで、30分の580 nmおよび30分の610 nmで、それぞれ）に設定しました。 <ol><li>可変モードスキャナの蛍光モードイメージングを選択します。 430 Vまたは同等の光電子増倍管と100×100ミクロンの画素サイズを設定します。蛍光マイクロビーズの励起波長に最も近い励起レーザー（532 nm）を選択します。 </li><li>第一のフィルタブロックについて、注入蛍光ビーズ（チャネル1）の発光波長と重複するバンドパスフィルタ（30分の580 nm）を選択します。すなわち外側の第2フィルタ・ブロック（30分の610）のためのバンドパスフィルタを選択ミッション波長（チャンネル2）。 注：第二フィルタブロックが無傷の注射部位を維持しながら自家蛍光を除去するための陰性対照として機能し。 </li><li> 2つのチャネルを用いた可変モードレーザスキャナの蛍光モードで寒天のスライスの両面をスキャンします。各スライスが完全に基準穴を含め、スキャンされていることを確認します。 </li></ol></li></ol> 5.ポスト処理注：画像後処理の最初のステップは、エンド - および心外膜の境界線だけでなく、注射部位をトレースするには、自社開発のスクリプトを使用して心筋の手動セグメンテーションです。これは、MRIおよび蛍光スキャンの両方で同じです。 <ol><li>セグメントMRIスキャンにおける心筋。 <ol><li>セグメントFLAIR MRIシーケンス画像上の心内膜および心外膜のルブ・ボーダーズ。 </li><li> LGE MRIシーケンスに傷ステップ5.1.1からLGE-MRIデータセットおよびセグメントにLVセグメンテーションをコピーします。。 </li><li> LV心筋における*強調データセットとセグメントSPIOの堆積T2にステップ5.1.1から心筋セグメンテーションをコピーします。 </li></ol></li><li>蛍光画像を処理してセグメンテーションを行います。 <ol><li>可変モードスキャナから得られたファイルをロードし、各断面心臓スライスの別の画像を作成します。 </li><li>向きを頂点と頂点から基部に配向されている両方のチャンネルのためにスタックに蛍光画像をソートするベースでスキャンされたスライスを裏返し。 </li><li>蛍光画像上のセグメント心内膜および心外膜のルブ・ボーダーズ。 </li><li>蛍光画像上で手動セグメント瘢痕および瘢痕の形態を確認するために、LGE-MRIスキャン及び写真を使用。 </li><li>自己蛍光を除外するために、チャネル1の画像スタックからチャネル2の画像スタックを引きます。手動セグメント蛍光マイクロビーズ沈着、確認のためにT2 *画像を使用しています。 </li></ol></li><li>作成するには解剖学的に正しい3Dジオメトリは、参照構造（硬質管によって作成された穴）に基づく画像スタック内のスライスの剛体位置合わせを行います。各画像の適用並進及び回転を計算して格納します。 </li><li>画像スタックとセグメンテーションに格納された変換を適用します。直線元のスライス厚を再構築し、データの3Dモデルを作成するために、スライスの両側のセグメンテーションを補間します。 </li></ol> 6.分析<ol><li>注入精度を評価するために、注射部位とIBZの中心間距離の2Dおよび/または3D測定を行います。 LVセグメンテーションの心内膜の境界線に沿った距離を測定します。 図2C及び2Fに、2Dおよび3D測定の例は、赤線で示されています。 </li></ol>

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</ol>

著者は、開示することは何もありません。

このプロトコルによれば、全心臓の3D心筋組織の処理は、梗塞、IBZ、心臓の解剖学的構造に対して行わ注射の3次元解析を可能にする構造化された方法を提供します。心臓の充填量は、所望の分析に依存します。本研究では、注入精度を評価するために、我々はできるだけ密接に拡張末期形状に似ていると心を埋めることを目的としました。これを強制するために、LVの頂点は、容器の底部に固定され、肺静脈がクランプされている間LV寒天が充填されています。 LVが充填されたときに、大動脈はLVの流出とできるだけ密接に拡張終期形状を模倣から寒天を防止するだけでなくクランプされます。埋め込まれた心臓の切片は、均一なスライス厚の利点を提供し、スライスがでex vivoでイメージングと同じ角度にすることを可能にします。スライス後、埋め込み材料は、による変形から組織を防止します画像取得時のスライスの取り扱い。染色は、代謝活性と-inactive組織を区別するために酵素に依存しているように、理想的には、TTC染色は、身体からの除去後にできるだけ早く行われるべきです。私たちのプロトコルでは、しかし、TTC染色が埋め込まれた心は、寒天を固化するために冷却されている埋め...

虚血性心疾患は、過去数十年の1のために死の世界の主要な原因となっていました。心筋梗塞後の急性期治療は、経皮的冠動脈インターベンションまたは冠動脈バイパス術を経由して 、心筋への血流を回復することを目指しています。重度の梗塞では、心筋の大面積が傷され、これらのケースは、多くの場合、虚血性心不全（HF）2をもたらします。 HF予防に焦点を当て、HF患者の心機能の維持のための現在の治療選択肢ではなく、再生に関する。 この10年間、心臓再生治療は、HF 3のための治療選択肢として検討されています。この治療法は、血管再生、心筋細胞の保護、分化を誘導するために、直接怪我を心筋には、そのような幹細胞や成長因子などの生物学的製剤を、提供することを目指し、成長4。最適のための治療効果は、生物は、生物の生存のために、ターゲット・ゾーン5,6に最適な効果のための良好な組織灌流を容易にするために、梗塞境界域（IBZ）に注入されなければならないと仮定されます。複数の技術は、心筋内注射の7、8、9、10、11を案内するIBZの識別および可視化を行うために開発されてきました。 IBZの識別および可視化に加えて、送達も使用生体材料および注入カテーテルに依存しています。送達技術の噴射精度を検証するために、正確かつ再現可能な定量方法が要求されます。 我々は、全心臓の心筋組織の2次元（2D）を提供しています処理と三dimensioためのプロトコルを開発しました定性的および定量的研究のために使用することができるNAL（3D）イメージングは​​、目的としています。プロトコルは、埋め込み処理及びデジタル画像解析をカバーします。本稿では、慢性心筋梗塞の大ブタモデルにおけるIBZにおける心筋内注射の標的に正確さを評価するためのプロトコルを示しています。

<table><tbody><tr><td>0.9%生理食塩水</td><td>ブラウン</td><td></td><td></td></tr>ア<tr><td>ガロース</td><td>ロシュ診断</td><td></td><td>科学グレードの多目的寒天</td></tr>生体<tr><td>分子蛍光スキャナー台風9410&nbsp;</td><td>GEヘルスケア</td><td></td><td></td></tr><tr><td>埋め込み容器</td><td></td><td></td><td>プラスチック、寸法 17 x 14.5 x 14 cm</td></tr><tr><td>FluoSpheres ポリスチレン マイクロスフィア</td><td>Invitrogen</td><td>F8834</td><td>赤、10 & マイクロ;m</td></tr><tr><td>Gadolinium</td><td>Gadovist</td><td></td><td>1.0 mmol/mL</td></tr><tr><td>dS 32チャンネルヘッドコイル</td><td>フィリップス</td><td></td><td>または類似の</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td></td><td>互換性を保証するため 2015aまたはそれ以降</td></tr><tr><td>ミートスライサー</td><td>Berkel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Myostar注射カテーテル</td><td>バイオセンス ウェブスター</td><td></td><td></td></tr><tr><td>超常磁性酸化鉄粒子</td><td>Sinerem</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Triphenyl-tetrazolium chloride</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UPy-PEG10k</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vicryl 2-0</td><td>Ethicon</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

3dホール・ハート心筋組織の分析

3D Whole-heart Myocardial Tissue Analysis

心臓再生治療は、虚血性心疾患の患者で負傷心を保護し、修復することを目指しています。幹細胞または梗塞境界域（IBZ）にangio-又は脈管形成を増強する他の生物学的製剤を注入することにより、組織灌流が向上し、心筋をさらなる損傷から保護することができます。最大の治療効果を得るために、再生物質が最高IBZに配信されると仮定されます。これは、正確な注射を必要とし、新たな注入技術の開発につながっています。これらの新しい技術を検証するために、我々は、心筋組織の分析に基づいて検証プロトコルを設計しています。このプロトコルは、詳細な二次元（2D）および心臓の解剖学的構造と心筋内注射の3次元（3D）解析を可能にする全心臓の心筋組織処理を含みます。ブタにおいて、心筋梗塞は、左冠動脈前下行枝の90分間の閉塞により作成されました。 4週間後、MIXT超常磁性酸化鉄粒子（SPIOs）および蛍光ビーズを有するヒドロゲルのUREは、低侵襲性心内膜アプローチを使用して、IBZに注入しました。 1時間の注入手順の後、ブタを安楽死させ、心臓を切除し、アガロース中に埋め込まれた（寒天）。寒天が固化した後に、磁気共鳴画像（MRI）、心臓のスライス、および蛍光イメージングを行いました。画像後処理後、3D分析がIBZターゲティング精度を評価するために行きました。このプロトコルは、IBZ中への心筋内注射のターゲティング精度の評価のための構造と再現性のある方法を提供します。瘢痕組織および/または心臓全体の噴射精度の検証の処理が望まれる場合にプロトコルを容易に使用することができます。

組織の埋め込み埋め込みプロセスを介して、拡張終期のような幾何学的形状は、確立されました。寒天は、正常等しいスライス厚（ 図2Aおよび2C）で所望の角度でスライスされるべき組織を可能にする、心臓組織に接着します。 Scar-と注射部位の評価各撮像モダリティのため、梗塞および注入場所の評価が正常に行われました。両方の2D蛍光イメージング及びMRIイメージングでは、瘢痕および注射部位は（明らかに異なっていた。図2C、 図2D、および図2E、 <...

このプロトコルは、MRIと全心心筋組織の3次元比較するための新規な方法を説明します。これは、心筋梗塞の慢性ブタモデルの梗塞境界域における心筋内注射の正確な評価のために設計されています。

3Dホール・ハート心筋組織の分析

Cardiac regenerative therapies aim to protect and repair the injured heart in patients with ischemic heart disease. By injecting stem cells or other ...

ナレーター}このプロトコルの全体的な目標は、梗塞境界ゾーンへの心筋内注射のターゲティング精度を評価するために使用できる、3D全心組織処理のための構造化された再現性のある方法を促進することです。この方法は、診療開発や注射技術の最適化など、心臓再生医療分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、3D全身組織処理のための標準化された再現性のある方法を提供することです。この技術の意味は、心臓再生療法の開発と、通常の送達技術の注射精度の検証にまで及びます。この心臓幹細胞療法の目的は、梗塞境界帯に細胞を注入して、局所血管形成と心筋細胞の保護を刺激することです。拡張期末期に心臓を捉えるには、練習と忍耐が必要です。これらの手順を視覚的に示しておくことが重要です。まず、マイクロビーズを注入した心臓から心膜を分離し、心房と心室を無傷に保ちます。すべての組織を切除したら、クリンケンベルグハサミを使用して、大動脈弁の約1センチメートル上の上行大動脈を解剖し、アトリウムから約1センチメートルの下大静脈と肺静脈を切断します。浮遊を防ぐために心臓の頂点をプラスチック埋め込み容器の底に固定した後、大動脈の残りの部分を通して容器の縁に2-0縫合糸を配置し、心臓を固定します。心臓が中央にあり、容器の壁に触れないように注意してください。臓器が拡張末期のような形状に固定されている場合は、蚊クランプを使用して下大静脈をつかみ、50ミリリットルの注射器を使用して、新たに準備した50〜60°Cの寒天を上大静脈を介して右心房にゆっくりと注入します右心房と心室の両方が完全に満たされるまで。拡張末期の形状にできるだけ近い埋め込み心臓を得るには、左心室頂点を容器の底に固定し、肺静脈を固定しながら右心室を寒天で満たします。次に、肺静脈に蚊クランプを装着し、新しい寒天で満たされた50ミリリットルの注射器を大動脈弁を逆行方向に静かに通過させます。心室と左心房が完全にいっぱいになるまで、溶液を左心室にゆっくりと注入し、左心室が満たされたら大動脈を締めます。.次に、心臓が完全に覆われるまで残りの寒天を容器に注ぎ、画像レジストレーション中の参照構造として機能するように、埋め込み容器内に2本の硬質プラスチックチューブを配置します。次に、心臓を摂氏2〜7度に少なくとも4時間置き、寒天を固めます。磁気共鳴画像法の後、容器を逆さまにし、寒天と容器の側面との間に空気を入れて、固体の寒天溶液と心臓を容器から取り出します。プラスチック棒を取り外します。次に、ミートスライサーを使用して、寒天ブロックと心臓を頂点から心臓の基部まで5ミリメートルのスライスに分割し、寒天ブロックの底部と平行に切断して、スライスの角度を取得した磁気共鳴画像と同じに保ちます。すべてのスライスが得られたら、組織サンプルをTTCで染色します。15分後、スライスの両側を垂直な角度で撮影し、0.9%生理食塩水で切片を注意深くすすいでください。蛍光顕微鏡でサンプルをイメージングするには、可変モードスキャナーで蛍光モードイメージングを選択し、ピクセルサイズを100 x 100ミクロンに設定します。最初のフィルター ブロックでは、チャネル 1 のビーズ蛍光の発光波長とオーバーラップするバンド パス フィルターを選択し、次にチャネル 2 の発光波長の外側にある 2 番目のフィルター ブロックのバンド パス フィルターを選択します。次に、適切なフィルターブロックを選択し、光電子増倍管を適切な電圧に設定し、励起レーザーを注入したマイクロビーズの励起波長に最も近い波長に設定します。すべての画像を取得したら、適切な後処理ソフトウェアで、磁気共鳴画像で心筋と心内膜および心外膜の左心室の境界をセグメント化し、続いて蛍光画像で心筋と注射部位を同様にセグメント化します。次に、スライスの両側から画像登録されたセグメントを線形補間して、元のサンプルの厚さを再構築し、データの3Dモデルを作成します。今示したように、心臓を拡張期末端のような形状に固定すると、この代表的な実験では、寒天が心臓組織にうまく付着し、組織を同じスライス厚さで所望の角度でスライスすることができました。2D蛍光画像と磁気共鳴画像の両方で、瘢痕と注射部位ははっきりと区別されます。TTC染色組織および後期ガドリニウム増強磁気共鳴画像は、蛍光イメージングにおける瘢痕評価のコントロールを提供します。ポストプロセッシングイメージングは、セグメンテーションと蛍光画像に基づいてex vivo心臓の3D形状を再構築することを可能にし、3D注入精度の評価を可能にします。この研究では、注射沈着物と梗塞境界帯を心内壁に保護し、心内膜表面の突起間の距離を測定しました。この手順に続いて、外科的評価、梗塞サイズの定量化、または他の3次元イメージングモダリティの検証などの他の方法を実行できます。この手法を使用して、梗塞境界ゾーンへの注射の精度を評価しました。本研究は、心不全に対する心血管再生治療の改善を目的として実施された。このビデオを見れば、心臓の準備方法、心臓組織の埋め込みと処理の方法、心臓組織サンプルの蛍光イメージングの方法について十分に理解できるはずです。

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Research

JoVE Journal

Medicine

医学

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心筋損傷の正確かつ信頼性の高い分析のための顕微鏡2,3,5-トリフェニルテトラゾリウム塩化物アッセイ

学ぶ3D全心臓組織処理法を用いた心筋内注射の標的精度評価法。慢性心筋梗塞ブタモデルの梗塞周辺部への注射精度をMRIで評価し、心臓再生医療の技術最適化に貢献します。

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