Name: ヒト心臓のマルチスケール3次元解剖学的研究のためのパイプライン (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-06-28T13:40:00.000+00:00
Duration: 4 min 22 s
Description: 学ぶ、圧灌流固定と共焦点顕微鏡を用いたヒト心臓のマルチスケール3次元解析法。微細構造から巨視的構造まで包括的に可視化し、外科手術と解剖学教育の向上に貢献する革新的な研究手法です。

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教育と研究の進歩のために体を寄付してくださった方々に感謝いたします。研究のためのドナーハートを得るための基盤を形成したOneLegacy財団に感謝します。また、CTデータ取得において、UCLAトランスレーショナルリサーチイメージングセンター(放射線科)のAnthony A. Smithson氏とArvin Roque-Verdeflor氏にも感謝しています。このプロジェクトは、UCLA Amara Yad Projectの支援を受けました。Kalyanam Shivkumar博士とOlujimi A. Ajijola博士には、研究のための人間の心臓パイプラインを確立し、維持してくれたことに感謝しています。私たちは、リサーチ・オペレーション・マネージャーのアミクシャ・S・ガンジーが私たちのプロジェクトを支援するために献身的に取り組んでくれたことに感謝しています。この作業は、NIHの助成金OT2OD023848 & P01 HL164311とLeducqの助成金23CVD04からKalyanam Shivkumarへの支援、American Heart Association Career Development Award 23CDA1039446からPHへの支援、およびUCLAのAmara-Yadプロジェクト(https://www.uclahealth.org/medical-services/heart/arrhythmia/about-us/amara-yad-project)の支援によって可能になりました。本研究で使用したGNEXT microPET/CTスキャナーは、NIH Shared Instrumentation for Animal Research Grant(1 S10 OD026917-01A1)の資金提供を受けました。

ミクロスケールからマクロスケールまでの人間の心臓の包括的な3D分析

<ol><li>Tawara, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Das+reizleitungssystem+des+s%C3%A4ugetierherzens.+Eine+anatomisch-histologische+studie+%C3%BCber+das+atrioventrikularb%C3%BCndel+und+die+purkinjeschen+f%C3%A4den%5BTitle%5D)+AND+%22Jena%3A+Gustav+fischer%22%5BJournal%5D)">Das reizleitungssystem des säugetierherzens. Eine anatomisch-histologische studie über das atrioventrikularbündel und die purkinjeschen fäden.</a> Jena: Gustav fischer. , https://wellcomecollection.org/works/gnxjxg9e (1906).</li>
<li>Stephenson, R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+3-dimensional+imaging+of+the+human+cardiac+conduction+system+from+microanatomy+to+mathematical+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">High-resolution 3-dimensional imaging of the human cardiac conduction system from microanatomy to mathematical modeling.</a> Sci Rep. 7 (1), 7188(2017).</li>
<li>Kawashima, T., Sato, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((First+in+situ+3D+visualization+of+the+human+cardiac+conduction+system+and+its+transformation+associated+with+heart+contour+and+inclination%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">First in situ 3D visualization of the human cardiac conduction system and its transformation associated with heart contour and inclination.</a> Sci Rep. 11 (1), 8636(2021).</li>
<li>Bojsen-Moller, F., Tranum-Jensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole-mount+demonstration+of+cholinesterase-containing+nerves+in+the+right+atrial+wall%2C+nodal+tissue%2C+and+atrioventricular+bundle+of+the+pig+heart%5BTitle%5D)+AND+%22J+Anat%22%5BJournal%5D)">Whole-mount demonstration of cholinesterase-containing nerves in the right atrial wall, nodal tissue, and atrioventricular bundle of the pig heart.</a> J Anat. 108, Pt 3 375-386 (1971).</li>
<li>Zhao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ganglionated+plexi+and+ligament+of+marshall+ablation+reduces+atrial+vulnerability+and+causes+stellate+ganglion+remodeling+in+ambulatory+dogs%5BTitle%5D)+AND+%22Heart+Rhythm%22%5BJournal%5D)">Ganglionated plexi and ligament of marshall ablation reduces atrial vulnerability and causes stellate ganglion remodeling in ambulatory dogs.</a> Heart Rhythm. 13 (10), 2083-2090 (2016).</li>
<li>Chung, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ischemia-induced+ventricular+proarrhythmia+and+cardiovascular+autonomic+dysreflexia+after+cardioneuroablation%5BTitle%5D)+AND+%22Heart+Rhythm%22%5BJournal%5D)">Ischemia-induced ventricular proarrhythmia and cardiovascular autonomic dysreflexia after cardioneuroablation.</a> Heart Rhythm. 20 (11), 1534-1545 (2023).</li>
<li>Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anatomy+of+the+pig+heart%3A+Comparisons+with+normal+human+cardiac+structure%5BTitle%5D)+AND+%22J+Anat%22%5BJournal%5D)">Anatomy of the pig heart: Comparisons with normal human cardiac structure.</a> J Anat. 193, Pt 1 105-119 (1998).</li>
<li>Saburkina, I., Pauziene, N., Solomon, O. I., Rysevaite-Kyguoliene, K., Pauza, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+gross+anatomy+of+epicardiac+ganglionated+nerve+plexi+on+the+human+and+sheep+cardiac+ventricles%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Rec+%28Hoboken%29%22%5BJournal%5D)">Comparative gross anatomy of epicardiac ganglionated nerve plexi on the human and sheep cardiac ventricles.</a> Anat Rec (Hoboken). 306 (9), 2302-2312 (2023).</li>
<li>Hoagland, D. T., Santos, W., Poelzing, S., Gourdie, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+the+gap+junction+perinexus+in+cardiac+conduction%3A+Potential+as+a+novel+anti-arrhythmic+drug+target%5BTitle%5D)+AND+%22Prog+Biophys+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">The role of the gap junction perinexus in cardiac conduction: Potential as a novel anti-arrhythmic drug target.</a> Prog Biophys Mol Biol. 144, 41-50 (2019).</li>
<li>Aksu, T., Gopinathannair, R., Gupta, D., Pauza, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+cardiac+autonomic+nervous+system%3A+What+do+clinical+electrophysiologists+need+to+know+about+the+%26%2334%3Bheart+brain%26%2334%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cardiovasc+Electrophysiol%22%5BJournal%5D)">Intrinsic cardiac autonomic nervous system: What do clinical electrophysiologists need to know about the &#34;heart brain&#34.</a> J Cardiovasc Electrophysiol. 32 (6), 1737-1747 (2021).</li>
<li>Hanna, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Innervation+and+neuronal+control+of+the+mammalian+sinoatrial+node+a+comprehensive+atlas%5BTitle%5D)+AND+%22Circ+Res%22%5BJournal%5D)">Innervation and neuronal control of the mammalian sinoatrial node a comprehensive atlas.</a> Circ Res. 128 (9), 1279-1296 (2021).</li>
<li>Rajendran, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+peripheral+neural+circuits+that+regulate+heart+rate+using+optogenetic+and+viral+vector+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Identification of peripheral neural circuits that regulate heart rate using optogenetic and viral vector strategies.</a> Nature Communications. 10, 1944(2019).</li>
<li>Renier, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+of+brain+activity+by+automated+volume+analysis+of+immediate+early+genes%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Mapping of brain activity by automated volume analysis of immediate early genes.</a> Cell. 165 (7), 1789-1802 (2016).</li>
<li>Mcalpine, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heart+and+coronary+arteries%3A+An+anatomical+atlas+for+clinical+diagnosis%2C+radiological+investigation%2C+and+surgical+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Springer-verlag%22%5BJournal%5D)">Heart and coronary arteries: An anatomical atlas for clinical diagnosis, radiological investigation, and surgical treatment.</a> Springer-verlag. , ISBN 13: 9783540069850 (1975).</li>
<li>Mori, S., Shivkumar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereoscopic+three-dimensional+anatomy+of+the+heart%3A+Another+legacy+of+dr.+Wallace+a.+Mcalpine%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Sci+Int%22%5BJournal%5D)">Stereoscopic three-dimensional anatomy of the heart: Another legacy of dr. Wallace a. Mcalpine.</a> Anat Sci Int. 96 (3), 485-488 (2021).</li>
<li>Izawa, Y., Nishii, T., Mori, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereogram+of+the+living+heart%2C+lung%2C+and+adjacent+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Tomography%22%5BJournal%5D)">Stereogram of the living heart, lung, and adjacent structures.</a> Tomography. 8 (2), 824-841 (2022).</li>
<li>Sato, T., Hanna, P., Ajijola, O. A., Shivkumar, K., Mori, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photogrammetry+of+perfusion-fixed+heart%3A+Innovative+approach+to+study+3-dimensional+cardiac+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22JACC+Case+Rep%22%5BJournal%5D)">Photogrammetry of perfusion-fixed heart: Innovative approach to study 3-dimensional cardiac anatomy.</a> JACC Case Rep. 21, 101937(2023).</li>
<li>Tretter, J. T., Gupta, S. K., Izawa, Y., Nishii, T., Mori, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+dissection%3A+Emerging+as+the+gold+standard+of+analyzing+living+heart+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cardiovasc+Dev+Dis%22%5BJournal%5D)">Virtual dissection: Emerging as the gold standard of analyzing living heart anatomy.</a> J Cardiovasc Dev Dis. 7 (3), 30(2020).</li>
<li>Thomas, A. C., Davies, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+demonstration+of+cardiac+pathology+using+perfusion-fixation%5BTitle%5D)+AND+%22Histopathology%22%5BJournal%5D)">The demonstration of cardiac pathology using perfusion-fixation.</a> Histopathology. 9 (1), 5-19 (1985).</li>
<li>Glagov, S., Eckner, F. A., Lev, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+pressure+fixation+apparatus+for+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Pathol%22%5BJournal%5D)">Controlled pressure fixation apparatus for hearts.</a> Arch Pathol. 76, 640-646 (1963).</li>
<li>Iaizzo, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+visible+heart%28r%29+project+and+free-access+website+%27atlas+of+human+cardiac+anatomy%5BTitle%5D)+AND+%22Europace%22%5BJournal%5D)">The visible heart(r) project and free-access website 'atlas of human cardiac anatomy.</a> Europace. 18, suppl 4 163-172 (2016).</li>
<li>Yang, Y., Huang, H., Li, L., Yang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiplex+immunohistochemistry+staining+for+paraffin-embedded+lung+cancer+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Multiplex immunohistochemistry staining for paraffin-embedded lung cancer tissue.</a> J Vis Exp. (201), e65850(2023).</li>
<li>Tripathy, S., Das, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strategies+for+organ+preservation%3A+Current+prospective+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Biol+Int%22%5BJournal%5D)">Strategies for organ preservation: Current prospective and challenges.</a> Cell Biol Int. 47 (3), 520-538 (2023).</li>
<li>Mori, S., Shivkumar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atlas+of+cardiac+anatomy+%28anatomical+basis+of+cardiac+interventions.+Vol.+1%29%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiotext%22%5BJournal%5D)">Atlas of cardiac anatomy (anatomical basis of cardiac interventions. Vol. 1).</a> Cardiotext. , (2022).</li>
<li>Crosado, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phenoxyethanol-based+embalming+for+anatomy+teaching%3A+An+18+years%27+experience+with+crosado+embalming+at+the+university+of+otago+in+new+zealand%5BTitle%5D)+AND+%22Anat+Sci+Educ%22%5BJournal%5D)">Phenoxyethanol-based embalming for anatomy teaching: An 18 years' experience with crosado embalming at the university of otago in new zealand.</a> Anat Sci Educ. 13 (6), 778-793 (2020).</li>
<li>Titmus, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+workflow+for+the+creation+of+photorealistic+3d+cadaveric+models+using+photogrammetry%5BTitle%5D)+AND+%22J+Anat%22%5BJournal%5D)">A workflow for the creation of photorealistic 3d cadaveric models using photogrammetry.</a> J Anat. 243 (2), 319-333 (2023).</li>
<li>Silva, J. N. A., Southworth, M., Raptis, C., Silva, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+applications+of+virtual+reality+in+cardiovascular+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22JACC+Basic+Transl+Sci%22%5BJournal%5D)">Emerging applications of virtual reality in cardiovascular medicine.</a> JACC Basic Transl Sci. 3 (3), 420-430 (2018).</li>
<li>Maresky, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+reality+and+cardiac+anatomy%3A+Exploring+immersive+three-dimensional+cardiac+imaging%2C+a+pilot+study+in+undergraduate+medical+anatomy+education%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Anat%22%5BJournal%5D)">Virtual reality and cardiac anatomy: Exploring immersive three-dimensional cardiac imaging, a pilot study in undergraduate medical anatomy education.</a> Clin Anat. 32 (2), 238-243 (2019).</li>
<li>Mori, S., Shivkumar, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real+three-dimensional+cardiac+imaging+using+leading-edge+holographic+display%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Anat%22%5BJournal%5D)">Real three-dimensional cardiac imaging using leading-edge holographic display.</a> Clin Anat. 34 (6), 966-968 (2021).</li>
</ol>

本研究は、人間の心臓全体から得られたサンプルを分析するための包括的なパイプラインを示しています。代表的な結果は、単一の心臓に対して日常的に実施されたミクロスケールからマクロスケールの解剖学的検査を示しています。ヒトの心臓試料は非常に貴重であるため、科学研究における発見、臨床手技の改善、全身の解剖学的相関性を保ちながらの解剖学教育など、様々な目的に対して複数のプロトコールを適用し、試料の一部を無駄にしないマルチスケールアプローチが理想的かつ効果的です。
マイクロスケールの検査に関しては、免疫染色と顕微鏡法を適用して、ヒト心臓標本の細胞構造を理解することができます。ここでは、細胞スケールでの心臓神経解剖学を研究するための組織透明化と免疫組織化学の応用が実証されています。これらの技術の使用は、心臓伝導系や心室などの関心のある構造に関連する心臓神経系および心筋神経支配パターンの特性評価に役立ちます。優れた空間分解能が達成されますが、共焦点顕微鏡の使用、特に組織透明化された標本の使用には時間がかかります。ライトシート顕微鏡は、空間分解能を犠牲にして画像取得の時間を短縮するために使用できます。
メソスケールからマクロスケールの検査に関しては、著者の施設におけるマイクロCTスキャナーの空間分解能は10〜200μmの範囲です。サンプルサイズは、10 μmスキャンでは20 mm、100〜200 μmスキャンでは120 mmに制限されています。著者の施設にあるマイクロCTスキャナーは、心臓全体を収容することはできません。したがって、著者らの施設では、全心臓スキャンには600μmの空間分解能の臨床用CTスキャナーを使用する必要がありますが、進歩により心臓全体を画像化できるマイクロCTスキャナーの開発が可能になりました2。フォトンカウンティングCTなどの技術開発は、さらなる可能性を広げてくれることでしょう。STLファイルの空間解像度の向上は、3Dプリントの品質をさらに向上させるための最初のステップであるべきです。3Dプリンティングのコストが高いため、この技術の適用は日常的な臨床診療に限定されています。スマートフォンアプリケーションから生成された写真測量画像は、開発が容易で許容できる品質ですが、解像度を向上させるには、さらに高度ですが、高価で時間のかかるシステムが必要になります26。3Dで視覚化するためには、専用のヘッドギア27、28 およびホログラフィックモニタ29 を備えた拡張現実は、追加のツールであるが、コストが高いことによっても制限される。
要約すると、ミクロスケールとマクロスケールにわたる包括的な構造解析を通じて、各構造のミクロスケールの解剖学的構造とその機能的寄与を心臓全体の文脈で理解することができます。高解像度イメージングの発展に伴い、ミクロスケールとマクロスケールの解剖学的構造の間の距離は劇的に拡大しています。心筋細胞の電子顕微鏡分析の専門家は、僧帽弁の数に精通していないかもしれませんし、 その逆も同様です。心臓の形態を包括的に理解するために、科学者は森林全体の鳥瞰図を維持しながら、各樹木の詳細をさらに探求し続ける必要があります。

機能が形に従うように、心臓の構造を理解することは、その生理機能を理解するための基本です。数多くの調査により、ミクロスケールからマクロスケールまでの心臓の解剖学的構造が明らかになりました1,2,3、特に人間の心臓の解剖学的構造に関連する複数の問題が未解決のままです。これは、機能解剖学に焦点を当てた基礎研究が一般的に動物の心臓4,5,6を使用しており、これらはしばしば人間の心臓1,7,8とは異なるためである。さらに、個々の研究は、人間の心臓サンプルを使用したものであっても、非常に特殊な構造に焦点を当てる傾向があり、その結果を心臓全体の文脈に適用することが困難になります。これは、集束構造が近縁部9や神経節神経叢10のようなミクロスケールまたはメソスケールにある場合はなおさらである。
この文脈では、移植が拒否されたヒト心臓の全身構造研究は、微視的および巨視的スケール11にまたがって焦点をあてた心臓構造の包括的なアトラスを得るユニークでまれな機会を提供する。顕微鏡検査プロトコルには、組織透明化(溶媒除去された臓器の修飾免疫標識対応3次元(3D)イメージング、iDISCO+)12,13、および免疫組織化学染色が含まれます。メゾスコピック検査プロトコルには、立体解剖、マクロ写真、およびマイクロコンピューター断層撮影(CT)スキャンが含まれます。肉眼的検査プロトコルには、肉眼的解剖14、写真撮影(アナグリフおよび写真測量を含む)15、16、17、CT、仮想解剖18、および物理的または仮想的に解剖されたまたは全身の心臓17の3Dプリントが含まれる。肉眼的検査の準備として、心臓の3D構造と生理学的に関連性のある形態を維持するために、圧力灌流固定が行われる14,19,20,21。これらの技術の組み合わせは、人間の心臓の3Dアーキテクチャのコンテキストで異なる解剖学的特徴を関連付けるためにユニークで重要です。
非病理学的ヒト心臓サンプルを得る機会は極めて限られているため、本明細書に記載のマルチスケールアプローチは、サンプルの使用を最大化する。以下に述べる様々な手順を適用することにより、代表的な結果は、科学研究11 (心臓神経支配の包括的解析、神経節神経叢の分布の包括的解析)、臨床手順の改善(外科的およびインターベンション的アプローチのシミュレーション)、解剖学的教育(心臓解剖学の実際の3Dデモンストレーション)など、複数の目的で知見をどのように活用できるかを読者に示します。

<table><tbody><tr><td>1x リン酸緩衝生理食塩水</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3813</td><td></td></tr><tr><td>3Dビューア</td><td>Microsoft</td><td></td><td></td></tr><tr><td>647 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch Laboratories</td><td>711-605-152</td><td></td></tr><tr><td>647 AffiniPure Donkey Anti-Sheep IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch Laboratories</td><td>713-605-147</td><td></td></tr><tr><td>AF Micro-NIKKOR 200 mm f/4D IF-ED レンズ</td><td>ニコン</td><td></td><td></td></tr><tr><td>アンチアクチン、 &α;-平滑筋 - Cy3抗体</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C6198</td><td></td></tr><tr><td>抗原賦活化バッファー (100x EDTA バッファー、pH 8.0)</td><td>アブカム</td><td>ab93680</td><td></td></tr><tr><td>抗 PGP9.5 (タンパク質遺伝子産物 9.5)</td><td>アブカム</td><td>ab108986</td><td></td></tr><tr><td>アンチ TH (チロシンヒドロキシラーゼ)</td><td>アブカム</td><td>ab1542</td><td></td></tr><tr><td>抗VAChT(小胞性アセチルコリントランスポーター)</td><td>シナプスシステム</td><td>139 103</td><td></td></tr><tr><td>ベンジルエーテル</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>108014</td><td></td></tr><tr><td>ウシ血清アルブミン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A4503-10G</td><td></td></tr><tr><td>チーター 3Dプリンターフィラメント(95A)、1.75 mm</td><td>NinjaTek</td><td></td><td></td></tr><tr><td>カバースリップ、22 mm x 30mm、No. 1.5</td><td>VWR</td><td>48393 151</td><td></td></tr><tr><td>Cy3AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG</td><td>Jackson ImmunoResearch Laboratories</td><td>711-165-152</td><td></td></tr><tr><td>ジクロロメタン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270997-100ML</td><td></td></tr><tr><td>ジメチルスルホキシ</td>ド <td>Sigma-Aldrich</td><td>D8418-500ML</td><td></td></tr><tr><td>エタノール、100%</td><td>デコン Laboratories</td><td>2701</td><td></td></tr><tr><td>Glycine</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G7126-500G</td><td></td></tr><tr><td>GNEXTPET/CT</td><td>SOFIE Biosciences</td><td></td><td></td></tr><tr><td>豚腸管粘膜ヘパリンナトリウム塩</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H3149-50KU</td><td></td></tr><tr><td>Histodenz</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D2158-100G</td><td></td></tr><tr><td>過酸化水素溶液</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H1009-500ML</td><td></td></tr><tr><td>イメージングソフト</td><td>Zeiss</td><td>ZEN (black edition)</td><td></td></tr><tr><td>イメージングソフト</td><td>オックスフォード・インストゥルメンツ</td><td>イマリス 10</td><td></td></tr><tr><td>iSpacer</td><td>Sunjin Labs</td><td>iSpacer 3mm</td><td></td></tr><tr><td>KIRI エンジン</td><td>KIRI イノベーション</td><td></td><td></td></tr><tr><td>レーザー走査型共焦点顕微鏡</td><td>ツァイス</td><td>LSM 880</td><td></td></tr><tr><td>LEAD-2 - 垂直 &マルチチャンネル蠕動ポンプ</td><td>LONGER</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lightview XL&nbsp;</td><td>Brightech</td><td></td><td></td></tr><tr><td>メタノール (ACS認定)</td> <td>Fischer Scientific</td><td>A412-4</td><td></td></tr><tr><td>Nikon D850</td><td>Nikon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NinjaTek NinjaFlex TPU @MK4</td><td>NinjaTek</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ノーマルロバ血清</td><td>Jackson ImmunoResearch Laboratories</td><td>017-000-121</td><td></td></tr><tr><td>Original Prusa MK4 3D printer</td><td>Prusa Research</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PAPペン</td><td>Abcam</td><td>ab2601</td><td></td></tr><tr><td>パラホルムアルデヒド、32%</td><td>電子顕微鏡科学</td><td>15714-S</td> Polycam Polycam<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>一次抗体</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PrusaSlicer 2.7.1</td><td>Prusa Research</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SARA-Engine</td><td>pita4 mobile LLC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Scaniverse</td><td>Niantic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>二次抗体</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SlowFade Gold Antiface Mountant</td><td>Invitrogen</td><td>S36936</td><td></td></tr><tr><td>アジ化ナトリウム, 5% (w/v)</td><td>Ricca Chemical Company</td><td>7144.8-32</td><td></td></tr><tr><td>SOMATOM Definition AS</td><td>Siemens Healthcare</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Standard Field Surgi-Spec Telescopes,&nbsp;</td><td>ビジョン</td><td></td><td></td></tr><tr><td>実体顕微鏡システムSZ61</td><td>OLYMPUS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ステレオフォトメーカー</td><td>フリーウェア 須藤</td><td></td><td></td>増司</tr>が開発した <tr><td>スーパーフロストプラス 顕微鏡スライド、クリーニング済み</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>12-550-15</td><td></td></tr><tr><td>トリトン X-100</td><td>シグマ-アルドリッチ</td><td>T8787-50ML</td><td></td></tr><tr><td>トゥイーン-20</td><td>シグマ-アルドリッチ</td><td>P9416-100ML</td><td></td></tr><tr><td>キシレン</td><td>シグマ-アルドリッチ</td><td>534056-4L</td><td></td></tr><tr><td>Ziostation2</td><td>Ziosoft、AMIN</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ヒト心臓のマルチスケール3次元解剖学的研究のためのパイプライン

Pipeline for Multi-Scale Three-Dimensional Anatomic Study of the Human Heart

移植が拒否された機能不全のない人間の心臓の詳細な研究は、微視的および巨視的なスケールで構造分析を実行するユニークな機会を提供します。これらの技術には、組織透明化(溶媒で透明化された臓器の修飾免疫標識対応3次元(3D)イメージング)および免疫組織化学染色が含まれます。メゾスコピック検査の手順には、立体解剖とマイクロコンピューター断層撮影(CT)スキャンが含まれます。肉眼的検査手順には、肉眼的解剖、写真撮影(アナグリフおよび写真測量を含む)、CT、および物理的または仮想的に解剖された心臓または全身の3Dプリントが含まれます。肉眼検査の前に、心臓の3D構造と生理学的に関連する形態を維持するために、圧力灌流固定を行う場合があります。これらの技術を組み合わせて人間の心臓を研究するための適用は、心臓の3D構造の文脈で冠状血管系と心筋神経支配などの異なる解剖学的特徴との関係を理解する上でユニークで重要です。このプロトコルでは、方法論を詳細に説明し、ヒト心臓解剖学の研究の進歩を示す代表的な結果が含まれています。

マイクロスケールの検査 ティッシュクリアを適用することで、共焦点顕微鏡を使用して大量の組織を3Dでイメージングできます。心臓では、心神経節を含む神経節と心筋神経支配の神経パターンを可視化することができます(図2)。 図3 は、神経細胞と平滑筋細胞の免疫染色されたヒト左心室心筋の共焦点画像を示しています。血管は心筋を横切ることが注目され、血管に関連して、または血管とは無関係に、多数の神経線維が同定されます。
メソスケールおよびマクロスケールの検査 24時間の圧力灌流および固定に無水エタノールを使用すると、サンプルの自然な色が漂白され、組織が脱水され25、弾力性が大幅に低下します。一方、PFAとホルマリンを固定すると、自然な色と弾力性が格段に保たれます。これらの理由から、PFAまたはホルマリンが主に好ましい固定剤として使用されます。
図6 は、肉眼的解剖、仮想解剖、STLポリゴンモデル、および3次元印刷の代表的な画像を示しています。 図7 は、グロス解剖画像と仮想解剖画像の両方から作成されたアナグリフの代表的な画像を示しています。奥行き知覚は、アナグリフメガネで得ることができます。キャプチャされた単一の写真測量モデルは、市販のソフトウェアを使用してほぼすべての方向から観察でき、日常的な経カテーテル心臓処置に関連する複雑な解剖学的特徴を示しています。これらの技術を圧力灌流と固定で調製した心臓に適用することにより、心臓に関する3次元情報をデジタルまたは物理的にほぼ永久に保持し、境界なく共有することができます。 図8 は、移植が拒否された解剖された心臓から複製された50%スケールの3Dプリントを示しています。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig01.jpg"> 図 1: プロトコルのフロー チャート。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig02.jpg"> 図2:人権心房の組織除去された部分 (A)組織除去のために解剖された右心房神経節(RAGP)を持つヒト右心房の右後斜め図。(B)組織透明化前後のRAGP標本。(C)汎ニューロンマーカータンパク質遺伝子産物9.5(PGP9.5)で免疫染色された神経節(矢じり)を示すヒトRAGPのiDISCO+クリア部分の最大強度投影。スケールバーは、1cm(A)、5mm(B)、500μm(C)です。この図は、Hanna et al.11 から引用されています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig03.jpg"> 図3:ヒト左心室の免疫染色スライド。 汎ニューロンマーカータンパク質遺伝子産物9.5(PGP9.5)および平滑筋細胞マーカー α-平滑筋アクチン(αSMA)で免疫染色したヒト左心室心筋スライスからの共焦点画像。筋肉の自家蛍光は、488 nmレーザーライン(緑)を使用して見ることができます。スケールバーは50μmです。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig04.jpg"> 図4:心臓サンプルのマイクロコンピュータ断層撮影イメージング (A)心臓サンプルイメージング用のマイクロコンピュータ断層撮影セットアップ。(B)マイクロコンピュータ断層撮影イメージングのためのユーザーインターフェース。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig05.jpg"> 図5:UCLA心不整脈センターの写真スタジオの設定。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig05large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig06.jpg"> 図 6: 大動脈弁および僧帽弁複合体の肉眼的解剖 (左上)、仮想解剖 (右上)、STL ポリゴン モデル (左下)、3 次元印刷 (右下) の画像。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig06large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig07.jpg"> 図7:大動脈弁膜と僧帽弁複合体の肉眼的解剖(左)と仮想解剖(右)のアナグリフ。 アナグリフメガネ(赤/シアン)は、奥行き知覚を得るために必要です。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig07large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66817/66817fig08.jpg"> 図8:心臓サンプルの3次元プリント (A)TPUフィラメントを使用した心臓サンプル3Dプリント用の3次元(3D)プリンターのセットアップ。(B)本研究で説明した方法を用いて作製した代表的な心臓3Dプリント。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66817/66817fig08large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

このプロトコルは、人間の心臓から得られたサンプルを微視的スケールと巨視的スケールで分析するための包括的なパイプラインを提供します。

Detailed study of non-failing human hearts rejected for transplantation provides a unique opportunity to perform structural analyses across microscopic ...

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Research

JoVE Journal

Biology

生物学

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ここでは、コンピューター断層撮影に基づいて心臓モデルをゼロから構築し、3次元(3D)印刷と複合現実技術を使用して医学生に解剖学を学ぶためのプロトコルについて説明します。...

教育における複合現実技術と3次元印刷:例としての心臓解剖学

学ぶ、圧灌流固定と共焦点顕微鏡を用いたヒト心臓のマルチスケール3次元解析法。微細構造から巨視的構造まで包括的に可視化し、外科手術と解剖学教育の向上に貢献する革新的な研究手法です。

ヒト心臓のマルチスケール3次元解剖学的研究のためのパイプライン

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