We presenteren een gedetailleerde procedure voor het produceren van hemostatische trombi in halsaders en dijbeenslagaders, hun in situ perfusiefixatie en monsterverwerking voor gemonteerde transmissie-elektronenmicroscopie met een groot gebied. De algemene procedures zijn nuttig voor het genereren van hemostatische trombi voor ultrastructurele analyse en voor het vergelijken van bloedingstijden bij experimentele muizen, bijvoorbeeld muizen die zijn behandeld met verschillende soorten en doseringen van geneesmiddelen. Het is ook nuttig voor het vergelijken van bloedingstijden bij controle-wildtype muizen met bloedingstijden bij knock-outmuizen (d.w.z. knock-outs voor verschillende glycoproteïnen in bloedplaatjes die interageren met adhesieve liganden) en daaropvolgende elektronenmicroscopie met hoge resolutie. Het protocol kan gemakkelijk worden aangepast aan immunofluorescentieanalyse als de primaire uitlezing met het verlies van functies die elektronenmicroscopie tot een sterke keuze maken. Aan de andere kant is immunofluorescentie een belangrijk hulpmiddel voor het lokaliseren van eiwitten in een structuur. Zoals bij elk technisch protocol, zijn er sommige stappen die kritischer zijn dan andere en er zijn stappen binnen het protocol die kunnen worden behandeld als keuzepunten die belangrijk zijn voor de daaropvolgende analyse.
De kritieke stappen, keuzepunten voor latere analyse en beperkingen worden als volgt beschreven. De eigenlijke naaldprikstap: De prikwond wordt gemaakt met een spuitnaald die in een hoek van 25° ten opzichte van de ader of slagader wordt gehouden. Dit minimaliseert de kans op doorboren aan beide zijden van de ader of slagader. Een hoek van 90° daarentegen maximaliseert de kans dat de intravasculaire endotheellaag niet wordt geschraapt of de extravasculaire collageenmatrix aan de buitenkant van het bloedvat wordt beschadigd, maar brengt een groter risico met zich mee dat beide zijden van de ader of slagader worden doorboord. De keuze is er een van ervaring, handen en vertrouwen.
De primaire fixatie wordt hier gedaan met geperfuseerd paraformaldehyde, een klein molecuul dat een enkele reactieve aldehydegroep bevat. Omdat het een enkele chemisch reactieve groep bevat, heeft paraformaldehyde weinig neiging om cellulaire componenten te verknopen en weinig neiging om antigeniciteit te vernietigen en wordt daarom kortom beschouwd als een relatief zwak fixeermiddel voor glutaaraldehyde, een veelgebruikt fixeermiddel voor elektronenmicroscopie, dat twee reactieve aldehyden bevat en daarom veel meer moleculaire verknoping produceert13. Dit is een in-situ stap die is ontworpen om de structuur te behouden. De perfusiestappen verwijderen niet-trombi-ingesloten rode bloedcellen uit het preparaat. Dat geeft een preparaat dat vrij is van de meeste rode bloedcellen en maakt het gemakkelijk om te focussen op de eigenschappen van bloedplaatjes. We hebben het gebruik van in situ fixatie onderzocht met een mengsel van glutaaraldehyde en paraformaldehyde dat extravasculair wordt aangebracht. Deze procedure is effectief, vooral in een situatie met een hoog debiet/druk. Het fixeert echter wel circulerende rode bloedcellen op hun plaats. Dit kan de latere segmentatieanalyse van elektronenmicrofoto's voor de vorm en samenstelling van de bloedplaatjesaggregaten die de punctiegewonden trombus vormen, bemoeilijken. Het gebruik van glutaaraldehyde bemoeilijkt alternatieve immunofluorescentieprocedures aanzienlijk vanwege het hoge niveau van autofluorescentie dat door het fixeermiddel wordt gegenereerd.
Het vastpinnen/spreiden van het vaste bloedvat op een siliconenkussen is cruciaal voor het lokaliseren van de trombus voor inbeddingsdoeleinden. In deze stap wordt de oriëntatie van het monster ten opzichte van de bloedstroom bijgehouden en bekend gemaakt voor volgende stappen. Het prikgat en de gevormde trombus kunnen gemakkelijk in het open bloedvat worden gelokaliseerd. De trombus daarentegen is moeilijk te vinden in uitgesneden, intacte bloedvaten. Dat zou vooral het geval zijn in een monster dat rijk is aan gefixeerde circulerende rode bloedcellen. Het kunnen volgen waar de speld in de hooiberg zich bevindt, is cruciaal.
Het openbreken van het bloedvat na het afspelen en fotograferen van waar de gevormde trombus, prikgat, zich bevindt, vormt een keuzepunt. In het algemene protocol zijn de gepresenteerde vervolgstappen specifiek voor het voorbereiden van het monster voor WA-TEM. Bij deze stap kunnen andere protocolkeuzes worden gemaakt. Aan de ene kant zou het monster kunnen worden verwerkt voor immunofluorescentiemicroscopie in plaats van elektronenmicroscopie. Aan de andere kant kan het monster worden verwerkt voor seriële blokgezichtsscanning elektronenmicroscopie (SBF-SEM of een andere volume-elektronenmicroscopiebenadering) in plaats van WA-TEM. De verwerkingsstappen voor SBF-SEM zijn beslist verschillend, omdat om zich op deze procedure voor te bereiden, alle stappen voor het kleuren van zware metalen voor elektronenmicroscopie moeten worden uitgevoerd vóór inbedding4.
De stappen voor het kleuren van zware metalen in dit protocol zijn ontworpen om membranen te benadrukken versus ribosomen en chromosomen, biologische complexen die rijk zijn aan nucleïnezuur. Andere protocollen voor het kleuren van zware metalen kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld Storrie en Attardi14 en Liu et al.15.
Aandacht voor verschillen in aders en slagaders is belangrijk. De hogere druk van de slagader ten opzichte van de ader moetworden gecompenseerd 16,17. Een naald met een kleinere diameter wordt bijvoorbeeld gebruikt om de wond van de dijbeenslagader te produceren in plaats van de halsslagader. Dit compenseert de hogere druk, waardoor de tijd voor het stoppen van het bloeden bijna gelijk is. Bij de procedure voor het doorprikken van de halsader wordt de voorkeur gegeven aan het gebruik van paraformaldehyde als fixeermiddel onder hypertone omstandigheden, omdat paraformaldehyde, als een klein, enkelvoudig aldehydebevattend fixeermiddel, snel werkt maar een zwak fixeermiddel is dat de neiging heeft om antigeniciteit intact te laten. Dat betekent dat de hier beschreven protocollen kunnen worden aangevuld met antilichaam-gemedieerde lokalisatiestudies op licht- of elektronenmicroscoopniveau18,19. In het geval van de punctiewond van de dijbeenslagader wordt glutaaraldehyde, een sterker verknopingsfixeermiddel, gebruikt in combinatie met paraformaldehyde in een 0,1 M natriumcacodylaatbuffer, pH 7,4, om arteriële trombi te stabiliseren en te fixeren. Deze aanpassing is nodig om de hogere bloeddruk van een slagader ten opzichte van een ader te compenseren. In het arteriële geval is de natriumcacodylaatconcentratie de helft van de concentratie die wordt gebruikt in de fixeeroplossing voor halsadertrombi.
De hier gepresenteerde monsterverwerkingsprocedure voor elektronenmicroscopie is afgestemd op WA-TEM en geeft informatie over elektronenmicroscopie met een beperkt volume. WA-TEM produceert een beperkte reeks beelden met een hoge resolutie, 3,185 nm pixelgrootte of kleiner, over volledige trombi-doorsneden parallel aan of loodrecht op stroom1. Een combinatie van glas- en diamantmessen wordt gebruikt om handmatig een reeks doorsneden te produceren met naar schatting 10%, 25%, 50%, 75% en 90% in de trombus. Om volledige trombusdoorsneden te bereiken, moeten honderden frames worden afgebeeld met een elektronenmicroscoopkwaliteitscamera van 4.000 x 4.000 pixels. De frames worden vervolgens aan elkaar genaaid. Er zijn bijna 400 - 800 frames nodig om een volledige dwarsdoorsnede te krijgen. WA-TEM kan worden aangevuld met SBF-SEM. SBF-SEM produceert een reeks opeenvolgende beelden van het blokvlak terwijl het geleidelijk in kleine stappen wordt weggesneden met een diamantmes dat is ingesloten in het vacuüm van de SEM-beeldvormingskamer1. Deze afbeeldingen kunnen worden samengevoegd om een volledige 3-dimensionale weergave van de vormende trombus te geven. Omdat de microtoom zich in de SEM-beeldvormingskamer bevindt, moeten alle kleuringsstappen voor SBF-SEM vóór het inbedden worden uitgevoerd. De combinatie van deze twee elektronenmicroscoopbenaderingen maakt het mogelijk om beelden te maken met een resolutie van ~ 3 nm of meer over een beperkt aantal doorsneden, WA-TEM, of over de volledige diepte van de bijna millimeter grote punctiegewond trombus, SBF-SEM. Het bekijken van de samengevoegde WA-TEM-beelden in 3DMOD-software10 maakt snelle manipulatie tussen verschillende zoomniveaus mogelijk, zodat zelfs weergaven met een hoge resolutie in context kunnen worden geplaatst binnen de volledige doorsnede van de trombusbreedte.
Tot slot presenteren we een beproefd protocol voor het produceren van prikgewonden trombi bij muizen, ze in situ fixeren en ze verwerken voor elektronenmicroscopie op een manier waarbij de trombus gemakkelijk in de ader of slagader kan worden gelokaliseerd en de oriëntatie ten opzichte van de bloedstroom kan worden getraceerd. Er worden verschillende beslissingspunten gepresenteerd, zodat de gebruiker keuzes kan maken over hoe de monsters zullen worden geanalyseerd. We richten ons op de voorbereiding op elektronenmicroscopie die membranen belicht versus andere componenten in de cel. Uiteindelijk is het deel van het protocol dat het meest algemeen is voor andere onderzoeken de waardering door de auteurs dat wide-area transmissie-elektronenmicroscopie (WA-TEM) een montaging-benadering is die kennis op nanoschaal van cellen ondersteunt, d.w.z. bloedplaatjes binnen een grote structuur, bijna millimetergrootte, hier de vormende trombus. Het resulterende vermogen om details in de algemene context te plaatsen, is de centrale kracht van het combineren van de verschillende stappen tot een volledige procedure.