$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Morfogeneza serca to sekwencyjne zdarzenie, które wymaga czasoprzestrzennej organizacji czterech różnych typów komórek progenitorowych serca w odrębne sektory serca, a także wymaga wielu genetycznych sieci regulacyjnych, aby zaaranżować ten proces w celu utworzenia funkcjonalnego serca1,2. Specyfikacja, różnicowanie, wzorzec i dojrzewanie komory serca są regulowane przez kardiogenne czynniki transkrypcyjne3. Mutacja genetyczna lub aberracja potranskrypcyjna tych czynników w komórkach progenitorowych serca może prowadzić do śmiertelności zarodka lub wrodzonych wad serca (CHD)4. Badanie morfogenezy serca wymaga zrozumienia nieodłącznych szczegółów strukturalnych w trzech wymiarach (3D), a śledzenie linii komórek progenitorowych serca za pomocą pojedynczego znakowania podczas rozwoju serca ułatwi zrozumienie morfogenezy serca. W ciągu ostatnich kilku dekad opracowano szereg metod tomografii skrawków o wysokiej rozdzielczości w celu obrazowania struktury narządów5,6; Metody te wymagają jednak drogich, specjalistycznych instrumentów, dużego nakładu pracy i braku szczegółowej organizacji strukturalnej w rozdzielczości pojedynczej komórki w końcowym zrekonstruowanym obrazie wolumetrycznym7,8.
Obrazowanie wolumetryczne 3D na poziomie pojedynczej komórki umożliwia badanie różnicowania komórek progenitorowych i zachowania komórek in vivo7. Jednak rozpraszanie światła w tkankach pozostaje główną przeszkodą w obrazowaniu komórek i struktur w 3D głęboko wewnątrz nienaruszonego serca. Lipidy są głównym źródłem rozpraszania światła, a usunięcie lipidów i/lub dostosowanie różnicy współczynnika załamania światła między lipidami a ich otoczeniem jest potencjalnym podejściem do zwiększenia przezroczystości tkanek8. W ciągu ostatnich kilku lat opracowano szereg metod oczyszczania tkanek, które zmniejszają zmętnienie tkanek i rozpraszanie światła, takie jak BABB (mieszanina alkoholu benzylowego i benzoesanu benzylu) i DBE (tetrahydrofuran i eter dibenzylowy); Ale w tych metodach wygaszanie fluorescencji pozostaje problemem8-10. Metody hydrofilowe oparte na rozpuszczalnikach, takie jak SeeDB (fruktoza/tioglicerol) i 3DISCO (dichlorometan/eter dibenzylowy), zachowują sygnały fluorescencyjne, ale nie sprawiają, że cały narząd jest przezroczysty7,8,11. Dla porównania, metoda oczyszczania tkanek CLARITY sprawia, że narząd staje się przezroczysty, ale wymaga specjalistycznego urządzenia do elektroforezy w celu usunięcia lipidów8,12, podobnie jak PACT (technika pasywnej przejrzystości), która również wymaga zatopienia hydrożelu7,13. Szczegółowe informacje dotyczące wszystkich dostępnych metod oczyszczania tkanek znajdują się w Tabeli 1 w Richardson i Lichtman, et al.Rozdział 7.
W 2011 roku, Hama i in. przypadkowo odkryli hydrofilową mieszaninę 'Scale' (mieszanina mocznika, glicerolu i Triton X-100), która sprawia, że mózg i zarodek myszy stają się przezroczyste, jednocześnie całkowicie zachowując sygnały fluorescencyjne z oznakowanych klonów14. Pozwala to na obrazowanie nienaruszonego mózgu na głębokości kilku milimetrów i rekonstrukcję populacji neuronów i projekcji na dużą skalę w rozdzielczości subkomórkowej. Susaki i wsp. udoskonalili Scale poprzez dodanie aminoalkoholi i opracowali metodę oczyszczania tkanek "CUBIC" (clear, unstructed brain imaging cocktails and computational analysis), która zwiększyła rozpuszczalność fosfolipidów, skróciła czas oczyszczania i umożliwiła wielokolorowe obrazowanie fluorescencyjne8. W niniejszym badaniu, wykorzystując techniki oczyszczania tkanek Scale i CUBIC oraz sekcję optyczną 3D o wysokiej rozdzielczości, poszczególne klony wewnątrz serca podczas kardiogenezy śledzono za pomocą Rosa26CreERT2 15, R26R-Confetti16, αMHC-Cre17, cTnT-Cre18, Nfatc1-Cre19 i Rosa26-mTmG (mTmG)20 linii myszy. Połączenie opracowanej wcześniej metody barwienia całego mocowania (WMS)21,22 z metodami oczyszczania tkanek pozwoliło na barwienie innych białek w znakowanych klonach i badanie ich zachowania w kontekście wolumetrycznym 3D. Połączenie oczyszczania tkanek i WMS pozwala na lepsze zrozumienie roli różnych genów i białek podczas rozwoju serca oraz etiologii wrodzonych wad serca. Protokół ten można zastosować do badania różnicowania innych komórek progenitorowych, zachowania komórkowego i zdarzeń morfogenezy narządów podczas rozwoju.