To badanie demonstruje chirurgiczne przygotowanie mięśnia cremaster szczura do wizualizacji warstwy wolnej od komórek in vivo. W pracy omówiono istotne czynniki wpływające na dokładność pomiaru szerokości warstwy bezkomórkowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
To badanie demonstruje chirurgiczne przygotowanie mięśnia cremaster szczura do wizualizacji warstwy wolnej od komórek in vivo. W pracy omówiono istotne czynniki wpływające na dokładność pomiaru szerokości warstwy bezkomórkowej.
Warstwa bezkomórkowa jest zdefiniowana jako warstwa plazmy ciemieniowej w przepływie mikronaczyń, która jest pozbawiona czerwonych krwinek. Pomiar szerokości warstwy wolnej od komórek in vivo i jej zmian czasoprzestrzennych może zapewnić kompleksowe zrozumienie hemodynamiki w mikrokrążeniu. W tym badaniu użyliśmy mikroskopijnego systemu przyżyciowego w połączeniu z szybką kamerą wideo, aby określić ilościowo szerokości warstw bezkomórkowych w tętniczkach in vivo. Mięsień cremaster szczurów Sprague-Dawley został chirurgicznie uzewnętrzniony, aby uwidocznić przepływ krwi. Opracowano również specjalnie opracowany skrypt obrazowania, aby zautomatyzować przetwarzanie obrazu i analizę szerokości warstwy wolnej od komórek. Takie podejście umożliwia ilościowe określanie zmian czasoprzestrzennych w sposób bardziej spójny niż wcześniejsze pomiary ręczne. Dokładność pomiaru zależy jednak częściowo od zastosowania filtra niebieskiego i doboru odpowiedniego algorytmu progowania. W szczególności oceniliśmy kontrast i jakość obrazów uzyskanych z użyciem filtra niebieskiego i bez niego. Ponadto porównaliśmy pięć różnych algorytmów progowania opartych na histogramie obrazu (Otsu, minimum, intermode, selekcja iteracyjna i progowanie entropii rozmytej) i zilustrowaliśmy różnice w ich określaniu szerokości warstwy wolnej od komórek.
Badania na zwierzętach in vivo są kluczowe dla podstaw nauki dla zrozumienia ludzkiej fizjologii i patologii. W szczególności badania mikrohemodynamiczne in vivo mogą wyjaśnić potencjalne upośledzenie funkcji mikrokrążenia zmienione przez nieprawidłowe warunki reologiczne krwi. W wielu wcześniejszych badaniach mikrohemodynamicznych1 wykorzystano model mięśniowy cremaster szczura do wizualizacji mikronaczyniowego przepływu krwi. Mięsień cremaster to cienka warstwa mięśnia prążkowanego otaczającego jądra. W ten sposób przepływ krwi w mięśniach można uwidocznić za pomocą mikroskopu trans-illumination za pomocą ekspozycji chirurgicznej. Dzięki temu możemy uzyskać obrazy przepływu krwi in vivo bez użycia jakichkolwiek środków fluorescencyjnych lub kontrastowych. Ponadto cała perfuzja krwi w sieci mięśniowej może być kontrolowana poprzez zmniejszenie przepływu krwi w górę za pomocą okluzji aortybrzusznej 2. Dzięki tym zaletom model mięśniowy cremaster jest szeroko stosowany do badania tworzenia się warstwy bezkomórkowej (CFL) w mikronaczyniach1,3.
Szerokość CFL jest ważnym parametrem hemodynamicznym w mikrokrążeniu, który cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na jego ważną rolę w regulacji funkcji mikrokrążenia. CFL powstaje w wyniku indukowanej ścinaniem poprzecznej wewnętrznej migracji czerwonych krwinek (RBC) w kierunku centrum przepływu4. W konsekwencji migracja ta prowadzi do zubożenia erytrocytów w pobliżu ścian naczyń, co ostatecznie prowadzi do powstania bezkomórkowej warstwy plazmy. W związku z tym ciemieniowa świetlówka kompaktowa w naturalny sposób staje się barierą dyfuzyjną dla dostarczania tlenu (O2) z rdzenia RBC do tkanek oraz dla wychwytywania tlenku azotu (NO) przez RBC5,6. Ponadto produkcja NO może być również modulowana przez dynamiczne zmiany szerokości CFL7,8. Dlatego rola CFL zarówno w transporcie gazów, jak i regulacji homeostazy w mikrokrążeniu musi być w pełni ustalona, aby lepiej zrozumieć przepływ krwi w mikrokrążeniu. Ostatnie badania koncentrowały się na łączeniu funkcji hemodynamiki i transportu gazów świetlówki kompaktowej ze scaloną elektroniką w mikrokrążeniu9-12. Ponadto w oddzielnym zestawie badań zbadano również, w jaki sposób patologiczne zwiększenie agregacji RBC moduluje tworzenie CFL i jego wpływ na biodostępność O2 i NO w tkankach13,14.
Rola CFL staje się bardziej znacząca w mikrokrążeniu, gdzie względna wielkość szerokości CFL do średnicy naczynia jest widoczna. Wymaga to skutecznego podejścia do ilościowego określania CFL w przepływie krwi in vivo. W szczególności akwizycja obrazu i analiza obrazu to dwa kluczowe elementy decydujące o dokładności pomiaru szerokości świetlówek kompaktowych. Skuteczna wizualizacja przepływu krwi w tkankach powinna być poprzedzona odpowiednim przygotowaniem chirurgicznym modelu zwierzęcego. Ponadto potrzebna jest odpowiednia technika analizy obrazu, aby przezwyciężyć ograniczenia konwencjonalnych pomiarów ręcznych, które są w większości spowodowane błędami ludzkimi15,16. Dzięki postępom w oprzyrządowaniu optycznym i mocy obliczeniowej do cyfrowego przetwarzania obrazu, możliwe jest teraz osiągnięcie dokładniejszego i bardziej spójnego pomiaru szerokości CFL17-19. Niemniej jednak dokładność tych pomiarów, opartych na obrazie, nadal ostatecznie zależy od jakości obrazów.
Dlatego też w tym badaniu badane są czynniki wpływające na pomiar szerokości świetlówki kompaktowej in vivo. Skupiliśmy się w szczególności na zademonstrowaniu przygotowania chirurgicznego i cyfrowej analizy obrazu do pomiarów szerokości CFL w tętniczkach mięśnia cremaster szczura.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
To badanie jest zgodne z Narodowym Komitetem ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Zwierząt (zatwierdzony protokół nr R15-0225).
1. Chirurgiczne przygotowanie modelu zwierzęcego
2. Analiza obrazu
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wizualizacja CFL in vivo w dużej mierze zależy od przygotowania chirurgicznego zwierzęcia. Nadmierna utrata krwi lub przedłużający się czas operacji mogą doprowadzić do wstrząsu i zaburzeń przepływu krwi u zwierzęcia. Utrzymanie temperatury tkanek za pomocą podgrzewacza, a także zastosowanie specjalnie dostosowanej platformy podczas operacji i eksperymentu, jest również kluczowe dla zachowania warunków fizjologicznych szczura. Dzięki zastosowaniu lampy halogenowej o mocy 10 W w systemie mikroskopowym nie zaobser...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pomiar szerokości świetlówki kompaktowej jest niezbędny do lepszego zrozumienia hemodynamiki w mikrokrążeniu. W szczególności pomiar szerokości CFL został wykonany w mikrokrążeniach krezkowych6, rdzeniowo-trapezowych24 i mózgowych25 . Konwencjonalne pomiary szerokości świetlówek kompaktowych in vivo ograniczały się do szacunków poprzez ręczną kontrolę zarejestrowanych klatek wideo. Pomiary manualne wymagały uśrednienia kilku kolejnych klatek wideo przed wizualnym określeniem gran...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.
Ta praca była wspierana przez National Medical Research Council (NMRC)/Cooperative Basic Research Grant (CBRG)/0078/2014.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Mikroskop przyżyciowy | Olympus | BX51WI | Sprzęt |
| Kamera szybkoobrotowa | Photron | 1024PCI | Sprzęt |
| Filtr niebieski | HOYA | B390 | |
| Sprzęt Czujnik ciśnienia i system biopac | System Biopac | TSD104A, MP100 | Sprzęt |
| Regulator temperatury | Shimaden | SR 1 | Sprzęt |
| Plasma Lyte A | Baxter | NDC: 0338-0221 | Ciepły w 37 stopniach; C kąpiel wodna przed użyciem |
| Sól fizjologiczna 0,9% | Braun | ||
| Heparyna (5,000 IU/ml) | LEO | ||
| PE-10 rurka polietylenowa | Becton Dickinson | 427400.024 | " OD x .011" ID |
| Rurka polietylenowa PE-50 | Becton Dickinson | 427411.038 "OD x .023" ID | |
| Rurka polietylenowa PE-205 | Becton Dickinson | 427446.082" OD x .062" ID | |
| 2-0 niewchłanialny jedwabny szew | Deknatel | 113-S | |
| 5-0 niewchłanialny jedwabny szew | Deknatel | 106-S | |
| Poduszka grzewcza z cyrkulacją wody | Gaymar | ||
| Kąpiel wodna | Fisher Scientific | Isotemp 205 | Sprzęt |
| Sterylna gaza bawełniana | Fisher Scientific | 22-415-468 | |
| Aplikatory z bawełnianą końcówką | Fisher Scientific | 23-400-124 | |
| Kleszcze Dumont | Kent Scientific INS14188 | Instrument chirurgiczny | |
| Mikrokleszcze preparacyjne | Kent Scientific | INS15915 | Instrument chirurgiczny |
| Kleszcze do tęczówki 1 x 2 zęby | Kent Scientific | INS15917 | Chirurgiczny instrument |
| Kleszcze do kaniulacji naczyń | Kent Scientific | INS500377 | Instrument chirurgiczny |
| Mikronożyczki | Kent Scientific | INS14177 | Instrument chirurgiczny |
| Nożyczki do irysa | Kent Scientific | INS14225 | Instrument chirurgiczny |
| Klips do naczyń | Kent Scientific | INS14120 | Instrument chirurgiczny |
| System kauteryzacji Gemini | Braintree Scientific | GEM 5917 | Instrument chirurgiczny |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.