To badanie wykorzystuje technikę mikroskopii fluorescencyjnej z dwustronnym oświetleniem (LSFM) w połączeniu z oczyszczaniem optycznym do badania mysiego serca.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
To badanie wykorzystuje technikę mikroskopii fluorescencyjnej z dwustronnym oświetleniem (LSFM) w połączeniu z oczyszczaniem optycznym do badania mysiego serca.
Mikroskopia fluorescencyjna z arkuszami świetlnymi jest szeroko stosowana do szybkiego pozyskiwania obrazów z wysoką rozdzielczością osiową od mikrometra do milimetra. Tradycyjne techniki arkuszy świetlnych polegają na użyciu pojedynczej wiązki świetlnej skierowanej prostopadle na tkankę próbki. Obrazy dużych próbek, które są wytwarzane przy użyciu pojedynczej wiązki oświetlenia, zawierają paski lub artefakty i mają zmniejszoną rozdzielczość z powodu rozpraszania i absorpcji światła przez tkankę. W tym badaniu wykorzystano dwustronną wiązkę świetlną i uproszczoną technikę optycznego oczyszczania CLARITY dla mysiego serca. Techniki te pozwalają na głębsze obrazowanie poprzez usunięcie lipidów z serca i wytwarzają duże pole obrazowania, większe niż 10 x 10 x 10 mm3. W rezultacie, strategia ta umożliwia nam ilościowe określenie wymiarów komór, śledzenie linii serca i zlokalizowanie przestrzennego rozkładu białek i kanałów jonowych specyficznych dla serca serca od serca myszy po urodzeniu do serca dorosłego z wystarczającym kontrastem i rozdzielczością.
Mikroskopia fluorescencyjna z użyciem arkuszy świetlnych była techniką opracowaną po raz pierwszy w 1903 roku i jest obecnie używana jako metoda do badania ekspresji genów, a także do tworzenia modeli 3D lub 4-D próbek tkanek1,2,3. Ta metoda obrazowania wykorzystuje cienki arkusz światła do oświetlenia pojedynczej płaszczyzny próbki, tak aby tylko ta płaszczyzna została uchwycona przez detektor. Próbka może być następnie przesuwana w kierunku osiowym, aby uchwycić każdą warstwę, sekcja po sekcji, i renderować model 3D po przetworzeniu końcowym uzyskanych obrazów4. Jednak ze względu na absorpcję i rozpraszanie fotonów, LSFM został ograniczony do próbek, które mają albo kilka mikronów grubości, albo są optycznie przezroczyste1.
Ograniczenia LSFM doprowadziły do obszernych badań organizmów, które mają tkanki optycznie przezroczyste, takich jak danio pręgowany. Badania dotyczące rozwoju i różnicowania serca są często prowadzone na danio pręgowanym, ponieważ istnieją konserwatywne geny między ludźmi a danio pręgowanym5,6. Chociaż badania te doprowadziły do postępów w badaniach kardiologicznych związanych z kardiomiopatiami6,7, nadal istnieje potrzeba przeprowadzenia podobnych badań na organizmach wyższego poziomu, takich jak ssaki.
Tkanka serca ssaków stanowi wyzwanie ze względu na grubość i nieprzezroczystość tkanki, absorpcję przez hemoglobinę w czerwonych krwinkach oraz paski, które powstają w wyniku jednostronnego oświetlenia próbki tradycyjnymi metodami LSFM1,8. Aby zrekompensować te ograniczenia, zaproponowaliśmy zastosowanie dwustronnego oświetlenia i uproszczonej wersji techniki CLARITY9 w połączeniu z roztworem do dopasowywania współczynnika załamania światła (RIMS). W związku z tym system ten pozwala na obrazowanie próbki o wymiarach większych niż 10 x 10 x 10 mm3 przy zachowaniu dobrej jakości rozdzielczości w płaszczyźnie osiowej i bocznej8.
Ten system został najpierw skalibrowany za pomocą koralików fluorescencyjnych ułożonych w różnych konfiguracjach w szklanych rurkach. Następnie system wykorzystano do obrazowania poporodowych i dorosłych serc mysich. Po pierwsze, pourodzeniowe serce myszy zostało zobrazowane po 7 dniach (P7), aby ujawnić jamę komorową, grubość ściany komory, struktury zastawki i obecność beleczkowania. Po drugie, przeprowadzono badanie w celu zidentyfikowania komórek, które różnicowałyby się w kardiomiocyty przy użyciu pourodzeniowego serca myszy w ciągu 1 dnia (P1) z kardiomiocytami znakowanymi Cre i żółtym białkiem fluorescencyjnym (YFP). Wreszcie, dorosłe myszy w wieku 7,5 miesiąca zostały zobrazowane, aby zaobserwować obecność nerkowych zewnętrznych kanałów potasowych rdzenia (ROMK) po terapii genowej8.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury związane z wykorzystaniem zwierząt zostały zatwierdzone przez Instytucjonalne Komisje Rewizyjne (IACUC) na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles, Kalifornia.
1. Ustawienia systemu obrazowania
Uwaga: Zobacz Rysunek 1 i Rysunek 2.
2. Kalibracja systemu obrazowania
3. Przygotowanie próbki
4. Obrazowanie serca u dorosłych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisana tutaj technika wykorzystuje dwustronną wiązkę oświetlenia w połączeniu z optycznym wyjaśnianiem próbek tkanki serca myszy, aby uzyskać większą głębokość obrazowania oraz większą objętość obrazowania przy zachowaniu wystarczającej rozdzielczości (Rysunek 1). W celu kalibracji systemu, wewnątrz szklanej rurki oraz w obrębie układu obrazowania umieszczono kuleczki fluorescencyjne. Następnie wykonano obrazowanie kuleczek i zwizualizowano je w płaszczyźnie...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany tutaj system i technika LSFM wykorzystuje dwustronną wiązkę oświetlenia połączoną z oczyszczaniem optycznym do obrazowania serca myszy w okresie poporodowym i dorosłym jego rozwoju. Tradycyjna pojedyncza wiązka oświetlenia cierpi z powodu rozpraszania i absorpcji fotonów przez grubsze i większe próbki tkanek 1,3. Dwustronne wiązki zapewniają bardziej równomierne oświetlenie próbki, minimalizując w ten sposób efekt pasków i innych artefaktów, które często ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy chcieliby wyrazić wdzięczność Thao Nguyenowi i Atsushi Nakano z UCLA za dostarczenie próbki myszy do obrazu. Badanie to było wspierane przez granty NIH HL118650 (dla Tzung K. Hsiai), HL083015 (dla Tzung K. Hsiai), HD069305 (dla N. C. Chi i Tzung K. Hsiai), HL111437 (dla Tzung K. Hsiai i N. C. Chi), HL129727 (dla Tzung K. Hsiai) oraz finansowanie University of Texas System STARS (dla Juhyun Lee).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| CW Laser | Laserglow Technologies | LMM-GBV1-PF3-00300-05 | Wzbudzenie fluoroforów |
| Filtr o neutralnej gęstości | Thorlabs | NDC-50C-4M | Kontroluje ilość światła wpadającego do systemu |
| Achromatyczny ekspander wiązki | Thorlabs | GBE05-A | Rozszerza wiązkę światła |
| Szczelina mechaniczna | Thorlabs | VA100C | Kontroluje szerokość wiązki |
| Rozdzielacz wiązki | Thorlabs | BS013 | Tworzy wiązkę podwójnego oświetlenia |
| Mikroskop stereoskopowy z soczewką obiektywową 1X | Olympus | MVX10 | Służy do obserwacji próbki |
| Kamera ORCA-Flash4.0 LT sCMOS | Hamamatsu Photonics | C11440-42U | Służy do przechwytywania obrazów |
| Akrylonitrylo-butadien-styren (ABS) | Stratasys | uPrint | Materiał używany do drukowania 3D uchwytu na próbkę |
| Koraliki fluorescencyjne z polistyrenu | Spherotech Inc | PP-05-10 | Służy do kalibracji systemu obrazowania |
| Rurki ze szkła borokrzemianowego | Corning | Pyrex 7740 | Rurki do zatapiania próbek |
| Glicerol | Fisher Scientific | BP229-4 | Wypełnienie komory na próbkę |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami | Fisher Scientific | BP39920 | Roztwór do płukania serc myszy |
| Paraformaldehyd | Mikroskopia elektronowa nauki | RT-15700 | Pierwszy roztwór do inkubacji |
| Akrylamid | Wako Chemicals | AAL-107 | Zmieszany z dichlorowodorkiem 2,2'-Azobis do drugiej inkubacji roztwór do inkubacji serc |
| myszy Dichlorowodorek 2,2'-Azobis | Wako Chemicals | VA-044 | Zmieszany z akrylamidem do drugiego roztworu inkubacyjnego dla serc myszy |
| Dodecylosiarczan sodu | Sigma Aldrich | 71725 | Zmieszany z kwasem borowym do trzeciej inkubacji roztwór do serca myszy |
| Kwas borowy | Fischer | Scientific A74-1 | Zmieszany z dodecylosiarczanem sodu do trzeciej inkubacji roztwór dla serc myszy |
| Sigma D2158 | Sigma Aldrich | D2158 | Zmieszany z PB, Tween-20 i azydkiem sodu jako roztwór dopasowujący współczynnik załamania |
| Tween-20 | Sigma Aldrich | 11332465001 | Zmieszany z Sigma D2158, PB i azydkiem sodu jako roztwór dopasowujący współczynnik załamania |
| Azydek sodu | Sigma Aldrich | S2002 | zmieszany z Sigma D2158, PB i Tween-20 jako roztwór dopasowujący współczynnik załamania światła |
| Wektor wirusa związanego z adenowirusem 9 z specyficznym dla serca promotorem troponiny T oznaczonym GFP | Vector Biolabs | VB2045 | Wyraża GFP po związaniu z |
| siłownikiem serwomotoru ROMK DC | Z825B | Służy do przemieszczania próbki w kierunku osiowym w arkuszu świetlnym | |
| K-Cube Szczotkowany sterownik serwomotoru prądu stałego | Thorlabs | KDC101 | Łączy się z siłownikiem silnika i steruje ruchem siłownika |
| Amira | FEI Software | Nie dotyczy | Oprogramowanie do wizualizacji do tworzenia obrazów 2D i 3D |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.