Tutaj opisujemy korelacyjny przebieg pracy dla wycinania, zwiększania ciśnienia, utrwalania i obrazowania mysiej zastawki płucnej, aby określić konformację ogólną i lokalne struktury macierzy zewnątrzkomórkowej.
Method Article
Tutaj opisujemy korelacyjny przebieg pracy dla wycinania, zwiększania ciśnienia, utrwalania i obrazowania mysiej zastawki płucnej, aby określić konformację ogólną i lokalne struktury macierzy zewnątrzkomórkowej.
Podstawowe przyczyny choroby zastawek serca (HVD) są nieuchwytne. Mysie modele zwierzęce stanowią doskonałe narzędzie do badania HVD, jednak wiedza chirurgiczna i instrumentalna wymagana do dokładnego ilościowego określenia struktury i organizacji w wielu skalach długości zahamowała jego postęp. Praca ta zawiera szczegółowy opis sekcji myszy, barwienia en bloc, przetwarzania próbek i procedur obrazowania korelacyjnego w celu zobrazowania zastawki serca w różnych skalach długości. Hydrostatyczne ciśnienie przezzastawkowe zastosowano do kontrolowania niejednorodności czasowej poprzez chemiczne utrwalenie konformacji zastawki serca. Mikrotomografia komputerowa (μCT) została wykorzystana do potwierdzenia geometrii zastawki serca i zapewnienia odniesienia dla dalszego przetwarzania próbki potrzebnej do mikroskopii elektronowej ze skaningiem szeregowym (SBF-SEM). Wykonano i zrekonstruowano seryjne obrazy SEM macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) o wysokiej rozdzielczości, aby zapewnić lokalną reprezentację 3D jej organizacji. Metody obrazowania μCT i SBF-SEM zostały następnie skorelowane, aby przezwyciężyć zmienność przestrzenną w zastawce płucnej. Chociaż zaprezentowana praca dotyczy wyłącznie zastawki płucnej, metodologia ta może zostać przyjęta do opisu hierarchicznej organizacji w systemach biologicznych i ma kluczowe znaczenie dla charakterystyki strukturalnej w wielu skalach długości.
Zastawka płucna (PV) służy do zapewnienia jednokierunkowego przepływu krwi między prawą komorą a tętnicą płucną. Malformacje zastawek płucnych są związane z kilkoma postaciami wrodzonych wad serca. Obecne leczenie wrodzonej wady zastawki serca (HVD) polega na naprawie zastawek lub wymianie zastawki, co może wymagać wielu inwazyjnych operacji w ciągu całego życia pacjenta1. Powszechnie przyjmuje się, że funkcja zastawki serca wywodzi się z jej struktury, często określanej jako korelacja struktura-funkcja. Mówiąc dokładniej, właściwości geometryczne i biomechaniczne serca dyktują jego funkcję. Z kolei właściwości mechaniczne zależą od składu i organizacji ECM. Opracowując metodę określania właściwości biomechanicznych mysich zastawek serca, transgeniczne modele zwierzęce mogą być wykorzystane do zbadania roli ECM w funkcji i dysfunkcji zastawki serca2,3,4,5.
Mysi model zwierzęcy od dawna uważany jest za standard w badaniach molekularnych, ponieważ modele transgeniczne są łatwiej dostępne u myszy w porównaniu z innymi gatunkami. Mysie modele transgeniczne stanowią wszechstronną platformę do badań nad chorobami związanymi z zastawkami serca6. Jednak wiedza chirurgiczna i wymagania dotyczące oprzyrządowania w celu scharakteryzowania zarówno geometrii, jak i organizacji ECM były główną przeszkodą w postępie badań nad HVD. Dane histologiczne w literaturze dostarczają obrazu zawartości macierzy zewnątrzkomórkowej mysiej zastawki serca, ale tylko w postaci obrazów 2D i nie są w stanie opisać jej architektury 3D7,8. Ponadto zastawka serca jest niejednorodna zarówno przestrzennie, jak i czasowo, co utrudnia wyciąganie wniosków z eksperymentów dotyczących organizacji ECM, jeśli pobieranie próbek i konformacja nie są ustalone. Konwencjonalne metody charakteryzacji 3D, takie jak rezonans magnetyczny lub echokardiografia 3D, nie zapewniają rozdzielczości niezbędnej do rozpoznania komponentów ECM9,10.
Ta praca szczegółowo opisuje w pełni korelacyjny przepływ pracy, w którym rozwiązano czasową niejednorodność spowodowaną cyklem pracy serca poprzez ustalenie konformacji mysiego PV za pomocą hydrostatycznego ciśnienia przezzastawkowego. Niejednorodność przestrzenna była precyzyjnie kontrolowana poprzez pobieranie próbek z obszarów zainteresowania i rejestrowanie zestawów danych z różnych modalności obrazowania, w szczególności μCT i mikroskopii elektronowej ze skaningiem bloku szeregowego, w różnych skalach długości. Ta metoda rozpoznania za pomocą μCT w celu kierowania dalszym pobieraniem próbek została zaproponowana wcześniej, ale ponieważ zastawka płucna wykazuje zmienność czasową, potrzebny był dodatkowy poziom kontroli na poziomie chirurgicznym11.
Badania in vivo opisujące biomechanikę mysich zastawek serca są rzadkie i zamiast tego opierają się na modelach obliczeniowych podczas opisywania zachowania deformacji. Niezwykle ważne jest, aby lokalne dane zewnątrzkomórkowe w skali długości nanometrowej były powiązane z geometrią i lokalizacją zastawki serca. To z kolei zapewnia policzalne, przestrzennie odwzorowane rozkłady białek ECM współdziałających mechanicznie, które można wykorzystać do wzmocnienia istniejących modeli biomechanicznych zastawek serca12,13,14.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Wykorzystanie zwierząt w tym badaniu było zgodne z Ogólnokrajowym Szpitalem Dziecięcym instytucjonalnym komitetem ds. opieki i wykorzystania zwierząt zgodnie z protokołem AR13-00030.
1. Wycięcie zastawki płucnej
2. Stabilizacja ciśnienia w zastawce płucnej
3. Barwienie i osadzanie próbek en bloc 15,16
UWAGA: Odczynniki barwiące używane w tej sekcji (żelazocyjanek potasu, tetratlenek osmu, tiokarbohydrazyd, asparaginian ołowiu i octan uranylu) są wysoce toksyczne i powinny być traktowane z najwyższą ostrożnością. Zaleca się stosowanie dygestorium i odpowiednich środków ochrony osobistej.
4. Obrazowanie metodą mikrotomografii komputerowej
5. Przetwarzanie próbek i korelacja obrazów
6. Mikroskopia elektronowa ze skanowaniem twarzy bloku szeregowego18
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Zespolenie tętnicy płucnej z rurką ciśnieniową jest pokazane w Rysunek 1A. Po zastosowaniu ciśnienia hydrostatycznego pień płucny rozszerza się promieniowo (Rysunek 1B), co wskazuje, że płatki zastawki płucnej są w konfiguracji zamkniętej. Konformację zastawki płucnej potwierdzono za pomocą μCT. W tym przypadku ulotki były zamknięte, a pierścień był okrągły (Rysunek 2A). Rysunek 2B,C pokazuje różne stopnie niewystar...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Usunięcie komór służy dwóm celom. Po pierwsze, wystawienie strony komorowej na ciśnienie atmosferyczne, dzięki czemu wystarczy zastosować ciśnienie przezzastawkowe od strony tętniczej zastawki płucnej, aby się zamknąć, a po drugie, zapewnienie stabilnej podstawy, aby zapobiec skręceniu pnia płucnego. Podczas zwiększania ciśnienia pień płucny rozszerza się promieniowo i dolnie, co sprawia, że jest podatny na skręcanie, powodując zapadanie się pnia płucnego. Wstępne obciążenie zastawki płucnej roztworem soli fizjologicznej...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca jest częściowo wspierana przez R01HL139796 i R01HL128847 granty dla CKB oraz RO1DE028297 i CBET1608058 dla DWM.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 25% aldehyd glutarowy (aq) | EMS | 16210 | Podstawowy składnik utrwalający |
| 0,9% chlorek sodu do wstrzykiwań | Hospira Inc. | NDC 0409-4888-10 | |
| Strzykawka 1 ml | BD | 309659 | |
| Strzykawka 10 ml | BD | 309604 | |
| 200 proof etanolu | EMS | 15055 | |
| Igła 22G | BD | 305156 | |
| 3 mL strzykawka | BD | 309657 | |
| 3-kierunkowy kran | Smiths Medical ASD, Inc. | ||
| 4% tetratlenek osmu | EMS | 19150 | Składnik barwiący |
| 4% paraformaldehyd (aq) | EMS | 157-4-100 | Podstawowy składnik utrwalający |
| Wchłanialny hemostat | Ethicon | 1961 | |
| Aceton | EMS | 10012 | |
| poliamidowy szew monofilamentowy, 10-0 | AROSurgical instruments Corporation | ||
| szew monofilamentowy poliamidowy, 6-0 | AROSurgical instruments Corporation | SN-1956 | |
| C57BL/6 myszy | Jackson Laboratories | 664 | Około 1 rok |
| Chlorek wapnia | Sigma-Aldrich | 10043-52-4 | |
| Kleszcz kleszczowy | FST | 00072-14 | |
| Aplikatory z końcówką bawełnianą | Fisher Naukowy | 23-400-118 | |
| DPBS | Gibco | 14190-144 | |
| Kleszcz Dumont #5 | FST | 11251-20 | |
| Kleszcze Dumont #5/45 | FST | 11251-35 | |
| Dumont #7 kleszcz drobnoziarnisty | FST | 11274-20 | |
| Żywica Durcupan ACM | EMS | 14040 | Do zatapiania |
| Cienkie nożyczki | FST | 14028-10 | |
| Heliscan microCT | Thermo Fisher Scientific | Micro-CT | |
| Chlorowodorek ketaminy do wstrzykiwań | Hospira Inc. | NDC 0409-2053 | |
| Kwas L-asparaginowy | Sigma-Aldrich | 56-84-8 | Składnik barwiący |
| Azotan ołowiu | EMS | 17900 | Komponent barwiący |
| niskopróżniowy detektor rozproszenia wstecznego | Thermo Fisher Scientific | VSDBS | SEM detektor rozpraszania wstecznego |
| Kleszcz do mikroasynów | FST | 11018-12 | |
| Filtr Millex-GP, 0,22 um, PES 33mm, niesterylne | EMD Millipore | SLGP033NS | |
| Włókniny | McKesson Corp. | 94442000 | |
| Trójwodzian heksacyjanożelazianu(II) potasu | Sigma-Aldrich | 14459-95-1 | Składnik barwiący |
| Wodorotlenek potasu | Sigma-Aldrich | 1310-58-3 | |
| Linia do pomiaru ciśnienia | Smiths Medical ASD, Inc. | MX562 | |
| Roztwór soli fizjologicznej (sterylny 0,9% chlorek sodu) | Hospira Inc. | NDC 0409-0138-22 | |
| Rozmiar 3 Kapsuła BEEM | EMS | 69910-01 | Pojemnik do zatapiania |
| Kakodylan sodu trójwodny | Sigma-Aldrich | 6131-99-3 | Bufor |
| Retraktory Solibri | FST | 17000-04 | |
| Napylarka do napylania, węgla i wiązki elektronicznej | Leica | EM ACE600 | Powłoka do złota |
| Mikroskop chirurgiczny | Leica | M80 | |
| Tiokarbohydrazyd (TCH) | EMS | 21900 | Składnik barwiący |
| Uchwyt na igłę/kleszcze Tish | Micrins | MI1540 | |
| Trymer | Wahl | 9854-500 | |
| Octan uranylu | EMS | 22400 | Składnik barwiący |
| Woltoskopowy skaningowy mikroskop elektronowy | Thermo Fisher Scientific | VOLUMESCOPESEM | Mikroskop elektronowy ze skanowaniem twarzy z blokiem szeregowym |
| Sterylny roztwór ksylazyny | Akorn Inc. | NADA# 139-236 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission