Przedstawiamy szczegółową procedurę badania ran kłutych w celu wytworzenia hemostatycznych skrzeplin w żyłach szyjnych i tętnicach udowych, ich utrwalenia perfuzji in situ oraz przetwarzania próbek do zmontowanej transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Ogólne procedury są przydatne do generowania hemostatycznych skrzeplin do analizy ultrastrukturalnej oraz do porównywania czasów krwawienia u myszy eksperymentalnych, na przykład myszy leczonych różnymi rodzajami i dawkami farmaceutyków. Jest to również przydatne do porównywania czasów krwawienia u kontrolnych myszy typu dzikiego z czasami krwawienia u myszy z nokautem (tj. nokautami dla różnych glikoprotein w płytkach krwi, które oddziałują z ligandami adhezyjnymi) i późniejszej mikroskopii elektronowej o wysokiej rozdzielczości. Protokół można łatwo dostosować do analizy immunofluorescencyjnej jako podstawowego odczytu przy utracie cech, które sprawiają, że mikroskopia elektronowa jest dobrym wyborem. Z drugiej strony, immunofluorescencja jest podstawowym narzędziem do lokalizowania białek w strukturze. Podobnie jak w przypadku każdego protokołu technicznego, istnieją pewne kroki, które są bardziej krytyczne niż inne, a w protokole są kroki, które można traktować jako punkty wyboru ważne dla późniejszej analizy.
Kroki krytyczne, punkty wyboru do późniejszej analizy i ograniczenia są opisane w następujący sposób. Właściwy etap nakłucia igły: Rana kłuta jest wykonywana za pomocą igły strzykawkowej trzymanej pod kątem 25° do żyły lub tętnicy. Minimalizuje to ryzyko przebicia po obu stronach żyły lub tętnicy. Z drugiej strony kąt 90° maksymalizuje szanse na to, że nie zeskrobie wewnątrznaczyniowej warstwy śródbłonka lub nie uszkodzi pozanaczyniowej macierzy kolagenowej na zewnątrz naczynia krwionośnego, ale niesie ze sobą większe ryzyko przebicia po obu stronach żyły lub tętnicy. Wybór zależy od doświadczenia, rąk i pewności siebie.
Pierwotne utrwalanie odbywa się tutaj za pomocą perfundowanego paraformaldehydu, małej cząsteczki zawierającej pojedynczą reaktywną grupę aldehydową. Ponieważ zawiera pojedynczą chemicznie reaktywną grupę, paraformaldehyd ma niewielką tendencję do sieciowania składników komórkowych i niewielką tendencję do niszczenia antygenowości, a zatem w sumie jest uważany za stosunkowo słaby utrwalacz aldehydu glutarowego, powszechnego utrwalacza w mikroskopii elektronowej, który zawiera dwa reaktywne aldehydy, a zatem wytwarza znacznie więcej molekularnego sieciowania13. Jest to etap in situ mający na celu zachowanie struktury. Etapy perfuzji usuwają z preparatu nieuwięzione zakrzepy krwinki czerwone. Daje to preparat, który jest wolny od większości czerwonych krwinek i ułatwia skupienie się na właściwościach płytek krwi. Badaliśmy możliwość stosowania utrwalania in situ za pomocą mieszanki aldehydu glutarowego / paraformaldehydu stosowanej zewnątrznaczyniowo. Ta procedura jest skuteczna, szczególnie w sytuacji wysokiego przepływu/ciśnienia. Jednak, to naprawia krążące czerwone krwinki w miejscu. Może to skomplikować późniejszą analizę segmentacyjną mikrografów elektronowych pod kątem kształtu i składu agregatów płytek krwi tworzących skrzeplinę po nakłuciu. Stosowanie aldehydu glutarowego znacznie komplikuje alternatywne procedury immunofluorescencji ze względu na wysoki poziom autofluorescencji generowanej przez utrwalacz.
Przypinanie/rozsuwanie nieruchomego naczynia krwionośnego na podkładce silikonowej ma kluczowe znaczenie dla zlokalizowania skrzepliny w celu osadzenia. Na tym etapie orientacja próbki w stosunku do przepływu krwi jest śledzona i znana dla kolejnych etapów. Otwór nakłuwający i utworzona skrzeplina mogą być łatwo zlokalizowane w otwartym naczyniu krwionośnym. Natomiast skrzeplinę trudno znaleźć w wyciętych, nienaruszonych naczyniach krwionośnych. Byłoby to szczególnie prawdziwe w próbce bogatej w stałe krążące czerwone krwinki. Możliwość śledzenia, gdzie znajduje się igła w stogu siana, ma kluczowe znaczenie.
Po rozchyleniu naczynia krwionośnego i sfotografowaniu, gdzie znajduje się utworzona skrzeplina, otwór po nakłuciu, stanowi punkt wyboru. W ogólnym protokole przedstawione kolejne kroki są specyficzne dla przygotowania próbki do WA-TEM. Na tym etapie można dokonać innych wyborów protokołu. Z jednej strony próbka może być przetwarzana do mikroskopii immunofluorescencyjnej, a nie mikroskopii elektronowej. Z drugiej strony, próbka może być przetwarzana do skaningowej mikroskopii elektronowej z blokiem szeregowym (SBF-SEM lub inne podejście do objętościowej mikroskopii elektronowej) zamiast WA-TEM. Etapy przetwarzania SBF-SEM są zdecydowanie różne, ponieważ aby przygotować się do tej procedury, wszystkie etapy barwienia metali ciężkich w mikroskopii elektronowej muszą być wykonane przed zatopieniem4.
Etapy barwienia metalami ciężkimi w tym protokole mają na celu podkreślenie błon w porównaniu z rybosomami i chromosomami, kompleksami biologicznymi bogatymi w kwas nukleinowy. Można zastosować inne protokoły barwienia metalami ciężkimi, na przykład Storrie i Attardi14 oraz Liu i wsp.15.
Ważne jest zwrócenie uwagi na różnice w żyłach i tętnicach. Wyższe ciśnienie tętnicy w stosunku do żyły musi być przesunięteo 16,17. Na przykład igła o mniejszej średnicy jest używana do wykonania rany tętnicy udowej w porównaniu z raną szyjną. Kompensuje to wyższe ciśnienie, dając prawie równy czas tamowania krwawienia. W zabiegu nakłucia żyły szyjnej preferowane jest stosowanie paraformaldehydu jako utrwalacza w warunkach hipertonicznych, ponieważ paraformaldehyd, jako mały, pojedynczy utrwalacz zawierający aldehyd, działa szybko, ale jest słabym utrwalaczem, który ma tendencję do pozostawiania nienaruszonej antygenowości. Oznacza to, że opisane tutaj protokoły mogą być uzupełnione badaniami lokalizacji za pośrednictwem przeciwciał na poziomie mikroskopu świetlnego lub elektronowego18,19. W przypadku rany po nakłuciu tętnicy udowej aldehyd glutarowy, silniejszy utrwalacz sieciujący, jest stosowany w połączeniu z paraformaldehydem w 0,1 M buforze kakodylanu sodu o pH 7,4 w celu stabilizacji i utrwalenia skrzeplin tętniczych. Ta modyfikacja jest konieczna, aby zrównoważyć wyższe ciśnienie krwi tętnicy w porównaniu z żyłą. W przypadku tętnicy stężenie kakodylanu sodu jest o połowę mniejsze niż stężenie stosowane w roztworze utrwalającym do zakrzepów w żyle szyjnej.
Przedstawiona tutaj procedura przetwarzania próbek do mikroskopii elektronowej jest dostosowana do WA-TEM i dostarcza informacji z mikroskopii elektronowej o ograniczonej objętości. WA-TEM tworzy ograniczoną serię obrazów o wysokiej rozdzielczości, o rozmiarze piksela 3,185 nm lub mniejszym, w pełnych przekrojach skrzeplin równoległych lub prostopadłych do przepływu1. Kombinacja noży szklanych i diamentowych służy do ręcznego wytwarzania serii przekrojów poprzecznych z szacunkową natężeniem 10%, 25%, 50%, 75% i 90% do skrzepliny. Osiągnięcie pełnych przekrojów skrzepliny wymaga zobrazowania setek klatek za pomocą kamery o jakości mikroskopu elektronowego o wymiarach 4 000 x 4 000 pikseli. Ramki są następnie zszywane ze sobą. Do uzyskania obrazu o pełnym przekroju potrzeba prawie 400 - 800 klatek. WA-TEM może być uzupełniony o SBF-SEM. SBF-SEM tworzy serię sekwencyjnych obrazów powierzchni bloku, gdy jest ona stopniowo odcinana małymi krokami za pomocą diamentowego noża zamkniętego w próżni komory obrazowania SEM1. Obrazy te można zestawiać ze sobą, aby uzyskać pełne trójwymiarowe odwzorowanie tworzącej się skrzepliny. Ponieważ mikrotom znajduje się w komorze obrazowania SEM, wszystkie etapy barwienia SBF-SEM muszą być wykonane przed zatopieniem. Połączenie tych dwóch podejść mikroskopu elektronowego pozwala na obrazowanie z rozdzielczością ~3 nm lub większą w ograniczonej liczbie przekrojów, WA-TEM, lub na całej głębokości zakrzepu nakłuwającego o rozmiarach bliskich milimetrowi, SBF-SEM. Przeglądanie zszytych obrazów WA-TEM w oprogramowaniu 3DMOD10 umożliwia szybką manipulację między różnymi poziomami powiększenia, dzięki czemu nawet widoki o wysokiej rozdzielczości mogą być umieszczane w kontekście w pełnym przekroju poprzecznym szerokości skrzepliny.
Podsumowując, przedstawiamy sprawdzony protokół wytwarzania skrzeplin po nakłuciu u myszy, mocowania ich in situ i przetwarzania do mikroskopii elektronowej w taki sposób, aby skrzeplinę można było łatwo zlokalizować w żyle lub tętnicy i śledzić jej orientację w stosunku do przepływu krwi. Prezentowane są różne punkty decyzyjne, dzięki czemu użytkownik może dokonać wyboru sposobu analizy próbek. Skupiamy się na przygotowaniu do mikroskopii elektronowej, która uwydatnia błony w porównaniu z innymi składnikami komórki. Ostatecznie częścią protokołu, która jest najbardziej ogólna dla innych badań, jest uznanie przez autorów, że transmisyjna mikroskopia elektronowa na dużym obszarze (WA-TEM) jest podejściem montażowym, które wspiera wiedzę o komórkach w nanoskali, tj. płytkach krwi w dużej strukturze, o rozmiarach bliskich milimetrowi, w tym przypadku tworzącej się skrzepliny. Wynikająca z tego zdolność do umieszczania szczegółów w ogólnym kontekście jest główną zaletą łączenia różnych kroków w pełną procedurę.