Obrazowanie wolumetryczne jest niezbędne do dokładnych badań fizjologii i chorób sercowo-naczyniowych. Obrazowanie ilościowe pozwala na tworzenie stosów obrazów o wysokiej rozdzielczości z nienaruszonymi wymiarami wolumetrycznymi. Próbki muszą być zakonserwowane w celu zachowania ich morfologii i objętości światła in vivo, a także zobrazowane w jednolitej rozdzielczości o wysokiej rozdzielczości. Ze stosów obrazowania o wysokiej rozdzielczości użytkownik może generować trójwymiarowe renderingi naczyniowe o wysokiej wierności, które pozwalają na pełne wyświetlanie kształtów, struktury i połączeń naczyń krwionośnych1.
Struktury sercowo-naczyniowe posiadają skomplikowane trójwymiarowe cechy anatomiczne, których nie można dokładnie uchwycić podczas badania ich przez dwuwymiarową, niespójną soczewkę. Stereoskopowe obrazowanie morfologiczne szerokokątne i przekroje histologiczne są niewystarczające do uchwycenia złożonych zmian trójwymiarowych1,2,3. Obrazy mikro- i nanotomografii komputerowej są złotym standardem w ilościowym obrazowaniu wolumetrycznym małych zwierząt1,4, ale nie są powszechnie dostępne ani przyjęte wśród społeczności biologicznej. Ostatnie innowacje w oczyszczaniu tkanek i mikroskopii całych narządów/małych zwierząt pozwoliły na ilościowe zastosowanie technik oczyszczania całego wierzchowca i znakowania naczyń krwionośnych5,6,7. Oczyszczanie tkanek działa w celu homogenizacji rozpraszania światła w próbkach tkanek, zmniejszając w ten sposób opóźnienia w propagacji światła przez ośrodek poprzez zmniejszenie szansy na rozproszenie lub absorpcję światła. Wysoka przezroczystość wymaga rygorystycznego przetwarzania tkankowego, które może wpływać na antygenowość lub jasność znakowania sygnału fluorescencji8. Mikroskopia arkuszowa stała się szybkim, potężnym narzędziem do obrazowania, szeroko stosowanym przez biologów9, oferując wzrost prędkości o kilka rzędów wielkości w porównaniu z mikroskopami skaningowymi i zdolność do obrazowania próbek o wielkości powyżej 1 cm. Dzięki mikroskopii fluorescencyjnej z arkuszami świetlnymi (LSFM) laser oświetla przekrój próbki ze zwiększoną prędkością i głębokością w porównaniu z mikroskopią konfokalną; Z tego powodu metoda wymaga wysokiej przezroczystości próbki.
Tutaj autorzy adaptują najnowsze metody oczyszczania iDISCO+, łącząc je z endomalowaniem10 w modelu zwierzęcym zarodka pisklęcia, aby pokazać skuteczność metody od wczesnego do późnego rozwoju układu krążenia. iDISCO (immunolabeling-enabled three-dimensional imaging of solvent-cleared organs) to metoda oczyszczania oparta na rozpuszczalniku organicznym, która, w przeciwieństwie do metod opartych na oczyszczaniu wodnym, nie podlega artefaktom obrazowania spowodowanym parowaniem rozpuszczalnika. iDISCO różni się od iDISCO+ tym, że etap odwadniania tetrahydrofuranu (iDISCO) jest zastępowany łagodniejszym odwodnieniem metanolu, po którym następuje etap ekstrakcji lipidów (iDISCO+). Do zalet metody oczyszczania iDISCO+ należą: znakowanie immunologiczne dużych dorosłych próbek i zarodków, niska kurczliwość tkanek i wysoka przezroczystość8,11. Co ważne, iDISCO+ pozwala na generowanie stosów obrazów o wysokiej rozdzielczości, rozszerzając tradycyjne techniki znakowania immunologicznego w celu uzyskania informacji na dużych próbkach narządów lub całym zarodku, zamiast ograniczać się do pobierania próbek z małych regionów, w których brakuje informacji na temat całej organizacji na poziomie tkanki, jak w przypadku tradycyjnej histologii9. Do wad iDISCO+ należy fakt, że genetycznie kodowane białka fluorescencyjne nie są zachowane11. Metoda znakowania tkanek endomalowania została po raz pierwszy wprowadzona jako wysokoprzepustowe badanie przesiewowe w kierunku wad sercowo-naczyniowych przy użyciu serc zarodków piskląt HH31-HH36, które były perfundowane 0,5 mg / ml FITC-poli-L-lizyny w wierzchołku lewej komory. Barwnik pozostawiono do związania przez 4 minuty przed utrwaleniem i przechowywaniem10.
Obecne badanie wykazało, że to samo stężenie FITC-poli-L-lizyny może być stosowane dla szerszego zakresu zarodków (HH18 - HH34), ale okazało się, że idealny czas fiksacji waha się (od 5 do 10 minut), aby zapewnić jasno oznakowane naczynia. Użytkownicy obecnej techniki endo-DISCO mogą chcieć dostosować stężenie barwnika (zmniejszając się jednorazowo o 0,1 mg / ml), jeśli roztwór okaże się zbyt lepki, aby oznaczyć wszystkie pożądane naczynia, ale zachęca się ich do dostosowania czasu utrwalania i optymalizacji skurczu mięśni lewej komory przed dostosowaniem stężenia barwnika. Autorzy podjęli próbę endomalowania o stężeniu 0,1 mg / ml i odkryli, że chociaż barwnik łatwiej rozprzestrzeniał się przez małe naczynia, łatwiej był zmywany po perfuzji PFA. Autorzy wykazali, że stosy obrazowania o wysokiej rozdzielczości wygenerowane za pomocą obecnej techniki są wystarczającej jakości do obliczeniowego modelowania hemodynamicznego. Ścieżki przepływu krwi i odpowiadające im siły hemodynamiczne, w tym rozkład ciśnienia i naprężeń ścinających ściany, występują w złożonych, zlokalizowanych wzorcach, które można rozwiązać tylko za pomocą obliczeniowych symulacji przepływu1,12. Te siły biomechaniczne wpływają na zachowanie sąsiednich tkanek sercowo-naczyniowych i wywołują adaptację, wzrost i przebudowę naczyń krwionośnych13. Zrozumienie lokalnych wartości sił hemodynamicznych rzuca kluczowe światło na mechanistyczne regulatory funkcji układu sercowo-naczyniowego oraz inicjacji lub progresji choroby2.