Name: Metoda badania korelacji między lokalną strukturą kolagenu a właściwościami mechanicznymi tkanki włóknistej blaszki miażdżycowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-11-11T13:50:00.000+00:00
Duration: 13 min 45 s
Description: Poznaj metodę korelacji lokalnej struktury kolagenu z właściwościami mechanicznymi tkanki blaszki miażdżycowej. Technika łączy mikroskopię wielofotonową z testowaniem rozciągającym, umożliwiając przewidywanie ryzyka pęknięcia.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca została sfinansowana z grantu NWO-Vidi (18360).

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

Obecne badanie koncentrowało się na opracowaniu procesu obrazowania mechanicznego w celu zbadania korelacji między lokalną orientacją i dyspersją kolagenu, lokalnymi właściwościami mechanicznymi i zachowaniem pękania włóknistej tkanki miażdżycowej miażdżycy. Opisany w niniejszym dokumencie protokół jest innowacyjny z kilku powodów. Po pierwsze, po raz pierwszy zastosowano cyfrową korelację obrazu do pomiaru miejscowej deformacji tkanki płytki włóknistej pod wpływem obciążenia mechanicznego. Po drugie, protokół ten dostarcza informacji niezbędnych do analizy związku między miejscowym wzorcem deformacji a lokalną architekturą kolagenu w tkance płytki włóknistej. Znaczenie oceny miejscowej podkreślają zarówno dane dotyczące szczepu, jak i dane dotyczące kolagenu przedstawione w sekcji wyników, które pokazują niejednorodny charakter tkanki. W związku z tym zaleca się stosowanie technik umożliwiających ocenę miejscową, takich jak te stosowane w niniejszym protokole, do przyszłych badań właściwości płytki włóknistej.
Przygotowanie próbki testowej jest jednym z krytycznych etapów tego protokołu. Blaszki szyjne to głównie tkanki kolagenowe; Mogą jednak zawierać zwapnienia, które uważa się za wpływające na ogólne zachowanie mechaniczne płytki nazębnej36,37. Ponieważ badanie koncentruje się na składniku tkanki włóknistej płytki nazębnej, unika się zwapnień w badanych próbkach dzięki zastosowaniu obrazowania μCT38. Jeśli μCT nie jest dostępna, można rozważyć inne techniki obrazowania, takie jak MRI lub OCT39, w celu wykrycia zwapniałych obszarów w blaszce miażdżycowej. Uzyskanie próbek do badania tkanek włóknistych, które są wolne od zwapnień i mają wystarczająco duży rozmiar, aby można je było przeprowadzić do badań mechanicznych, może być trudnym zadaniem w przypadku blaszek miażdżycowych, które są silnie zwapnione lub zawierają rozproszone zwapnienia. Kolejnym trudnym zadaniem w protokole jest wygenerowanie optymalnego wzoru plamek do cyfrowej korelacji obrazu. Optymalna rozdzielczość DIC wymaga proporcji czerni do bieli 50:5028 i plamek o rozmiarze od trzech do pięciu pikseli29 w celu zapewnienia odpowiedniej jakości. Niespełnienie tych wymagań może skutkować niedokładnymi pomiarami odkształceń miejscowych. Wreszcie, mapowanie miejsca pęknięcia na obrazach SHG może być trudne, jeśli naturalne punkty orientacyjne tkanki nie są wyraźne. W przypadku takich próbek pomocne będzie zastosowanie kilku markerów odniesienia do tkanki przed obrazowaniem.
Technika MPM-SHG stosowana w obecnym protokole jest lepsza od wielu innych technik obrazowania kolagenu, ponieważ jest to technika o wysokiej rozdzielczości i nieniszcząca o stosunkowo dużej głębokości penetracji. Ograniczeniem jest jednak głębokość penetracji (<400 μm) MPM-SHG, która nie pozwala na zobrazowanie całej grubości badanych próbek, która mieściła się w zakresie od 0,5 do 2 mm. W niedawnym badaniu z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego tensora dyfuzji (DT-MRI) wykazaliśmy, że dominująca orientacja włókien w głębszych częściach tkanki płytki nazębnej może być inna niż w bardziej powierzchownych, świetlnych częściach tkanki14. W związku z tym uzasadnione są dalsze badania w celu zbadania lokalnej architektury kolagenu w głębszych częściach próbek grubej tkanki włóknistej płytki nazębnej i jej związku z lokalną mechaniką tkanek. W tym celu można wykorzystać spolaryzowane obrazowanie w dziedzinie częstotliwości przestrzennej (pSFDI). Doniesiono, że ta niedawno opracowana technika obrazowania optycznego może potencjalnie mierzyć orientację włókien na głębokości nawet 0,8 mm w płatkach zastawki mitralnej12. pSFDI oferuje również szybką akwizycję, co może również ułatwić wizualizację całego obszaru próbki, a nie tylko wyboru płytek, jak ma to miejsce w obecnym protokole. Innym ograniczeniem obecnego protokołu jest to, że można zidentyfikować tylko deformację powierzchni. W przyszłych badaniach do tego protokołu może zostać włączony lustrzany multi-view DIC40 lub cyfrowa korelacja objętości (DVC)41 w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat wolumetrycznych, podpowierzchniowych odkształceń.
Obecny protokół eksperymentalny może być dalej rozszerzany lub modyfikowany na kilka sposobów w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat mechaniki pękania płytki nazębnej i jej związku z leżącą u jej podstaw mikrostrukturą. Po pierwsze, obecny protokół obejmuje jednoosiową próbę rozciągania w kierunku obwodowym. Ten rodzaj badań mechanicznych został wybrany, ponieważ płytka nazębna doświadcza głównie rozciągania w kierunku obwodowym in vivo. W celu uzyskania bardziej wszechstronnej charakterystyki mechanicznej protokół ten można dodatkowo rozszerzyć o badanie inflacji, badanie dwuosiowe lub jednoosiowe badanie rozciągania w kierunku wzdłużnym. Po drugie, obecny protokół koncentruje się tylko na uzyskiwaniu lokalnych szczepów za pomocą DIC. Jednak bardziej kompletny obraz zachowania mechanicznego płytki nazębnej można uzyskać, włączając do protokołu również analizę naprężeń lokalnych, jednak wymaga to scharakteryzowania lokalnej sztywności. Chociaż obecnie jest to trudne, można to osiągnąć za pomocą technik obliczeniowych, takich jak metoda odwrotnych elementów skończonych 42,43 i metoda pól wirtualnych44. Oprócz adaptacji eksperymentalnej, do bieżącego protokołu można również dodać kilka dodatkowych kroków przetwarzania końcowego. Po pierwsze, zamiast tylko identyfikować miejsce pęknięcia, można zidentyfikować ścieżkę propagacji pęknięć za pomocą uzyskanych obrazów z kamer o dużej prędkości. Ta ścieżka propagacji może być skorelowana z lokalnymi parametrami konstrukcyjnymi i mechanicznymi. Po drugie, miejsce inicjacji pęknięcia zostało wizualnie zidentyfikowane w opisanym protokole. W poprzednim badaniu na tkankach niebiologicznych wykorzystano nieciągłości w pomiarach odkształceń DIC w celu wykrycia pęknięcia45. Zastosowanie takiego automatycznego wykrywania pęknięcia na tkankach płytki nazębnej może poprawić dokładność wykrywania pęknięcia. Wreszcie, ogromną zaletą MPM-SHG w porównaniu z innymi technikami obrazowania kolagenu jest to, że wizualizuje poszczególne włókna kolagenowe. Dlatego dane uzyskane za pomocą tego protokołu mogą być również wykorzystane do zbadania dodatkowych lokalnych cech kolagenu, takich jak zawartość kolagenu.
Protokół ten może być wykorzystany do lepszego zrozumienia lokalnej charakterystyki tkanki płytki włóknistej, składnika, który mechanicznie ulega uszkodzeniu w przypadku pęknięcia płytki nazębnej in vivo. Informacje te są potrzebne do ustalenia nowych strukturalnych i funkcjonalnych markerów obrazowania, które przewidują pęknięcie blaszki miażdżycowej u pacjentów. Te nowe markery są konieczne, ponieważ wykazano, że wcześniej sugerowane biomarkery ryzyka mają nieoptymalną wartość predykcyjną dla przyszłych zdarzeń klinicznych 5,6. W przyszłości OCT i ps-OCT mogą identyfikować i określać ilościowo tkankę włóknistą w układzie tętniczym 46,47,48. Ponadto szczep został uznany za zastępczy marker składu miejscowej płytki nazębnej49. W związku z tym pomiary szczepów in vivo 49 mogą potencjalnie pomóc w identyfikacji stabilności płytki nazębnej u pacjentów. Należy jednak zachować ostrożność z bezpośrednim przekładaniem uzyskanych wyników na pęknięcie płytki nazębnej in vivo. Po pierwsze, włóknista tkanka płytki miażdżycowej doświadcza bardziej złożonego obciążenia in vivo niż jednokierunkowe obciążenie rozciągające stosowane w tym protokole. Po drugie, blaszki miażdżycowe są strukturami wieloskładnikowymi; Na rozkład naprężeń i odkształceń in vivo w tkance płytki włóknistej może mieć wpływ obecność i lokalizacja innych składników płytki nazębnej, takich jak zwapnienia37.
Ten potok obrazowania mechanicznego może być również wykorzystany do badania innych tkanek kolagenowych. Globalne badania mechaniczne i obrazowanie strukturalne kolagenu są już szeroko stosowane w tkankach biologicznych. Jednak lokalna ocena właściwości przed uszkodzeniem i uszkodzeniem, a także architektura kolagenu, ma kluczowe znaczenie dla dokładnej charakterystyki mechanicznej heterogenicznych tkanek włóknistych. Spodziewamy się, że struktura tego nowego protokołu dostarczy dalszych informacji na temat wzajemnych zależności między mikrostrukturą a mechaniką kilku tkanek biologicznych.

Udar niedokrwienny, często wywoływany przez pęknięcie blaszki miażdżycowej w tętnicach szyjnych, jest jedną z głównych przyczyn śmiertelności i zachorowalności na całym świecie1. Jednak obecne strategie planowania leczenia chirurgicznego w celu zapobiegania udarowi związanemu z miażdżycą tętnic szyjnych nie obejmują oceny ryzyka pęknięcia płytki nazębnej2. Dzieje się tak głównie dlatego, że wcześniej sugerowane biomarkery ryzyka, takie jak grubość czapy płytki nazębnej3 i rozmiar rdzenia lipidowego4, okazały się mieć nieoptymalną wartość predykcyjną dla przyszłych zdarzeń klinicznych5,6. Lepsze zrozumienie mechaniki i mechanizmów pękania blaszki miażdżycowej jest niezbędne do optymalizacji oceny ryzyka pęknięcia blaszki miażdżycowej i identyfikacji nowych markerów ryzyka blaszek miażdżycowych.
Pęknięcie płytki miażdżycowej to lokalne zdarzenie mechaniczne, w którym wysoce włóknista tkanka płytki nazębnej nie wytrzymuje mechanicznego obciążenia wywieranego na nią przez ciśnienie krwi i traci swoją integralność strukturalną7. Mimo to, mechanika pęknięcia płytki nazębnej i jej związek z leżącą u jej podstaw mikrostrukturą są słabo poznane8. Kilka badań eksperymentalnych, które charakteryzowały cechy niewydolności tkanki blaszki miażdżycowej9,10,11,12,13 podały ogólne właściwości mechaniczne pękania (tj. ostateczne odkształcenie i wytrzymałość na zerwanie przy rozciąganiu), uzyskane przy założeniu jednorodności strukturalnej tkanki. Jednak włóknista tkanka płytki nazębnej jest strukturalnie niejednorodna, prawdopodobnie głównie z powodu lokalnych różnic w architekturze włókien kolagenowych14. Co więcej, związek między charakterystyką uszkodzeń mechanicznych tkanki płytki nazębnej a architekturą kolagenu został zbadany dopiero w niedawnym badaniu Johnstona i wsp. Autorzy wykazali różnicę między płytkami w dominującej orientacji włókien i podali wyższe naprężenia końcowe i niższe odkształcenia końcowe dla próbek włóknistej czapeczki nazębnej o przeważającej obwodowej orientacji włókien15. Jednak badania ograniczały się również do ogólnych właściwości mechanicznych i strukturalnych.
Aby rzucić światło na podstawowe informacje o lokalnej architekturze kolagenu i lokalnych właściwościach mechanicznych tkanki płytki włóknistej, w obecnym badaniu opracowaliśmy potok obrazowania mechanicznego. Ten rurociąg ex vivo umożliwia ilościowe określenie lokalnego kierunku i dyspersji włókien kolagenowych, a także miejscowego odkształcenia pękającego. Rurociąg obejmuje obrazowanie MPM z SHG w celu zobrazowania włókien kolagenowych w tkance płytki nazębnej, a także DIC i jednoosiowe testy rozciągania w celu ilościowego określenia charakterystyki pękania tkanki.
Mikroskopia wielofotonowa-generacja drugiej harmonicznej (MPM-SHG) stała się popularną techniką badania kolagenu w tkankach biologicznych16. Technika ta ma wiele zalet w porównaniu z innymi technikami obrazowania kolagenu, takimi jak histologia17, obrazowanie tensora dyfuzji (DTI)14 i rozpraszanie światła pod małym kątem (SALS)15. Po pierwsze, obrazowanie MPM-SHG jest nieniszczące, co czyni je idealnym rozwiązaniem w połączeniu z badaniami mechanicznymi18. Po drugie, sygnał SHG jest specyficzny dla kolagenu, a zatem nie jest konieczne barwienie tkanki. Ze względu na długie fale wzbudzenia (bliska podczerwień) głębokość penetracji jest większa niż w przypadku innych technik mikroskopowych16. Wysoka rozdzielczość (na poziomie μm) uzyskana dzięki obrazowaniu SHG pozwala również na wizualizację poszczególnych włókien. Daje to wiele możliwości, takich jak lokalna kwantyfikacja liczby włókien kolagenowych, orientacja włókien kolagenowych i dystrybucja19.
Cyfrowa korelacja obrazów (DIC) w połączeniu z testami mechanicznymi jest powszechnie stosowaną metodą uzyskiwania lokalnych właściwości mechanicznych tkanek biologicznych20. W przypadku DIC przemieszczenie plamek nałożonych na powierzchnię tkanki jest śledzone poprzez porównanie obrazów z kamer o dużej prędkości uzyskanych podczas testów mechanicznych20. Ta metoda przetwarzania końcowego obrazu służy do szacowania odkształceń powierzchni całego pola próbki20 i może być również używana do badania zachowania podczas pękania tkanki21.

<table><tbody><tr><td>Pierścień przedłużający 10 mm</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>Rurka CML10</td><td></td></tr><tr><td>15 ml</td><td>VWR</td><td>525-0150</td><td></td></tr><tr><td>20x APO Obiektyw do zanurzenia w wodzie</td><td>Oprogramowanie Leica</td><td>507701</td><td></td></tr><tr><td>3D Slicer</td><td>Nie dotyczy</td><td>Wersja 4.11</td><td></td></tr><tr><td>Probówki 50 ml</td><td>VWR</td><td>525-0156</td><td></td></tr><tr><td>Pistolet aerografu AB 430 - średnica dyszy 0,3 mm</td><td>Conrad</td><td>4.01614E+12</td><td></td></tr><tr><td>Blackout, tkanina nylonowa z Powłoka poliuretanowa</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>barwnik tkankowy</td><td>Polysciences inc</td><td>24113-2</td><td></td></tr><tr><td>Obiektyw aparatu, ogniskowa 50 mm</td><td>Thorlabs Inc.</td><td></td><td></td>MVL50M1</tr><tr><td>Statyw fotograficzny</td><td>VWR</td><td>241-0093, 241-7311</td><td></td></tr><tr><td>Laser wielofotonowy Chameleon Ultra</td><td>Koherentna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>sprężarka + wąż powietrzny</td><td>JUN-AIR, Conrad</td><td>B07GB9HC62, 4016138577198</td><td></td></tr><tr><td>Excel</td> Wersja <td>Microsoft</td><td>2208</td><td></td></tr><tr><td>Taśma piankowa dwustronna, 1,9 x 150 cm</td><td>Pattex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Łaźnia grzewcza</td><td>Nie dotyczy</td><td></td><td>Wykonana na zamówienie</td></tr><tr><td>szybka kamera + oprogramowanie do obrazowania</td><td>Pixelink-Navitar Inc.</td><td>PL-D725</td><td></td></tr><tr><td>Ludzkie blaszki miażdżycowe tętnicy szyjnej (po operacji endarterektomii tętnicy szyjnej)</td><td>Nie dotyczy</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Obraz J</td> National <td>Institute of Health</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>LAS-AF</td><td>Leica</td><td>w wersji 2.3</td><td>Oprogramowanie do obrazowania mikroskop wielofotonowy</td></tr><tr><td>LEICA TCS SP5 II</td> Mikroskop <td>Leica</td><td></td><td>używany do obrazowania SHG</td></tr><tr><td>System oświetlenia</td><td>Instrumenty AMZ</td><td>LED-60TB</td><td>Służy do uzyskiwania wyraźnych obrazów za pomocą szybkiej kamery</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>Wersja R2021A</td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie FibLab oparte na MATLAB</td><td>Uniwersytet Techniczny w Eindhoven</td><td>Nie dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>Narzędzie FOA (Fibre Orientation Analysis) oparte na MATLAB</td><td>Uniwersytet Techniczny w Eindhoven</td> Nie <td>dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie Ncorr oparte na MATLAB</td><td>Gruzja Instytut</td><td>Technologii wersja 1.2</td><td></td></tr><tr><td>Igły</td><td>Szmaragdowa</td><td>BDAM302986</td><td></td></tr><tr><td>szalka Petriego (średnica 10 cm)</td><td>VWR</td><td>BRND452000</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Pipety Pasteura VWR</td><td>291-1214</td><td></td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>ELKA127-P511-000</td><td></td></tr><tr><td>Quantum GX2 Mikrotomografia komputerowa (&mu; CT) skaner + filtr rentgenowski Cu 0,06 mm + Al 0,5 mm</td><td>PerkinElmer</td><td>CLS149276</td><td></td></tr><tr><td>Linijka</td><td>Narzędzia precyzyjne</td><td>1800030</td><td></td></tr><tr><td>Papier ścierny (P180)</td><td>Conrad</td><td>4.00932E+12</td><td></td></tr><tr><td>Obcinak boczny</td><td>Conrad</td><td>4.25084E+12</td><td></td></tr><tr><td>Baza z elastomeru silikonowego i utwardzacz (Sylgard 184)</td><td>VWR</td><td>634165S</td><td></td></tr><tr><td>Tester rozciągania + oprogramowanie + zaciski</td><td>Nie dotyczy</td><td></td><td>Wykonane we własnym zakresie przy użyciu cylindrycznego siłownika liniowego (EACM2E10AZAK, Oriental Motor Ltd.) i ogniwa obciążnikowego 10 N (LCMFD-10N, Omega Engineering Inc.)</td></tr><tr><td>Wkrętak dynamometryczny</td><td>Garant, Hoffman group</td><td>659906</td><td></td></tr></tbody></table>

metoda badania korelacji między lokalną strukturą kolagenu a właściwościami mechanicznymi tkanki włóknistej blaszki miażdżycowej

A Method to Study the Correlation Between Local Collagen Structure and Mechanical Properties of Atherosclerotic Plaque Fibrous Tissue

Pęknięcie blaszek miażdżycowych w tętnicach wieńcowych i szyjnych jest główną przyczyną śmiertelnych zdarzeń sercowo-naczyniowych. Jednak mechanika pękania niejednorodnej, wysoce kolagenowej tkanki płytki nazębnej i jej związek z włóknistą strukturą tkanki nie jest jeszcze znana. Istniejące metody badania mechaniki płytki nazębnej ograniczają się do uzyskania jedynie ogólnych właściwości mechanicznych tkanki płytki nazębnej, w oparciu o założenie jednorodności strukturalnej tkanki. Jednak włóknista tkanka płytki nazębnej jest strukturalnie niejednorodna, prawdopodobnie głównie ze względu na lokalne różnice w architekturze włókien kolagenowych.
Opisany tutaj potok obrazowania mechanicznego został opracowany w celu badania niejednorodnych strukturalnych i mechanicznych właściwości płytki. W tym procesie lokalna architektura kolagenu w tkance jest charakteryzowana za pomocą mikroskopii wielofotonowej (MPM) z generacją drugiej harmonicznej (SHG), a zachowanie tkanki jest charakteryzowane w warunkach jednoosiowej próby rozciągania przy użyciu cyfrowej analizy korelacji obrazu (DIC). Ten eksperymentalny rurociąg umożliwia korelację lokalnego dominującego kąta i dyspersji orientacji włókien kolagenowych, zachowania podczas pękania oraz odcisków palców naprężeń włóknistej tkanki płytki nazębnej. Zdobyta wiedza jest kluczem do lepszego zrozumienia, przewidywania i zapobiegania pęknięciom blaszki miażdżycowej.

Pobieranie tkanek i przygotowanie próbek testowych 
W wyniku pobierania tkanek otrzymuje się próbki włóknistej tkanki blaszki miażdżycowej, które można podzielić na poszczególne próbki testowe do obrazowania strukturalnego i jednoosiowych prób rozciągania. W idealnym przypadku pobrana próbka tkanki włóknistej zawiera obszary z niewielkimi lub żadnymi pęknięciami (Rysunek 5A) oraz makrowapnieniami (Rysunek 5B). Nadmiar tych pęknięć i wapnień (Rysunek 5C) może prowadzić do uzyskania próbek blaszki, które nie spełniają wcześniej wspomnianego wymogu wymiarów próbki WL 1.
Obrazowanie mikroskopowe wielofotonowe 
Obrazowanie SHG i postprocesowanie obrazu pozwalają na uzyskanie projekcji MIP z każdego obrazowanego pola (Rycina 6A,B). Dalsze postprocesowanie poprzez detekcję włókien (Rycina 6C) dostarcza histogramy orientacji włókien (Rycina 6D), z których można wyekstrahować parametry strukturalne kolagenu (Rycina 6E). Dodatkowo, do analizy wizualnej można uzyskać mapy kolorów przedstawiające lokalne parametry strukturalne kolagenu w całej próbce blaszki (Rycina 6F,G). Dla reprezentatywnej próbki testowej na Rycini 6 stwierdzono dużą zmienność wewnątrzpróbkową parametrów strukturalnych kolagenu (średnia ± SD dla µp = -34° ± 32°; σp = 21° ± 4°; Pani = 0,49 ± 0,14, przy założeniu, że kierunek obwodowy definiuje 0°). Ta zmienność wewnątrzpróbkowa podkreśla znaczenie pozyskiwania lokalnych parametrów strukturalnych zamiast zakładania homogeniczności.
Badania mechaniczne 
Charakterystyka pękania 
Kamera wysokich prędkości dostarcza obrazów deformacji i procesu pękania próbek blaszki podczas badań mechanicznych (Rysunek 7). Na podstawie tych obrazów można zidentyfikować miejsce inicjacji pęknięcia oraz drogę jego propagacji. Wyniki identyfikacji pęknięć są nieoptymalne, jeśli na obrazach z kamery występują pęcherzyki powietrza lub odblaski, bądź gdy pęknięcie propaguje zbyt szybko, aby zostało uchwycone przy wybranej częstotliwości klatek.
Lokalne wzorce odkształceń 
Analiza cyfrowej korelacji obrazu (DIC) nagrań z kamery pozyskanych podczas jednowymiarowej próby rozciągania pozwala na uzyskanie lokalnych map deformacji tkanki, takich jak mapy odkształceń Greena-Lagrangea przedstawione na Rysunku 8. Mapy te obrazują trzy składowe odkształcenia (εxx, εxy oraz εyy) w klatce poprzedzającej moment inicjacji pęknięcia. Z tych map odkształceń można wyodrębnić średnie odkształcenia w obszarze zainteresowania oraz lokalne odkształcenie w konkretnym punkcie, na przykład w miejscu pęknięcia.
W przypadku reprezentatywnej próbki na Ryc. 8 dane dotyczące lokalnych odkształceń wykazują dużą zmienność wewnątrzpróbkową. Dla reprezentatywnej próbki testowej na Ryc. 8 stwierdzono dużą zmienność lokalnych odkształceń wewnątrzpróbkowych (zakresy obserwowanych odkształceń są następujące: εxx = -0.30-0.17; εxy = -0.13-0,20; εyy = 0-0.40). Podkreśla to znaczenie pozyskiwania danych lokalnych zamiast ogólnych wartości średnich, uzyskanych przy założeniu homogeniczności tkanki.
Korelacja informacji mechanicznych i strukturalnych tkanki 
Wspomniane wyżej wyniki pozwalają na powiązanie lokalnej deformacji i zachowania tkanki podczas pękania z architekturą kolagenu. Po zidentyfikowaniu miejsca pęknięcia na nagraniach z kamery (Rycina 9A), można je przenieść na referencyjny obraz z kamery (Rycina 9B) oraz na skan mozaikowy z mikroskopu (Rycina 9C). Dzięki temu możliwe jest wyznaczenie pola MPM-SHG, w którym doszło do pęknięcia, oraz określenie parametrów strukturalnych dla tego pola (Rycina 9D). Parametry strukturalne wyznaczone dla pola, w którym nastąpiło pęknięcie w reprezentatywnej próbce przedstawionej na Rycynie 9, wynoszą µp = 28°, σp = 19° oraz Pani = 0,6. Tę samą procedurę można zastosować również do miejsc w tkance, które nie uległy pęknięciu. Należy zauważyć, że mapowanie miejsca pęknięcia na obrazie referencyjnym na podstawie klatki z momentu pęknięcia może być utrudnione w przypadku słabego wzorca plamek (speckle pattern) i niewyraźnych naturalnych punktów orientacyjnych. Ponadto, jeśli naturalne punkty orientacyjne tkanki nie są wystarczająco wyraźne, korejestracja nałożonego skanu mozaikowego i obrazów z kamery wysokich prędkości może być trudna.
<img alt="Schemat procesu przetwarzania tkanek: μCT, obrazowanie SHG, jednociosowa próba rozciągania, analiza danych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64334/64334fig01.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Schemat blokowy przedstawionego protokołu eksperymentalnego. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64334/64334fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Schemat obrazowania SHG z zaznaczonym obszarem igły, skanowaniem kafelkowym i mikroskopią, do analizy strukturalnej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64334/64334fig02.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Wybór kafelków do obrazowania SHG na podstawie skanowania kafelkowego. (A) Próbka testowa przymocowana w krzemie. (B) Skanowanie kafelkowe próbki testowej wykonane za pomocą mikroskopii w polu jasnym. Kafelki wybrane do obrazowania SHG są zaznaczone niebieskimi kwadratami. (C) Maksymalna projekcja intensywności z MPM z SHG. Pasek skali = 140 µm (C). Skróty: SHG = generowanie drugiej harmonicznej; MPM = mikroskopia wielofotonowa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64334/64334fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Układ obrazowania mikroskopowego z szalką Petriego; lasery do badań ekscytacji optycznej; badania laboratoryjne." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64334/64334fig03.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3: Próbka płytki umieszczona pod obiektywem mikroskopu wielofotonowego. Położenie próbki płytki jest zabezpieczone przez szalkę Petriego wypełnioną solą fizjologiczną w buforze fosforanowym. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64334/64334fig03large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Układ eksperymentalny do badania równowagi statycznej z ogniwem obciążeniowym, zaciskami z PVC i oświetleniem LED do testowania próbek." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64334/64334fig04.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4: Specjalnie zaprojektowany jednowymiarowy tester rozciągania z zaznaczonymi poszczególnymi elementami. (A>) Ogólny widok systemu. Należy zauważyć, że wkładki z papieru ściernego w zaciskach są widoczne, ponieważ przymocowano tylko dolne zaciski. (B>) Powiększony obraz zacisków testera rozciągania z próbką przygotowaną do badania. Skróty: PVC = polichlorek winylu; LED = dioda emitująca światło. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64334/64334fig04large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Porównanie optymalnej segmentacji tkanki; schemat z wizualizacją 3D i rzeczywistym preparatem." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64334/64334fig05.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Figure 5"> 
Rycina 5: Wyniki pobierania tkanki i przygotowania próbek z reprezentatywnych materiałów. (A) Świeża i nienaruszona próbka blaszki miażdżycowej, pobrana od pacjentów, którzy wyrazili zgodę na zabieg endarterektomii szyjnej. (B) Rekonstrukcja 3D ze skanu µCT. Tkanka zwapniała jest zaznaczona kolorem jasnoniebieskim, a niezwapniała kolorem czerwonym. Optymalną próbkę bez tkanki zwapniałej można było uzyskać z obszaru pomiędzy niebieskimi liniami. (C) Rekonstrukcja 3D ze skanu µCT przedstawiająca nieoptymalną blaszkę z nadmiarem tkanki zwapniałej. Pasek skali = 3 mm. Skrót: µCT = mikrotomografia komputerowa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64334/64334fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Analiza orientacji włókien kolagenowych: skan kafelkowy, obrazy MIP, detekcja włókien, histogramy, dopasowanie gaussowskie." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64334/64334fig06.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 6"> 
Rysunek 6: Wyniki MPM-SHG z reprezentatywnej próbki. (A) Przegląd skanu kafelkowego; wybrane do obrazowania kafelki zaznaczono na niebiesko. (B) Obrazy MIP z różnych kafelków. (C) Detekcja włókien za pomocą narzędzia FOA w wybranym kafelku (#1). (D) Histogram orientacji włókien z wybranego kafelka. (E) Histogram orientacji włókien + dopasowanie gaussowskie, z którego można wyznaczyć parametry strukturalne kolagenu z wybranego kafelka. (F) Przedstawienie µp (czarna linia orientacji) i σp (kolor tła) dla całej próbki blaszki. (G) Przedstawienie µp (czarna linia orientacji) i Pani (kolor tła) dla całej próbki blaszki. Paski skali = 140 µm (B,C). Skróty: MPM-SHG = mikroskopia wielofotonowa z generowaniem drugiej harmonicznej; MIPs = projekcje maksymalnej intensywności; FOA = analiza orientacji włókien; µp = dominujący kąt włókien; Pani = frakcja anizotropowa; σp = odchylenie standardowe rozkładu kąta włókien; Piso = frakcja izotropowa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64334/64334fig06large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Proces pękania tkanki, obrazy mikroskopowe; etapy: nienaruszona tkanka, inicjacja, propagacja, całkowite pęknięcie." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64334/64334fig07.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 7"> 
Rysunek 7: Inicjacja i propagacja pęknięcia w próbce tkanki blaszki podczas procedury badania rozciągania. 1) Stan wstępnego rozciągnięcia, tkanka nienaruszona. 2) Inicjacja pęknięcia – pierwsza klatka, w której zaobserwowano pęknięcie. Miejsce inicjacji pęknięcia zaznaczono czerwonym kwadratem. 3) i 4) Propagacja pęknięcia. 5) Całkowite pęknięcie próbki blaszki. Paski skali = 1 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64334/64334fig07large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Mapy odkształceń wzdłużnych, ścinania i rozciągania w materiale; wyniki analizy deformacji oznaczone kolorami." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64334/64334fig08.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 8"> 
Rycina 8: Rozkłady odkształceń Greena-Lagrange'a dla reprezentatywnej próbki (εxx, εxy i εyy) w klatce przed zerwaniem, uzyskane za pomocą analizy DIC. Podano średnią i odchylenie standardowe dla całej blaszki, wraz z odkształceniem w miejscu zerwania. Skróty: DIC = cyfrowa korelacja obrazów; εxx = odkształcenie wzdłużne; εxy = ścinanie; εyy = odkształcenie rozciągające. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64334/64334fig08large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Analiza pękania kolagenu, obrazy mikroskopowe; schemat parametrów strukturalnych; metoda skanowania kafelkowego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64334/64334fig09.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 9"> 
Rycina 9Nałożenie obrazu z lokalizacją pęknięcia (czerwony kwadrat) na obrazy. (A) Obraz z kamery wysokich prędkości, na którym zidentyfikowano pęknięcie (klatka pęknięcia). (B) Obraz z kamery wysokiej rozdzielczości, w którym zastosowano wyłącznie wstępne rozciąganie (klatka referencyjna). (C) Uzyskany obraz z analitycznego skanowania kafelkowego poprzez mikroskopia. (D) Mapa z kodowaniem kolorystycznym przedstawiająca lokalne parametry strukturalne kolagenu w różnych kafelkach. µp (czarna linia orientacyjna) oraz Pani (kolor tła) w obrębie całej próbki blaszki są przedstawione. Skróty: µp = przeważający kąt włókien; Pani = frakcja anizotropowa. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64334/64334fig09large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>

Opracowaliśmy proces mechano-obrazowania do badania heterogenicznych strukturalnych i mechanicznych właściwości blaszek miażdżycowych. Rurociąg ten umożliwia korelację lokalnego dominującego kąta i dyspersji orientacji włókien kolagenowych, zachowania podczas pękania i odcisków palców naprężeń włóknistej tkanki płytki nazębnej.

Metoda badania korelacji między lokalną strukturą kolagenu a właściwościami mechanicznymi tkanki włóknistej blaszki miażdżycowej

The rupture of atherosclerotic plaques in coronary and carotid arteries is the primary cause of fatal cardiovascular events. However, the rupture ...

Protokół ten umożliwia lokalną ocenę zarówno architektury kolagenu, jak i charakterystyki uszkodzeń mechanicznych tkanki płytki włóknistej. Ponieważ zarówno ocena strukturalna, jak i mechaniczna została przeprowadzona na tej samej próbce tkanki, technika ta pozwala na rozwikłanie funkcjonalnego związku między oceną strukturalną i mechaniczną tkanki. Wiedza uzyskana dzięki temu protokołowi na temat struktury tkanki płytki włóknistej i charakterystyki uszkodzeń ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania i przewidywania klinicznych śmiertelnych zdarzeń wywołanych pęknięciem blaszki miażdżycowej.Na początek rozetnij płytkę nazębną wzdłuż osi podłużnej tętnicy za pomocą nożyczek chirurgicznych i pęsety. Z próbek płytki nazębnej należy wyciąć prostokątne próbki do badań, upewniając się, że próbki są jak największe, unikając jednocześnie obszarów tkanek zawierających rozdarcia lub zwapnienia. Następnie weź próbkę do badania płytki nazębnej i przymocuj oba jej końce do silikonu, wbijając igły w tkankę.Włóż igły w obszar próbki, który będzie znajdował się w zaciskach urządzenia do prób rozciągania podczas próby mechanicznej. Załóż okulary ochronne. Użyj bocznego noża, aby skrócić igły, aby wystawały mniej niż kilka milimetrów ponad powierzchnię próbki, aby zapobiec uszkodzeniu obiektywu mikroskopu.Wypełnić szalkę Petriego PBS, aż próbka zostanie zanurzona. Następnie włącz system mikroskopu, przekręć wielofotonowy i otwórz oprogramowanie operacyjne mikroskopu. Umieścić szalkę Petriego zawierającą badaną próbkę pod obiektywem i opuścić obiektyw mikroskopu.Włącz tryb skanowania na żywo. Przesuń obiektyw do rogu próbki za pomocą pokręteł na panelu inteligentnym i kliknij symbol pozycji znacznika w panelu Skanowanie kafelków. Jeśli zostanie to wykonane poprawnie, siatka ze wszystkimi wybranymi kafelkami do obrazowania pojawi się na pomarańczowo.Następnie kliknij przycisk Start w prawym dolnym rogu ekranu, aby utworzyć skan kafelków całej powierzchni próbki w celu uzyskania przeglądu geometrii próbki. Po zeskanowaniu kafelków zwróć uwagę na współrzędne X i Y w lewym górnym rogu lewego górnego kafelka w panelu Skanowanie kafelków, który zostanie wyświetlony automatycznie. Zanotuj te współrzędne w arkuszu kalkulacyjnym.W panelu Skanowanie kafelków obserwuj liczbę kafelków w kierunkach X i Y w polu o nazwie ScanField. Zwróć uwagę na rozmiar skanu kafelka w arkuszu kalkulacyjnym. Oblicz współrzędne innych kafelków, dodając lub odejmując rozmiar kafelka.Ze skanowania kafelków wybierz kafelki, które mają być obrazowane za pomocą drugiej generacji harmonicznych lub obrazowania SHG. Przy wyborze unikaj płytek w zaciskach i pozostaw jedną płytkę między każdą wybraną płytką zarówno w kierunku wzdłużnym, jak i obwodowym. Następnie określ lokalizację kafelków, które mają zostać zobrazowane, korzystając ze współrzędnych obliczonych w tym arkuszu kalkulacyjnym.Wypełnij współrzędne w wyznaczonych polach i kliknij Enter, aby cel przeniósł się na prawy kafelek. Włącz tryb skanowania na żywo. Zwiększ moc lasera wielofotonowego lub MP za pomocą suwaka w górnym panelu i ustawień ścieżki wiązki, aby uzyskać najwyższą możliwą moc lasera bez znacznego wybielania.Następnie dostosuj wzmocnienie detektora, aby uzyskać jasne obrazy bez nasyconych pikseli, za pomocą pokrętła na inteligentnym panelu lub klikając w nazwę detektora oraz ustawienia ścieżki wiązki i dodatkowych kanałów. Typowe wartości wzmocnienia detektora wynoszą od 500 do 800 woltów. Użyj pokrętła pozycji Z na inteligentnym panelu, aby wyregulować płaszczyznę ostrości.Następnie przejdź do górnej części próbki i ustaw pozycje górnej części stosu Z, klikając grot strzałki w panelu stosu Z na karcie Akwizycja z trzeciego panelu. Następnie skoncentruj się na próbce, aż sygnał SHG przestanie być wykrywany. Ponownie kliknij grot strzałki w panelu Z-stack, aby ustawić tę pozycję.Po zakończeniu wyłącz tryb skanowania na żywo. Na karcie Akwizycja w drugim panelu utrzymuj prędkość skanowania na poziomie 400 herców, ustaw średnią linii na dwa, a rozdzielczość na 512 na 512 pikseli na obraz, korzystając z list rozwijanych. Włącz przycisk Dwukierunkowe skanowanie X.Kliknij rozmiar kroku z w panelu stosu Z i wypełnij rozmiar kroku z wynoszący trzy mikrony w polu. Kliknij Start w prawym dolnym rogu ekranu, aby utworzyć stos Z. Po zakończeniu zapisz współrzędne kafelka w nazwie pliku lub nadaj każdemu kafelkowi jego numer.Po zobrazowaniu próbka poddawana jest badaniom mechanicznym. Aby wygenerować wzór szpachlówki, przytrzymaj aerograf wypełniony barwnikiem tkankowym w odległości około 30 centymetrów od badanej próbki i spryskaj nim powierzchnię światła. Następnie, w przypadku jednoosiowej próby rozciągania, umieść próbkę w zaciskach testera rozciągania tak, aby kierunek obwodowy próbki był wyrównany z kierunkiem rozciągania przy rozciąganiu, a stroną świetlną próbki była skierowana do góry.Upewnij się, że początkowa długość miernika jest ustawiona tak, aby stosunek szerokości do długości paska był mniejszy niż jeden. Dokręć uchwytów, dokręcając śrubometrem o wartości 20 centyniunometrów za pomocą śrubokręta dynamometrycznego. Dodać PBS do łaźni grzewczej, aż próbka zostanie zanurzona.Rozerwij ogniwo obciążnikowe i rozpocznij rejestrowanie globalnych pomiarów siły i przemieszczenia z ogniwa obciążnikowego i siłownika testera rozciągania. Wyprostuj próbkę, stosując wstępne rozciąganie o wartości 0,05 niutona, aby pozbyć się luzu w próbce. Wykonaj 10 cykli kondycjonowania wstępnego, z naprężeniem do 10%, w oparciu o pomiar długości miernika przez siłownik po zastosowaniu wstępnego rozciągania.Rozpocznij jednoosiową próbę rozciągania aż do całkowitego uszkodzenia próbki, jednocześnie nagrywając film z deformacji próbki za pomocą szybkiej kamery. Po awarii przestań rejestrować globalne pomiary siły i przemieszczenia. Otwórz stosy Z uzyskane podczas mikroskopii wielofotonowej (MPM) z SHG na obrazie J i utwórz projekcje maksymalnej intensywności lub MIP dla każdego stosu Z.Przeanalizuj każdy MIP za pomocą narzędzia do analizy orientacji włókien opartego na oprogramowaniu open source MATLAB, aby zmierzyć kąt orientacji poszczególnych włókien kolagenowych obecnych w płytkach. Użyj innego narzędzia opartego na MATLAB, FibLab, aby dopasować rozkład Gaussa do histogramu rozkładu kątów. Z wykresu rozkładu Gaussa wyodrębnij parametry strukturalne, takie jak dominujący kąt włókna, który jest trybem rozkładu, odchylenie standardowe rozkładu kąta włókna i frakcja anizotropowa.Przeprowadź oględziny obrazów z kamery, aby zidentyfikować klatkę, w której następuje inicjacja pęknięcia. Wizualnie zidentyfikuj miejsce pęknięcia. Wykonaj analizę cyfrowej korelacji obrazu (DIC) za pomocą oprogramowania ncorr opartego na MATLAB, korzystając z obrazów z kamery zarejestrowanych podczas próby rozciągania.Zaznacz ostatnią klatkę przed ostatecznym rozciąganiem aż do niepowodzenia jako obraz referencyjny. Dla bieżących obrazów wybierz wszystkie obrazy od początku końcowego rozciągania do ostatniej klatki przed klatką, w której nastąpiło zainicjowanie zerwania. Wybierz przykładową powierzchnię jako obszar zainteresowania lub ROI.Wyklucz obszary, które znajdują się w pobliżu zacisków. Wykonaj DIC, ustawiając promień podzbioru parametru na 30 pikseli, odstępy między podzbiorami na trzy piksele, odcięcie iteracji na 50, normę odcięcia wektora różnicy na 10 do potęgi pięciu, promień odkształcenia na pięć i krok autopropagacji na pięć. Z analizy DIC za pomocą ncorr uzyskaj rozkłady odkształceń Greena-LaGrange'a lub Eulera ROI.Użyj tych rozkładów odkształceń, aby obliczyć średnie odkształcenie Greena-LaGrange'a na całej powierzchni próbki płytki nazębnej w ostatniej klatce przed pęknięciem. Oblicz odkształcenie Greena-LaGrange'a w miejscu pęknięcia. Korzystając z naturalnych punktów orientacyjnych w próbce testowej, nałóż obraz referencyjny i skan płytki, aby zidentyfikować miejsce pęknięcia na skanie płytki.Zidentyfikuj płytkę MPM-SHG, w której nastąpiło pęknięcie. Jeśli pęknięcie nie znajduje się na kafelku zeskanowanym za pomocą MPM-SHG, zidentyfikuj płytkę znajdującą się najbliżej miejsca pęknięcia. Uzyskaj parametry konstrukcyjne znalezione na płytce, na której nastąpiło pęknięcie.Pokazano tutaj świeżą i nienaruszoną próbkę płytki nazębnej z niewielkimi lub żadnymi rozdarciami i makrozwapnieniami. Próbki płytki nazębnej mogą być pobierane z obszarów, które nie obejmują tych rozdarć i zwapnień. Obrazowanie SHG i przetwarzanie końcowe obrazu zapewniają MIP-y z każdego obrazowanego kafelka.Dalsza obróbka końcowa poprzez detekcję włókien daje histogramy orientacji włókien, z których można wyodrębnić parametry strukturalne kolagenu. Ponadto do analizy wizualnej uzyskuje się mapy barwne przedstawiające lokalne parametry strukturalne kolagenu w całej próbce płytki nazębnej. Z tych próbek testowych zaobserwowano dużą zmienność parametrów strukturalnych kolagenu w obrębie próby.Wykazano tutaj inicjację pęknięcia i propagację w próbce tkanki blaszki miażdżycowej podczas próby rozciągania. Cyfrowa analiza korelacji obrazu zapewnia lokalne mapy deformacji tkanek, takie jak mapy odkształceń Greena-LaGrange'a. Na podstawie tych map szczepów zaobserwowano dużą zmienność w obrębie próbki w lokalnych szczepach.Po zidentyfikowaniu miejsca pęknięcia na nagraniach z kamery, można je odwzorować z powrotem na obraz referencyjny z kamery i skan kafelka mikroskopowego. W ten sposób otrzymujemy płytkę MPM-SHG, w której nastąpiło pęknięcie i parametry konstrukcyjne znajdujące się na tej płytce. Uzyskanie próbek tkanek włóknistych, które są wolne od zwapnień i mają wystarczająco duży rozmiar, aby można je było poddać testom mechanicznym, może być trudnym zadaniem w przypadku silnie zwapnionych blaszek.Po zidentyfikowaniu cechy mechanicznej lub strukturalnej jako predyktora niewydolności tkanki płytki nazębnej, system obrazowania in vivo mierzący tę cechę pozwoli przewidzieć ryzyko pęknięcia blaszki miażdżycowej u pacjentów.

a-method-to-study-correlation-between-local-collagen-structure

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Opisujemy procedury ilościowego określania i charakteryzowania zmian miażdżycowych w modelach mysich, wykorzystując precyzyjne przekroje zatoki aortalnej aorty i aorty wstępującej w połączeniu z analizą histochemiczną i immunohistochemiczną.

Analiza ilościowa i charakterystyka zmian miażdżycowych w mysiej zatoce aortalnej

Prezentujemy w tym artykule nowatorską platformę rozciągającą, która może być wykorzystana do badania reakcji pojedynczych komórek na złożone anizotropowe dwuosiowe deformacje mechaniczne i ilościowego określania właściwości mechanicznych tkanek biologicznych.

Nowatorska platforma do rozciągania do zastosowań w mechanobiologii komórek i tkanek

Opisujemy użycie cyfrowej korelacji obrazu do scharakteryzowania lokalnego pola odkształcenia powierzchniowego na próbkach tkanki naczyniowej poddanych jednoosiowej próbie rozciągania. Pomiary te ułatwiają precyzyjną kwantyfikację reakcji mechanicznej próbki i generowanie konstytutywnych relacji naprężenie-odkształcenie.

Wykorzystanie cyfrowej korelacji obrazów do scharakteryzowania lokalnych szczepów na próbkach tkanki naczyniowej

Opisujemy równoczesne testy mechaniczne i obrazowanie 3D ściany tętniczej izolowanych, żywych tętnic oporowych człowieka, a także analizy obrazów Fiji i Ilastik w celu ilościowego określenia organizacji przestrzennej elastyny i kolagenu oraz gęstości objętościowej. Omówiono wykorzystanie tych danych w modelach matematycznych mechaniki ścian tętnic.

Ocena mikroarchitektury zależnej od ciśnienia kolagenu i elastyny w żywych, ludzkich tętnicach oporowych za pomocą bezznacznikowej mikroskopii fluorescencyjnej

Proponujemy ustandaryzowany protokół do scharakteryzowania składu komórkowego późnych zmian miażdżycowych u myszy, w tym systematyczne metody preparacji zwierząt, osadzania tkanek, cięcia, barwienia i analizy tętnic ramienno-głowowych od myszy śledzących linię komórek mięśni gładkich w atheroprone.

Analiza ilościowa składu komórkowego w zaawansowanych zmianach miażdżycowych myszy śledzących linię komórek mięśni gładkich

Mysie modele miażdżycy są użytecznymi narzędziami do badania szlaków patogennych na poziomie molekularnym, ale wymagają standaryzowanej kwantyfikacji rozwoju zmian. Protokół ten opisuje zoptymalizowaną metodę określania wielkości zmiany w głównych naczyniach tętniczych, w tym w korzeniu aorty, łuku aortalnym i tętnicy ramienno-głowowej.

Kwantyfikacja miażdżycy u myszy

Istnieje potrzeba określenia, które zmiany miażdżycowe będą postępować w unaczynieniu wieńcowym, aby kierować interwencją przed wystąpieniem zawału mięśnia sercowego. W tym artykule przedstawiono biomechaniczne modelowanie tętnic za pomocą optycznej tomografii koherentnej przy użyciu technik interakcji płyn-struktura w komercyjnym solverze elementów skończonych, aby pomóc przewidzieć tę progresję.

Optyczna tomografia koherentna Biomechaniczna analiza interakcji płyn-struktura progresji miażdżycy tętnic wieńcowych

Obrazy ultrasonograficzne in vivo cine pokazują ruch przekroju poprzecznego naczyń wieńcowych odpowiadający różnym warunkom obciążenia ciśnieniem. Opierając się na modelu elementów skończonych, zastosowano schemat iteracyjny w celu określenia specyficznych dla pacjenta właściwości mechanicznych tętnic wieńcowych in vivo, dopasowując ruch naczyń wieńcowych na podstawie modelu obliczeniowego i obrazów medycznych.

Wewnątrznaczyniowe podejście do modelowania elementów skończonych oparte na obrazach ultrasonograficznych do ilościowego określania in vivo właściwości mechanicznych ludzkiej tętnicy wieńcowej

Ten protokół dostarcza kompleksową metodologię analizy ilościowej blaszek miażdżycowych, aby ułatwić bardziej dogłębne badania nad mechanizmami i postępem miażdżycy.

Izolacja i analiza zmian łuku aorty i korzeni w mysim modelu miażdżycowym

Zaprojektowano cykliczny bioreaktor ciśnieniowy, który umożliwia poddawanie tkanki zastawek serca fizjologicznym oraz patologicznym warunkom ciśnieniowym. Program LabVIEW pozwala użytkownikom na kontrolowanie wartości, amplitudy oraz częstotliwości ciśnienia. Urządzenie to może być wykorzystywane do badania mechanobiologii tkanki zastawek serca lub izolowanych komórek.

Projekt cyklicznego bioreaktora ciśnieniowego do badań ex vivo zastawek tętniczych serca

Poznaj metodę korelacji lokalnej struktury kolagenu z właściwościami mechanicznymi tkanki blaszki miażdżycowej. Technika łączy mikroskopię wielofotonową z testowaniem rozciągającym, umożliwiając przewidywanie ryzyka pęknięcia.

Metoda badania korelacji między lokalną strukturą kolagenu a właściwościami mechanicznymi tkanki włóknistej blaszki miażdżycowej (Wideo) | JoVE Journal

Metoda badania korelacji między lokalną strukturą kolagenu a właściwościami mechanicznymi tkanki włóknistej blaszki miażdżycowej

Przeglądaj więcej filmów