Este protocolo apresenta um pipeline abrangente para analisar amostras obtidas de corações humanos que abrangem as escalas microscópica e macroscópica.
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Artigo de método
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Este protocolo apresenta um pipeline abrangente para analisar amostras obtidas de corações humanos que abrangem as escalas microscópica e macroscópica.
O estudo detalhado de corações humanos sem falha rejeitados para transplante oferece uma oportunidade única de realizar análises estruturais em escalas microscópicas e macroscópicas. Essas técnicas incluem limpeza de tecido (imagem tridimensional (3D) habilitada para imunomarcação modificada de órgãos limpos com solvente) e coloração imuno-histoquímica. Os procedimentos de exame mesoscópico incluem dissecção estereoscópica e tomografia computadorizada (TC). Os procedimentos de exame macroscópico incluem dissecção macroscópica, fotografia (incluindo anáglifos e fotogrametria), tomografia computadorizada e impressão 3D do coração dissecado física ou virtualmente ou inteiro. Antes do exame macroscópico, a fixação por pressão-perfusão pode ser realizada para manter a arquitetura 3D e a morfologia fisiologicamente relevante do coração. A aplicação dessas técnicas em combinação para estudar o coração humano é única e crucial para entender a relação entre características anatômicas distintas, como vasculatura coronária e inervação miocárdica, no contexto da arquitetura 3D do coração. Este protocolo descreve as metodologias em detalhes e inclui resultados representativos para ilustrar o progresso na pesquisa da anatomia cardíaca humana.
Como a função segue a forma, entender a arquitetura do coração é fundamental para a apreciação de sua fisiologia. Embora inúmeras investigações tenham revelado a anatomia cardíaca de micro a macroescalas 1,2,3, várias questões permanecem sem solução, especialmente aquelas relacionadas à anatomia cardíaca humana. Isso ocorre em parte porque os estudos básicos com foco na anatomia funcional geralmente utilizaram corações de animais 4,5,6, que muitas vezes são distintos dos corações humanos 1,7,8. Além disso, cada estudo individual, mesmo aqueles que usam amostras de coração humano, tende a se concentrar em estruturas muito específicas, o que dificulta a aplicação dos achados no contexto de todo o coração. Isso é ainda mais verdade se as estruturas focadas estiverem em micro ou mesoescalas, como o perínexo9 e os plexos ganglionares10.
Nesse contexto, o estudo estrutural sistêmico do coração humano rejeitado para transplante oferece uma oportunidade única e rara de obter um atlas abrangente das estruturas cardíacas em foco em escalas microscópicas e macroscópicas11. Os protocolos de exame microscópico incluem limpeza de tecido (imagem tridimensional (3D) habilitada para imunomarcação modificada de órgãos eliminados com solvente, iDISCO+)12,13 e coloração imuno-histoquímica. Os protocolos de exame mesoscópico incluem dissecção estereoscópica, macrofotografia e tomografia computadorizada (TC). Os protocolos de exame macroscópico incluem dissecção macroscópica14, fotografia (incluindo anáglifos e fotogrametria) 15 , 16 , 17 , tomografia computadorizada , dissecção virtual18 e impressão 3D do coração dissecado física ou virtualmente ou inteiro17. Na preparação para o exame macroscópico, a fixação por pressão-perfusão é realizada para manter a arquitetura 3D e a morfologia fisiologicamente relevante do coração 14,19,20,21. A aplicação combinada dessas técnicas é única e crucial para correlacionar características anatômicas distintas no contexto da arquitetura 3D do coração humano.
Como a oportunidade de obter uma amostra de coração humano não patológico é extremamente limitada, uma abordagem multiescala descrita aqui maximiza o uso da amostra. Ao aplicar vários procedimentos descritos abaixo, os resultados representativos ilustrarão ao leitor como os achados podem ser utilizados para múltiplos propósitos, incluindo descoberta em pesquisa científica11 (análises abrangentes da inervação cardíaca, distribuição dos plexos ganglionares), melhoria dos procedimentos clínicos (simulação para abordagens cirúrgicas e intervencionistas) e educação anatômica (demonstração 3D real da anatomia cardíaca).
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Este estudo usou amostras de tecido não identificadas coletadas de corações humanos de doadores sem falha e foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA). As amostras foram obtidas de corações sem falha que foram rejeitados para transplante. Os corações foram perfundidos por pressão, fixados em paraformaldeído a 4% (PFA) e fotografados antes do processamento do tecido pelos seguintes métodos. A Figura 1 resume o fluxograma da ordem do estudo. Os detalhes dos reagentes e do equipamento utilizado no estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Exame em microescala
2. Exame em mesoescala
3. Exame em escala macro
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Exames em microescala
A aplicação de limpeza de tecido permite a aquisição de imagens de grandes volumes de tecido em 3D usando microscopia confocal. No coração, podem ser visualizados gânglios contendo neurônios cardíacos e o padrão neural da inervação miocárdica (Figura 2). A Figura 3 mostra uma imagem confocal do miocárdio do ventrículo esquerdo humano imunomarcado para nervos e células musculares lisas. Observa-se que os vasos sanguíneos ...
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O presente estudo demonstra o pipeline abrangente para analisar amostras obtidas de corações humanos inteiros. Os resultados representativos mostram exames anatômicos em micro a macroescala realizados rotineiramente em um único coração. Como uma amostra de coração humano é extremamente preciosa, uma abordagem em várias escalas é ideal e eficaz para não desperdiçar nenhuma parte da amostra aplicando vários protocolos para vários fins, incluindo descoberta em pesquisa científica, melhoria de procedimentos clínicos e educaç...
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Agradecemos às pessoas que doaram seus corpos para o avanço da educação e da pesquisa. Somos gratos à Fundação OneLegacy, que formou a base para a obtenção de corações de doadores para pesquisa. Também somos gratos a Anthony A. Smithson e Arvin Roque-Verdeflor, do Centro de Imagens de Pesquisa Translacional da UCLA (Departamento de Radiologia), por seu apoio na aquisição de dados de TC. Este projeto foi apoiado pelo Projeto UCLA Amara Yad. Somos gratos aos Drs. Kalyanam Shivkumar e Olujimi A. Ajijola por estabelecer e manter um pipeline do coração humano para pesquisa. Agradecemos à nossa Gerente de Operações de Pesquisa, Amiksha S. Gandhi, por sua dedicação em apoiar nossos projetos. Este trabalho foi possível graças ao apoio das bolsas do NIH OT2OD023848 & P01 HL164311 e Leducq 23CVD04 para Kalyanam Shivkumar, o Prêmio de Desenvolvimento de Carreira da American Heart Association 23CDA1039446 para PH e o Projeto UCLA Amara-Yad (https://www.uclahealth.org/medical-services/heart/arrhythmia/about-us/amara-yad-project). O scanner GNEXT microPET/CT usado neste estudo foi financiado por uma bolsa de instrumentação compartilhada do NIH para pesquisa animal (1 S10 OD026917-01A1).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 1x Solução salina tamponada com fosfato | Sigma-Aldrich | P3813 | |
| 3D Viewer | Microsoft | ||
| 647 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 711-605-152 | |
| 647 AffiniPure Donkey Anti-Sheep IgG | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 713-605-147 | |
| AF Micro-NIKKOR 200 mm f/4D IF-ED lente | Nikon | ||
| Anti-Actin, α-Smooth Muscle - Anticorpo Cy3 | Sigma-Aldrich | C6198 | |
| (100x EDTA Buffer, pH 8.0) | Abcam | ab93680 | |
| Anti-PGP9.5 (produto gênico de proteína 9.5) | Abcam | ab108986 | |
| Anti-TH (tirosina hidroxiilase) | Abcam | ab1542 | |
| Anti-VAChT (transportador vesicular de acetilcolina) | Sistemas sinápticos | 139 103 | |
| Éter benzílico | Sigma-Aldrich | 108014 | |
| Albumina de soro bovino | Sigma-Aldrich | A4503-10G | |
| NinjaTek | de 1,75 mm | ||
| , 22 mm x 30 mm, n.º 1.5 | VWR | 48393 151 | |
| Cy3 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 711-165-152 | |
| Diclorometano | Sigma-Aldrich | 270997-100ML | |
| Dimetilsulfóxido | Sigma-Aldrich | D8418-500ML | |
| Etanol, 100% | Decon laboratórios | 2701 | |
| Glicina | Sigma-Aldrich | G7126-500G | |
| GNEXT PET/CT | SOFIE Biosciences | ||
| Sal de heparina sódica da mucosa intestinal suína | Sigma-Aldrich | H3149-50KU | |
| Histodenz | Sigma-Aldrich | D2158-100G | |
| Solução de peróxido de hidrogênio | Sigma-Aldrich | H1009-500ML | |
| Software de imagem | Zeiss | ZEN (edição preta) | |
| Software de imagem | Oxford Instruments | Imaris 10 | |
| iSpacer | Sunjin Labs | iSpacer 3mm | |
| KIRI Engine | KIRI Innovation | ||
| Microscópio confocal de varredura a laser | Zeiss | LSM 880 | |
| LEAD-2 - Vertical & Bomba Peristáltica Multi-canais | LONGER | ||
| Lightview XL | Brightech | ||
| Metanol (Certificado ACS) | Fischer Scientific | A412-4 | |
| Nikon D850 | Nikon | ||
| NinjaTek NinjaFlex TPU @MK4 | NinjaTek | ||
| Soro de burro normal | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 017-000-121 | |
| Original Prusa MK4 impressora 3D | Prusa Research | ||
| Caneta PAP | Abcam | ab2601 | |
| Paraformaldeído, 32% | Microscopia Eletrônica Ciências | 15714-S | |
| Polycam Polycam | |||
| Anticorpo | |||
| PrusaSlicer 2.7.1 | Prusa Research | ||
| SARA-Engine | pita4 mobile LLC | ||
| Anticorpo secundário Scaniverse | Niantic | ||
| SlowFade Gold Antiface Mountant | Invitrogen | S36936 | |
| Azida de sódio, 5% (p/v) | Ricca Chemical Company | 7144.8-32 | |
| SOMATOM Definição AS | Telescópios Siemens Healthcare | ||
| Designs para | |||
| SZ61 | OLYMPUS | ||
| StereoPhoto Maker | Free ware desenvolvido por Masuji Suto | ||
| Superfrost Plus Lâminas de Microscópio, Pré-limpas | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787-50ML | |
| Tween-20 | Sigma-Aldrich | P9416-100ML | |
| Xylene | Sigma-Aldrich | 534056-4L | |
| Ziostation2 | Ziosoft, AMIN |
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