Мы предоставляем пошаговый протокол для иммунофлуоресцентного окрашивания синоатриального узла (SAN) и атриовентрикулярного узла (AVN) в сердцах мышей.
Методическая статья
Мы предоставляем пошаговый протокол для иммунофлуоресцентного окрашивания синоатриального узла (SAN) и атриовентрикулярного узла (AVN) в сердцах мышей.
Электрический сигнал, физиологически генерируемый клетками кардиостимулятора в синоатриальном узле (SAN), проводится через проводящую систему, которая включает в себя атриовентрикулярный узел (AVN), чтобы обеспечить возбуждение и сокращение всего сердца. Любая дисфункция SAN или AVN приводит к аритмиям, что указывает на их фундаментальную роль в электрофизиологии и аритмогенезе. Мышиные модели широко используются в исследованиях аритмии, но конкретное исследование SAN и AVN остается сложным.
SAN расположен на стыке crista terminalis с верхней полой веной, а AVN расположен на вершине треугольника Коха, образованного отверстием коронарного синуса, трикуспидальным кольцом и сухожилием Тодаро. Однако из-за небольших размеров визуализация с помощью обычной гистологии остается сложной задачей и не позволяет изучать SAN и AVN в их 3D-среде.
Здесь мы описываем цельномонтный иммунофлуоресцентный подход, который позволяет локально визуализировать меченые мыши SAN и AVN. Полноразмерное иммунофлуоресцентное окрашивание предназначено для небольших участков ткани без необходимости ручного сечения. С этой целью сердце мыши рассекают, удаляют нежелательные ткани с последующей фиксацией, пермеабилизацией и блокировкой. Затем клетки проводящей системы внутри SAN и AVN окрашивают антителом против HCN4. Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия и обработка изображений позволяют дифференцировать узловые клетки и работающие кардиомиоциты, а также четко локализовать SAN и AVN. Кроме того, дополнительные антитела могут быть объединены для маркировки других типов клеток, таких как нервные волокна.
По сравнению с традиционной иммуногистологией, полноразмерное иммунофлуоресцентное окрашивание сохраняет анатомическую целостность сердечной проводящей системы, что позволяет исследовать AVN; особенно в их анатомии и взаимодействиях с окружающими рабочими клетками миокарда и немиоцитарными клетками.
Аритмии являются распространенными заболеваниями, поражающими миллионы людей, и являются причиной значительной заболеваемости и смертности во всем мире. Несмотря на огромные успехи в лечении и профилактике, такие как разработка кардиостимуляторов, лечение аритмий остается сложным, в первую очередь из-за очень ограниченных знаний о механизмах основного заболевания 1,2,3. Лучшее понимание как нормальной электрофизиологии, так и патофизиологии аритмий может помочь разработать новые, инновационные и причинно-следственные стратегии лечения в будущем. Кроме того, для всестороннего изучения аритмогенеза важно локализовать и визуализировать конкретную систему сердечной проводимости на животных моделях, таких как мыши, поскольку мыши широко используются в электрофизиологических исследованиях.
Основными частями системы сердечной проводимости являются синоатриальный узел (SAN), где электрический импульс генерируется в специализированных клетках кардиостимулятора, и атриовентрикулярный узел (AVN), который является единственным электрическим соединением между предсердиями и желудочками4. Всякий раз, когда электрофизиологические свойства SAN и AVN изменяются, могут возникать аритмии, такие как синдром больного синуса или атриовентрикулярная блокада, которые могут привести к ухудшению гемодинамики, обмороку и даже смерти, и, таким образом, подчеркнуть существенную роль как SAN, так и AVN в электрофизиологии и аритмогенезе5.
Комплексные исследования SAN или AVN требуют точной локализации и визуализации обеих структур, в идеале в их физиологической среде. Однако из-за их небольших размеров и расположения в пределах рабочего миокарда, без установления четкой макроскопически видимой структуры, изучение анатомии и электрофизиологии SAN и AVN является сложной задачей. Анатомические ориентиры могут быть использованы для приблизительной идентификации области, содержащей SAN и AVN 6,7,8. Короче говоря, SAN расположен в межкавалевой области правого предсердия, прилегающей к мышечной crista terminalis (CT), AVN расположен в треугольнике Коха, установленном трикуспидальным клапаном, остиумом коронарного синуса и сухожилием Тодаро. До сих пор эти анатомические ориентиры в основном использовались для локализации, удаления, а затем изучения SAN и AVN как отдельных структур (например, с помощью обычной гистологии). Однако для лучшего понимания сложной электрофизиологии SAN и AVN (например, регуляторных эффектов соседних клеток рабочего миокарда) необходимо изучение проводящих систем в физиологической 3D-среде.
Полноуровневое иммунофлуоресцентное окрашивание представляет собой метод, который используется для изучения анатомических структур in situ при сохранении целостности окружающих тканей9. Используя преимущества конфокальной микроскопии и программного обеспечения для анализа изображений, SAN и AVN могут быть визуализированы с флуоресцентно мечеными антителами, нацеленными на ионные каналы, специально выраженные в этих областях.
Этот следующий протокол объясняет необходимые шаги для выполнения хорошо зарекомендовавшего себя метода окрашивания цельным креплением для локализации и визуализации микроскопов SAN и AVN. В частности, этот протокол описывает, как (1) локализовать SAN и AVN анатомическими ориентирами для подготовки этих образцов к окрашиванию и микроскопическому анализу (2) выполнить полноразмерное иммунофлуоресцентное окрашивание эталонных маркеров HCN4 и Cx43 (3) для подготовки образцов SAN и AVN для конфокальной микроскопии (4) для выполнения конфокальной визуализации SAN и AVN. Мы также описываем, как этот протокол может быть модифицирован, чтобы включить дополнительное окрашивание окружающего рабочего миокарда или немиоцитарных клеток, таких как автономные нервные волокна, что позволяет тщательно исследовать систему сердечной проводимости в сердце.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Уход за животными и все экспериментальные процедуры проводились в соответствии с руководящими принципами Комитета по уходу за животными и этике Мюнхенского университета, а все процедуры, проводимые на мышах, были одобрены правительством Баварии, Мюнхен, Германия (ROB-55.2-2532.Vet_02-16-106, ROB-55.2-2532.Vet_02-19-86). Мыши C57BL6/J были приобретены в лаборатории Джексона.
ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 1 показаны инструменты, необходимые для эксперимента. На рисунке 2 показана иллюстрация грубой анатомии сердца. На рисунке 3 показано расположение SAN и AVN в сердце взрослой мыши. На рисунке 4 показан подготовленный образец, загруженный на конфокальную микроскопию.
1. Препараты
2. Извлечение органов и подготовка тканей
3. Полноразмерное иммунофлуоресцентное окрашивание
4. Конфокальная микроскопия
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Используя протокол, описанный выше, можно надежно выполнить конфокальную микроскопическую визуализацию как SAN, так и AVN. Специфическое окрашивание проводящей системы с использованием флуоресцентных антител, нацеленных на HCN4, и окрашивание рабочего миокарда с использованием флуоресцентных антител, нацеленных на Cx43, позволяет четко идентифицировать SAN (Рисунок 5, Видео 1) и AVN (Рисунок 6, Видео 2
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Анатомия сердца традиционно изучается с использованием тонких гистологических срезов11. Однако эти методы не сохраняют трехмерную структуру проводящей системы и, таким образом, предоставляют только 2D-информацию. Описанный здесь протокол иммунофлуоресцентного окрашивания позволяет преодолеть эти ограничения и может регулярно использоваться для визуализации SAN и AVN.
По сравнению со стандартными методами, такими как традиционная иммуногистохимия, которые требуют встраив...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Эта работа была поддержана Китайским стипендиальным советом (CSC, R. Xia), Немецким центром сердечно-сосудистых исследований (DZHK; 81X2600255 для S. Clauss, 81Z0600206 для S. Kääb), Фондом Короны (S199/10079/2019 для S. Clauss), SFB 914 (проект Z01 для H. Ishikawa-Ankerhold и S. Massberg и проект A10 для C. Schulz), ERA-NET по сердечно-сосудистым заболеваниям (ERA-CVD; 01KL1910 для S. Clauss) и Heinrich-and-Lotte-Mühlfenzl Stiftung (для S. Clauss). Спонсоры не играли никакой роли в подготовке рукописи.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| <сильная>Анестезия | |||
| Изофлурановая система испарителя | Hugo Sachs Elektronik | 34-0458, 34-1030, 73-4911, 34-0415, 73-4910 | Включает в себя индукционную камеру, блок вакуумирования газа и угольные фильтры |
| Модифицированная схема Bain | Hugo Sachs Elektronik | 73-4860 | Включает маску для анестезии для мышей |
| Хирургическая платформа | Kent Scientific | SURGI-M | |
| In vivo инструменты | |||
| Тонкие щипцы | Fine Science Tools | 11295-51 | |
| Ножницы для радужной оболочки | глаза Fine Science Tools | 14084-08 | |
| Пружинные ножницы | Fine Science Tools | 91500-09 | |
| Тканевые щипцы | Fine Science Tools | 11051-10 | |
| Тканевые булавки Fine | Science Tools | 26007-01 | Можно использовать иглы 27G в качестве замены |
| General lab instruments | |||
| Orbital Shaker | Sunlab | D-8040 | |
| Магнитная мешалка | IKA | Правая базовая | |
| пипетка, объем 10 и микро; L, 100 & микро; L, 1000 & микро; L | Микроскопы | ||
| VWR | 10836-004 | ||
| Лазерный сканирующий конфокальный микроскоп | Zeiss | LSM 800 | |
| Software | |||
| Imaris 8.4.2 | Oxford instruments | ||
| ZEN 2.3 SP1 черный | Zeiss | ||
| General Lab Материал | |||
| 0,2 & микро; м шприц фильтр | Sartorius | 17597 | |
| 100 мм чашка | Петри Falcon | 351029 | |
| 27G игла | BD Microlance 3 | 300635 | |
| 50 мл полипропиленовая коническая трубка Falcon | 352070 | ||
| 5мл шприц | Braun | 4606108V | |
| Крышка скользит | Thermo Scientific | 7632160 | |
| Пробирки Eppendorf | Eppendorf | 30121872 | |
| Chemicals | |||
| 0,5 м ЭДТА | Sigma | 20-158 | Компоненты ТЭА |
| 16% раствор формальдегида | Thermo Scientific | 28908 | использовать в качестве 4% раствора |
| Уксусная кислота | Merck | 100063 | компоненты TEA |
| Agarose | Biozym | 850070 | |
| Бычья сыворотка Альбумин | Sigma | A2153-100G | |
| DPBS (1X) Фосфат Дульбекко буферизованный физиологический раствор | Gibco | 14190-094 | |
| Нормальная козья сыворотка | Sigma | NS02L | |
| Сахароза | Sigma | S1888-1kg | |
| Трис-база | Рош | ТРИС-РО | Компоненты TEA |
| Triton X-100 | Sigma | T8787-250мл | разведенные до 1% в PBS |
| Tween 20 | Sigma | P2287-500мл | |
| <сильно>Наркотики | |||
| Фентанил 0,5 мг/10 mL | Braun Melsungen | ||
| Isoflurane 1 мл/мл | Cp-pharma | 31303 | |
| Oxygen 5 л | Linde | 2020175 | Включает регулятор давления |
| Антитела | |||
| Goat anti-Rabbit IgG Alexa Fluor 488 | Технология клеточной сигнализации | #4412 | разбавленная до 1:200 |
| козья антикрысиная IgG Alexa Fluor 647 | Invitrogen | #A-21247 | разбавленная до 1:200 |
| Hoechst 33342, тригидрохлорид, тригидрат (DAPI) | Invitrogen | H3570 | разбавленная до 1:1000 |
| Rabbit Anti-Connexin-43 | Sigma | C6219 | разбавленная до 1:200 |
| Крысиная анти-HCN4 (SHG 1E5) | Invitrogen | MA3-903 | разбавленное до 1:200 |
| <>ПрочноеДругое | |||
| плексигласа | Самостоятельно разработанное и напечатанное на 3D-принтере | ||
| пластилином | Cernit | 49655005 | |
| Silikonpasten, Baysilone | VWR | 291-1220< | |
| strong>Animals | |||
| Mouse, C57BL/6 | Лаборатория Джексона |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешениеAn erratum was issued for: Whole-Mount Immunofluorescence Staining, Confocal Imaging and 3D Reconstruction of the Sinoatrial and Atrioventricular Node in the Mouse. The Authors section was updated from:
Ruibing Xia1,2,3
Julia Vlcek1,2
Julia Bauer1,2,3
Stefan Kääb1,3
Hellen Ishikawa-Ankerhold1,2
Dominic Adam van den Heuvel1,2
Christian Schulz1,2,3
Steffen Massberg1,2,3
Sebastian Clauss1,2,3
1University Hospital Munich, Department of Medicine I, Ludwig Maximilian University Munich
2Walter Brendel Center of Experimental Medicine, Ludwig Maximilian University Munich
3German Center for Cardiovascular Research (DZHK), Partner Site Munich, Munich Heart Alliance
to:
Ruibing Xia1,2,3
Julia Vlcek1,2
Julia Bauer1,2,3
Stefan Kääb1,3
Hellen Ishikawa-Ankerhold1,2
Dominic Adam van den Heuvel1,2
Christian Schulz1,2,3
Steffen Massberg1,2,3
Sebastian Clauss1,2,3
1University Hospital Munich, Department of Medicine I, Ludwig Maximilians University (LMU) Munich
2Institute of Surgical Research at the Walter Brendel Center of Experimental Medicine, University Hospital Munich, Ludwig Maximilians University (LMU) Munich
3German Center for Cardiovascular Research (DZHK), Partner Site Munich, Munich Heart Alliance