Объемная визуализация необходима для точных исследований физиологии и заболеваний сердечно-сосудистой системы. Количественная визуализация позволяет получать стеки изображений с высоким разрешением и неповрежденными объемными размерами. Образцы должны быть сохранены для сохранения их морфологии in vivo и объема люмена, а также визуализированы с равномерным высоким разрешением. С помощью стеков изображений с высоким разрешением пользователь может создавать трехмерные визуализации сосудов с высокой точностью, которые позволяют полностью отобразить формы, структуру и связность сосудов1.
Сердечно-сосудистые структуры обладают сложными трехмерными анатомическими особенностями, которые не могут быть точно зафиксированы при их рассмотрении через двухмерную, разрозненную линзу. Широкоугольная морфологическая визуализация и гистологические срезы стереоскопа недостаточны для фиксации сложных трехмерных вариаций 1,2,3. Изображения микро- и нанокомпьютерной томографии являются золотым стандартом для количественной объемнойвизуализации мелких животных, но не являются широко доступными или принятыми в биологическом сообществе. Последние инновации в области очищения тканей и микроскопии всего органа/мелких животных позволили количественно применять методы очистки всего массива и мечения сосудов 5,6,7. Очистка тканей работает над гомогенизацией рассеяния света в образцах тканей, тем самым уменьшая задержки в распространении света через среду за счет снижения вероятности рассеяния или поглощения света. Высокая прозрачность требует строгой обработки тканей, которая может повлиять на антигенность или яркость мечения флуоресцентного сигнала8. Световая листовая микроскопия стала быстрым и мощным инструментом визуализации, широко используемым биологами9 и обеспечивающим прирост скорости на несколько порядков по сравнению со сканирующими микроскопами и возможность получения изображений образцов размером более 1 см. С помощью световой флуоресцентной микроскопии (LSFM) лазер освещает поперечное сечение образца с большей скоростью и глубиной по сравнению с конфокальной микроскопией; По этой причине метод требует высокой прозрачности образца.
Здесь авторы адаптируют новейшие методы очистки iDISCO+, сочетая их с эндорисписью10 на животной модели куриного эмбриона, чтобы продемонстрировать эффективность метода от раннего до позднего сердечно-сосудистого развития. iDISCO (трехмерная визуализация органов, очищенных растворителем) — это метод очищения на основе органических растворителей, который, в отличие от методов, основанных на водном очищении, не подвержен артефактам визуализации, вызванным испарением растворителя. iDISCO отличается от iDISCO+ тем, что стадия дегидратации тетрагидрофурана (iDISCO) заменяется более мягкой дегидратацией метанола с последующей стадией экстракции липидов (iDISCO+). К преимуществам метода очистки iDISCO+ относятся иммуномаркировка крупных взрослых образцов и эмбрионов, низкая усадка тканей и высокая прозрачность 8,11. Важно отметить, что iDISCO+ позволяет создавать стеки изображений с высоким разрешением, расширяя традиционные методы иммуномаркировки в биологии для получения информации о больших образцах органов или всего эмбриона, а не ограничиваться выборкой небольших областей, в которых отсутствует информация об организации на уровне всей ткани, как в традиционной гистологии. К недостаткам iDISCO+ можно отнести тот факт, что генетически кодируемые флуоресцентные белки не сохраняются11. Метод эндопокраски тканей был впервые представлен в качестве высокопроизводительного скрининга сердечно-сосудистых пороков с использованием сердец эмбрионов цыплят HH31-HH36, которые были перфузированы 0,5 мг/мл FITC-поли-L-лизина в верхушке левого желудочка. Красителю давали скрепиться в течение 4 мин перед фиксацией и хранением10.
Настоящее исследование показало, что одна и та же концентрация FITC-поли-L-лизина может быть использована для более широкого круга эмбрионов (HH18 - HH34), но было обнаружено, что идеальное время фиксации варьируется (от 5-10 минут) для обеспечения ярко помеченных сосудов. Пользователи данной методики эндо-ДИСКО могут захотеть скорректировать концентрацию красителя (уменьшаясь на 0,1 мг/мл за один раз), если раствор окажется слишком вязким для маркировки всех желаемых сосудов, но рекомендуется сначала отрегулировать время фиксации и оптимизировать мышечное сокращение левого желудочка, прежде чем регулировать концентрацию красителя. Авторы попытались провести эндоокрашивание с концентрацией 0,1 мг/мл и обнаружили, что, хотя краситель легче распространяется по мелким сосудам, он легче смывается при перфузии PFA. Авторы показывают, что стеки изображений с высоким разрешением, созданные с помощью настоящего метода, имеют достаточное качество для компьютерного гемодинамического моделирования. Пути кровотока и соответствующие гемодинамические силы, включая распределение напряжений давления и сдвига стенки, протекают в сложных локализованных структурах, которые могут быть разрешены только с помощью вычислительного моделирования потока 1,12. Эти биомеханические силы влияют на поведение прилегающих сердечно-сосудистых тканей и запускают сосудистую адаптацию, рост и ремоделирование13. Понимание значений локальной гемодинамической силы проливает критический свет на механистические регуляторы сердечно-сосудистой функции и инициации или прогрессирования заболевания2.