Визуализация светового листа для выявления структуры сердца в сердцах грызунов
29 марта 2024 г.
В протоколе используется передовая световая микроскопия наряду с адаптированными методами очистки тканей для исследования сложных сердечных структур в сердцах грызунов, что имеет большой потенциал для понимания морфогенеза и ремоделирования сердца.
Наше исследование направлено на настройку системы визуализации светового листа для изучения структур миокарда интактного сердца грызунов на клеточном уровне. Мы разработали рабочий процесс для исследования интактного миокарда с изотропным разрешением на микронном уровне от новорожденного до сердца взрослых грызунов. Наше исследование заполняет пробел в изучении сложных микроструктур миокарда, таких как трабекуляция, внутри интактных желудочков с высоким пространственным разрешением.
Эта стратегия визуализации обеспечивает отправную точку для оценки микроструктуры без физического разреза, что приводит к более глубокому пониманию развития сердца и ремоделирования. Мы сосредоточимся на изучении структурных изменений миокарда в ответ на повреждение сердца и ремоделирование.
Обзор
В данном исследовании была модифицирована система визуализации методом светового листа для изучения структур миокарда в целом сердце грызунов на клеточном уровне. Разработанный рабочий процесс позволяет исследовать миокард с изотропным разрешением, что способствует более глубокому пониманию развития и ремоделирования сердца.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Визуализация сердца
- Микроскопия светового листа
- Морфогенез сердца
Теоретическая часть
- Исследование микроструктур миокарда имеет решающее значение для понимания здоровья сердца.
- Традиционные методы предполагают физическое нарезание, что может привести к потере микроструктурных деталей.
- Лист-сканирующая микроскопия представляет собой неинвазивную альтернативу для получения изображений с высоким разрешением.
- Данное исследование сосредоточено как на сердцах новорожденных, так и на сердцах взрослых грызунов.
Цель исследования
- Изучение структурных изменений миокарда, вызванных повреждением и ремоделированием сердца.
- Получение данных о морфогенезе сердца.
- Оценка микроструктур миокарда без физического срезания.
Используемые методы
- Модифицированная система светолистной микроскопии.
- Заливка сердец мышей в агарозу.
- Обработка 20% раствором метанола для просветления тканей.
- Визуализация с высоким пространственным разрешением на стадиях от новорожденных до взрослых особей.
Основные результаты
- Успешная визуализация сложных структур миокарда.
- Углубленное понимание процесса трабекуляции в целостных желудочках.
- Данные о реакции миокарда на повреждение.
- Продемонстрированное изотропное разрешение на микронном уровне.
Выводы
- Данная стратегия визуализации позволяет детально оценить микроструктуры сердца.
- Она создает основу для будущих исследований ремоделирования сердца.
- Этот подход может привести к достижениям в исследованиях здоровья сердечно-сосудистой системы.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Светолистная микроскопия высокого разрешения целых сердец грызунов обеспечивает беспрецедентную визуализацию микроархитектуры сердца, что способствует механистическому снижению рисков на ранних этапах поиска мишеней для терапии сердечно-сосудистых заболеваний. Данная платформа предоставляет количественные волюметрические данные, имеющие решающее значение для подтверждения структурных гипотез и обоснования трансляционных моделей ремоделирования сердца. Интеграция передовых методов просветления тканей и протоколов визуализации повышает точность прогнозов в ключевых точках принятия решений в портфелях исследований и разработок в области сердечно-сосудистых заболеваний.
Стратегическое применение в исследованиях и разработках биофармацевтики
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет проверять гипотезы о структуре сердца в интактной ткани без появления артефактов секционирования.
- Поддерживает функциональную валидацию мишеней, выявляя микроструктурное ремоделирование в ответ на повреждение.
- Способствует снижению механистических рисков, обеспечивая изотропное разрешение на клеточном уровне по всему сердцу.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных очищенных образцов сердца для воспроизводимых анализов на основе визуализации.
- Стандартизация результатов визуализации с помощью автоматизированной сшивки плиток (тайлов) и многоракурсowej деконволюции.
- Получение количественных высококонтрастных наборов данных, подходящих для последующего анализа изображений и скрининга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет результаты структурной визуализации с моделями повреждения и ремоделирования сердца, имеющими значение для конкретных заболеваний.
- Обеспечивает преемственность между структурными данными, полученными на этапе поиска, и доклинической валидацией терапевтических гипотез.
- Поддерживает переход к следующим этапам с учетом рисков путем количественной оценки фенотипов ремоделирования в трансляционно значимых системах.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный рабочий процесс визуализации связывает этап ранних открытий с доклиническими исследованиями, предоставляя количественные структурные данные с высоким содержанием информации, полученные из целых сердец грызунов.
- Биология открытий: Обеспечивает проверку гипотез и уточнение путей за счет визуализации микроструктурных изменений in situ.
- Скрининг: Предоставляет воспроизводимые количественные результаты визуализации для сравнительного анализа различных экспериментальных условий.
- Аналитика: Позволяет проводить волюметрические измерения и статистические сравнения архитектуры сердца.
- Трансляционные исследования: Способствует сопоставлению фенотипов визуализации с доклиническими моделями сердечных заболеваний.
- Корпоративное повторное использование: Создает масштабируемую, многократно используемую платформу визуализации для различных программ сердечно-сосудистых исследований.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозов и снижает неопределенность при валидации кардиальных мишеней.
- Операционная ценность: стандартизирует процессы визуализации и анализа для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости.
- Стратегическая ценность: служит основой для принятия решений о продолжении или прекращении разработки благодаря предоставлению надежных количественных структурных конечных точек.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритезацию сердечно-сосудистых активов с учетом рисков на основе понимания механизмов действия.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области просветления тканей, современной микроскопии и анализа изображений.
- Необходим доступ к специализированным системам светолистной микроскопии и вычислительной инфраструктуре для обработки данных.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов визуализации и форматов данных.
- Может потребоваться адаптация метода для различных моделей грызунов или состояний сердечных заболеваний.
- При планировании рабочего процесса следует учитывать время обработки и вычислительную нагрузку при деконволюции многоракурсных изображений.
