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Method Article
该协议描述了双轴力学表征,基于偏振空间频域成像的胶原定量以及三尖瓣小叶的显微解剖。提供的方法阐明了小叶层如何促进整体小叶行为。
三尖瓣(TV)调节未氧化血液从右心房到右心室的单向流动。电视由三张传单组成,每张传单都有独特的机械行为。通过检查三个电视传单之间的这些变化,可以通过检查它们的四个解剖层来进一步理解,即心房(A),海绵(S),纤维化(F)和室状(V)。虽然这些层存在于所有三个电视传单中,但它们的厚度和微观结构成分存在差异,进一步影响它们各自的机械行为。
该协议包括阐明层特异性差异的四个步骤:(i)表征完整电视传单的机械和胶原纤维结构行为,(ii)分离电视传单的复合层(A / S和F / V),(iii)对复合层进行相同的表征,以及(iv)进行 事后操作 组织学评估。这种实验框架独特地允许将完整的TV组织与其每个复合层直接进行比较。因此,可以使用该协议收集有关电视传单的微观结构和生物力学功能的详细信息。这些信息可以潜在地用于开发电视计算模型,旨在为电视疾病的临床治疗提供指导。
电视位于心脏的右心房和右心室之间。在整个心脏周期中,电视通过电视前传单(TVAL),电视后传单(TVPL)和电视隔膜传单(TVSL)的循环打开和关闭来调节单向血流。这些小叶很复杂,有四个不同的解剖层 - 心房(A),海绵(S),纤维(F)和室状(V) - 具有独特的微观结构成分。心房和心室中的弹性蛋白纤维有助于在机械负荷1后将组织恢复到其未变形的几何形状。相反,纤维含有密集的起伏胶原纤维网络,有助于小叶2的承载能力。海绵主要由糖胺聚糖组成,据推测,在心脏瓣膜功能3期间,海绵体能够在小叶层之间剪切。虽然所有三种小叶类型都具有相同的解剖层,但层的厚度和组成比例存在差异,这对小叶特定的机械行为有影响。
研究人员使用平面机械表征,组织形态学评估和胶原纤维结构的光学表征来探索电视传单的性质。例如,平面双轴机械表征试图通过对组织施加垂直位移并记录相关力来模拟生理负荷。由此产生的力 -位移(或应力-拉伸)观察结果显示,所有三个 TV 小叶都表现出非线性、特定于方向的机械行为,在径向组织方向4,5,6 中具有更明显的小叶特异性响应。这些传单特异性行为被认为源于使用标准组织学技术观察到的微观结构性质的差异6,7。此外,二次谐波生成成像6,小角度光散射8和偏振空间频域成像7(pSFDI)旨在了解这些微观结构性质,并显示出胶原纤维取向和纤维压接的小叶特异性差异,这对观察到的组织水平机械行为有影响。这些研究显着推进了我们对组织微观结构及其在组织水平行为中的作用的理解。然而,在实验上连接组织力学和底层微观结构方面仍有许多问题有待解决。
最近,该实验室使用显微解剖技术对分离成两个复合层(A / S和F / V)的电视传单层进行了机械表征9。早期的工作突出了各层机械性能的差异,并有助于深入了解分层微观结构如何促进组织机械行为。虽然这项研究提高了我们对电视传单微观结构的理解,但该技术有几个局限性。首先,复合层的性质没有直接与完整组织进行比较,导致对力学- 微观结构关系缺乏完整的理解。其次,没有检查复合层的胶原纤维结构。第三,由于难以从其他两个电视传单中收集复合层,因此仅研究了TVAL的层。本文描述的方法提供了一个整体表征框架,克服了这些限制,并提供了电视传单及其复合层的完整表征。
本文介绍了将三个电视传单分离成复合层(A / S和F / V)以进行双轴机械和微观结构表征的显微解剖技术10,11,12。该 迭代 方案包括(i)完整传单的双轴力学测试和pSFDI表征,(ii)一种新颖且可重复的显微切割技术,以可靠地获得复合电视层,以及(iii)复合电视层的双轴力学测试和pSFDI表征。将组织暴露在具有各种力比的双轴拉伸载荷下进行机械测试。然后,使用pSFDI来确定胶原纤维在各种负载配置下的取向和取向。pSFDI保留了天然胶原纤维结构,允许负载依赖性分析,并规避了胶原纤维结构分析中固定或清除组织的典型需求,例如二次谐波发生成像或小角度光散射。最后,使用标准组织学技术制备组织,以可视化组织微观结构。这种迭代的整体框架允许将电视传单的机械和微观结构特性与其复合层直接进行比较。
本文描述的所有方法均由俄克拉荷马大学机构动物护理和使用委员会批准。动物组织是从美国农业部批准的屠宰场获得的。
1. 双轴机械表征
2. 偏振空间频域成像
3. 三尖瓣小叶复合层的显微解剖
显微切割将产生厚度相对均匀的A / S和F / V试样,可以安装到(商业)双轴测试设备上。对完整小叶和两个解剖层的组织学分析将验证组织是否沿着海绵体和纤维化之间的边界正确分离(图7)。此外,组织学显微照片可用于使用ImageJ软件确定组织层厚度和组成质量分数。当产生的A / S样品太小而无法安装到双轴测试仪上时,就会发生解剖失败。这最常发生在剥皮过程中的A / S?...
该方案的关键步骤包括:(i)层显微切割,(ii)组织安装,(iii)基准标记物放置,以及(iv)pSFDI设置。适当的层显微解术是本文所述方法中最重要和最困难的方面。在使用这种技术开展调查之前,分界员应长期使用显微解剖技术和所有三份电视传单。分离器应确保复合层试样足够大(>3.3毫米)并具有均匀的厚度。应使用组织学来确认解剖始终具有准确的层分离。
对于组?...
作者没有利益冲突要披露。
这项工作得到了美国心脏协会科学家发展补助金(16SDG27760143)和长老会健康基金会的支持。KMC得到了俄克拉荷马大学(OU)本科生研究机会计划和荣誉研究学徒计划的部分支持。DWL得到了美国国家科学基金会研究生研究奖学金(GRF 2019254233)和美国心脏协会/儿童心脏基金会博士前奖学金(第821298奖)的部分支持。所有这些支持都得到感谢。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10% Formalin Solution, Neutral Buffered | Sigma-Aldrich | HT501128-4L | |
Alconox Detergent | Alconox | cleaning compound | |
BioTester - Biaxial Tester | CellScale Biomaterials Testing | 1.5 N Load Cell Capacity | |
Cutting Mat | Dahle | B0027RS8DU | |
Deionized Water | N/A | ||
Fine-Tipped Tool | HTI INSTRUMENTS | NSPLS-12 | |
Forceps - Curved | Scientific Labwares | 16122 | |
Forceps - Thick | Scientific Labwares | 161001078 | |
Forceps - Thin | Scientific Labwares | 16127 | |
LabJoy | CellScale Biomaterials Testing | Version 10.66 | |
Laser Displacement Sensor | Keyence | IL-030 | |
Liquid Cyanoacrylate Glue | Loctite | 2436365 | |
MATLAB | MathWorks | Version 2020a | |
Micro Scissors | HTI Instruments | CAS55C | |
Pipette | Belmaks | 360758081051Y4 | |
Polarized Spatial Frequency Domain Imaging Device | N/A | Made in-house using a digital light projector, linear polarizer, rotating polarizer mount, and charge-coupled device camera. See doi.org/10.1016/j.actbio.2019.11.028 (PMCID: PMC8101699) for more details. | |
Scalpel | THINKPRICE | TP-SCALPEL-3010 | |
Single Edge Industrial Razor Blades (Surgical Carbon Steel) | VWR International | H3515541105024 | |
Surgical Pen | LabAider | LAB-Skin-6 | |
T-Pins | Business Source | BSN32351 | |
Wax Board | N/A | Made in-house using modeling wax and baking tray | |
Weigh Boat | Pure Ponta | mdo-azoc-1030 |
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