需要订阅 JoVE 才能查看此. 登录或开始免费试用。
Method Article
在这里,我们提出了优化的组织透明化方案,以对小鼠主动脉进行三维 (3D) 成像。我们描述了用于免疫染色、光学透明化和成像的最新程序,旨在确定周围神经系统与动脉粥样硬化斑块和动脉粥样硬化外膜的解剖学接近程度。
最近的研究推进了对动脉粥样硬化作为一种透壁慢性炎症性疾病的理解,涉及动脉壁的所有三层,包括内膜斑块、中层和外膜,形成动脉的外结缔组织涂层。我们最近的研究表明,外膜被周围神经系统用作到达所有组织细胞的管道。我们还发现,周围神经系统,即感觉和交感神经系统,经历了重大的重塑过程,涉及动脉粥样硬化斑块附近轴突网络的新生。在这种情况下,了解神经网络的结构及其与患病动脉血管成分的相互作用对于更好地了解心血管疾病的发病机制具有重大前景。为了实现这些目标,需要将完整、健康和患病动脉的亚细胞结构及其周围的血管周围隔室可视化的方法。组织透明化可以对原本无法接近的较大组织隔室进行完整的深层组织成像。它通过集成标记、清除、高级显微成像和图像处理工具,允许对完整动脉进行体积成像。在这里,我们描述了两种不同但互补的被动组织透明化方法,即基于水性的 2,2-硫代二乙醇 (TDE) 透明化和基于溶剂的免疫标记启用的溶剂透明化器官 (iDISCO) 透明化三维成像,以对孤立的主动脉段或整个主动脉进行原位成像整个小鼠。
组织学技术通过组织/器官的切片提供了对生物样本的基本了解。然而,直到最近,在三个视图 (3D) 中描绘复杂的解剖细胞/细胞和组织/组织相互作用一直难以实现。这种未满足的需求在健康和疾病条件下的心血管系统环境中尤为明显。由于光吸收和光散射,使它们本质上不透明,因此过去对完整组织进行成像一直具有挑战性。组织透明化通过最大限度地减少这些限制使完整的生物样品透明。组织透明化技术的最新发展使未切片透明组织的高分辨率 3D 成像成为可能,从而以微米级分辨率为整个器官的细胞和结构微结构提供相当大的见解,从而能够定义解剖连接网络。
动脉粥样硬化涉及动脉壁的三层,包括内膜内层、中间中层和外结缔组织层,称为外膜。几十年来,动脉内层的动脉粥样硬化斑块一直是研究的常规目标 1,2。然而,外膜层包含周围神经系统的血管、淋巴管和神经纤维。此外,外膜与血管周围脂肪组织和神经元组织成分相连,包括周围神经和血管周围神经节 3,4。众所周知,周围神经使用外膜作为到达远处目标组织甚至细胞的管道5。我们最近的研究推动了理解主要生物系统(包括免疫系统、神经系统和心血管系统)的多层相互作用的进展。我们将这些相互作用称为神经免疫-心血管接口 6,7。在动脉粥样硬化形成过程中,动脉壁成分经历稳健的重组和重塑。例如,在内膜动脉粥样硬化斑块进展附近,免疫细胞聚集形成,神经元轴突新生发生在小鼠主动脉外膜 6,8,9。随着动脉粥样硬化的进展,免疫细胞聚集体发育成结构良好的动脉三级淋巴器官 (ATLO),具有不同的 T 细胞、B 细胞和浆细胞区域10。然而,要在 3D 中描绘这些变化,由于膜透化不足和固有的光散射,完整组织的高分辨率成像一直具有挑战性11。组织透明化方法克服了传统组织学方法11、12、13、14、15 的主要局限性,通过均匀调整折射率 (RI) 增强了抗体的渗透性,以深入完整的组织或器官,从而获得微米级分辨率图像,在体素中具有更高的成像深度。样品的 RI 可以与甘油 (RI 1.46) 或浸油 (RI 1.52) 匹配,从而大大减少光散射和球面像差,从而实现高分辨率。整个器官或全身组织透明化技术的最新进展,例如水性 2,2-硫代二乙醇 (TDE) 和基于免疫标记的溶剂透明化器官 3D 成像 (iDISCO),以及体积成像技术(包括共聚焦、多光子和光片显微镜成像)允许通过构建其连接图谱来重建血管结构的显微解剖结构11,16.以 3D 形式可视化这些细胞和结构连接可以提供新的见解,以回答迄今为止尚未解决的生物学问题。
本研究是根据当地和国家动物使用和护理委员会的指导方针进行的。本研究使用维持标准啮齿动物食物饮食的 C57BL/6J 背景上的高脂血症雄性 Apoe-/- 小鼠,这些小鼠在衰老过程中自发发展为动脉粥样硬化。
1. 离体主动脉和 TDE 清除的整装成像
2. 全身免疫染色和 iDISCO 组织透明化
3. 图像处理和分析
注意:处理需要一个高功率的处理工作站。由于成像量大(每个映像 5-100 GB),请确保在处理后立即备份数据。
为了证明完整健康和患病主动脉的微观解剖结构,并揭示动脉粥样硬化小鼠模型中免疫系统、神经系统和心血管系统之间的物理连接,我们使用了两种互补的组织透明化方法:离体主动脉的 TDE 清除和整个小鼠的 iDISCO 清除(图 1)。全安装免疫染色后,用一系列 TDE 工作溶液清除 enface 主动脉。RI 匹配在 1.4-1.5,具体取决于最后一步的 TDE 浓度,...
动脉粥样硬化可被视为动脉透壁炎症性疾病,累及动脉壁的所有三层。此外,动脉被血管周围脂肪和神经元组织包围。在动脉粥样硬化进展过程中,这些组织中的每一个都经历了相当大的细胞和结构改变,这需要方法获得对健康和患病动脉周围完整组织的亚细胞光学访问。这里提供这些方法是为了更好地了解细胞 - 细胞和细胞 - 组织相互作用,并促进对心血管疾病发病机...
SKM、CJY 和 AJRH 是 Easemedcontrol R &D GmbH 和 Co. KG 的联合创始人。
这项工作由德国研究基金会 (DFG) SFB1123/Z1、德国心血管研究中心 (DZHK) DZHK 81X2600282 和冠状病毒基金会赠款 (S199/10087/2022) 资助给 SKM;和 ERA-CVD (PLAQUEFIGHT) 01KL1808 以及 Easemedcontrol R &D GmbH and Co. KG 对 AJRH 的政府拨款。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2,2’-thiodiethanol (TDE) | Sigma | 166782 | Clearing reagent |
Amira | Thermo Fisher Scientific | 3D visualization software; Image processing software used for manual segmentation and tracing in 3D images | |
Benzyl alcohol | Sigma | W213713 | Clearing reagent |
Benzyl benzoate | Sigma | B6630 | Clearing reagent |
CD16/32 | eBioscience | 14-0161-82 | Blocking solution |
Confocal laser scanning microscope | Leica Microsystems | TCS- SP8 3X | Imaging device for multidimensional high-resolution imaging of intact biological tissues or sections with high specificity at subcellular resolution. |
DAPI | Invitrogen | D3571 | Nuclei marker |
Dichloromethane (DCM) | Sigma | 270997 | Clearing reagent |
Dissecting pan-black wax | Thermo Scientific | S17432 | Aorta dissection and fixation |
Dissection stereomicroscope | Leica Microsystems | Stemi 2000 | Mouse organ dissection |
Ethanol | Sigma | E7023 | Defection |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Roth | 8040.1 | Perfusion buffer |
Fiji | (ImageJ, NIH) | Open source image processing software for 2D and 3D images | |
Goat anti-Hamster IgG, Cy3 | Dianova | 127-165-099 | Secondary antibody |
Goat anti-Rabbit IgG, Alexa Fluor 680 | Thermo Fisher Scientific / Invitrogen | A-21109 | Secondary antibody |
Goat anti-Rat IgG, Cy5 | Dianova | 712-175-150 | Secondary antibody |
Hamster Anti-CD3e | BD Bioscience | 145-2C11 | Pan-T cell marker |
Huygens Professional | Scientific Volume Imaging, The Netherlands | Version 19.10 | Image restoration software; Image processing software used mainly for deconvolution of 2D and 3D images |
Image processing workstation | MIFCOM | MIFCOM X5 | Image processing workstation equipped with all image processing software including Leica application suite X, Fiji, and Imaris for post-processing of images acquired by confocal, multiphoton and light sheet microscopes |
Imaris | Bitplane | Version 8.4 | Image analysis software; Image processing software used for automated segmentation of 3D images |
Incubator and rotator | Marshall Scientific | Innova 4230 | Incubation and rotation device during tissue clearing |
iSpacer | Sunjin Lab | IS4020 | Rectangular well as the sample holder |
Ketamine | Livisto | Anesthetic | |
Leica Application Suite X (LAS-X) | Leica Microsystems | Version 3.5 | Image processing software for the images acquired with Leica microscope |
Light microscope | Leica Microsystems | DM LB | Imaging device for bright filed imaging |
Light sheet microscope | LaVision BioTech | Ultramicroscope II | Imaging technique for fast, high-resolution imaging of large biological specimens or whole mouse with low light exposure by rapidly acquiring images of thin optical sections. |
Multiphoton microscopy | Leica Microsystems | TCS-SP5II MP | Imaging modality for multidimensional, high-resolution imaging of intact and viable biological tissues at sub-cellular and molecular level over prolonged periods of time, deep in the sample and with minimal invasion. |
Normal goat serum | Sigma | G9023 | Blocking solution |
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma | P-6148 | Fixation |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma | P4417-100TAB | Washing buffer |
Porcine skin gelatin | Sigma | G1890 | Incubation buffer |
Quadrol | Sigma | 122262 | CUBIC clearing reagent |
Rabbit Anti-NF200 | Sigma | N4142 | Pan-neuronal marker |
Rat Anti-B220 | BD Bioscience | RA3-6B2 | Pan-B cell marker |
Sucrose | Sigma | 90M003524V | Dehydration |
Sytox | Thermo Fisher Scientific | S11380 | Nuclei marker |
Tetrahydrofuran | Sigma | 401757 | Clearing reagent |
Triton X-100 | Roth | 3051.1 | Penetration |
Urea | Sigma | U5128 | CUBIC clearing reagent |
Xylene | Fisher Chemical | x/0250/17 | Anesthetic |
请求许可使用此 JoVE 文章的文本或图形
请求许可This article has been published
Video Coming Soon
版权所属 © 2025 MyJoVE 公司版权所有,本公司不涉及任何医疗业务和医疗服务。