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Ce protocole décrit la caractérisation mécanique biaxiale, la quantification du collagène basée sur l’imagerie du domaine de fréquence spatiale polarisée et la microdissection des feuillets de valve tricuspide. La méthode fournie explique comment les couches de la foliole contribuent aux comportements holistiques de la feuille.
La valve tricuspide (TV) régule le flux unidirectionnel de sang non oxygéné de l’oreillette droite vers le ventricule droit. Le téléviseur se compose de trois dépliants, chacun avec des comportements mécaniques uniques. Ces variations entre les trois feuillets de télévision peuvent être mieux comprises en examinant leurs quatre couches anatomiques, qui sont l’atrialis (A), le spongiosa (S), la fibrose (F) et le ventriculaire (V). Bien que ces couches soient présentes dans les trois feuillets de télévision, il existe des différences dans leurs épaisseurs et leurs constituants microstructuraux qui influencent davantage leurs comportements mécaniques respectifs.
Ce protocole comprend quatre étapes pour élucider les différences spécifiques à la couche: (i) caractériser les comportements architecturaux mécaniques et des fibres de collagène de la feuille de télévision intacte, (ii) séparer les couches composites (A / S et F / V) de la feuille de télévision, (iii) effectuer les mêmes caractérisations pour les couches composites et (iv) effectuer des couches post-hoc évaluation histologique. Ce cadre expérimental permet de manière unique la comparaison directe du tissu TV intact à chacune de ses couches composites. En conséquence, des informations détaillées concernant la microstructure et la fonction biomécanique des feuillets de télévision peuvent être collectées avec ce protocole. Ces informations peuvent potentiellement être utilisées pour développer des modèles informatiques de télévision qui cherchent à fournir des conseils pour le traitement clinique de la maladie de la télévision.
Le téléviseur est situé entre l’oreillette droite et le ventricule droit du cœur. Tout au long du cycle cardiaque, le téléviseur régule le flux sanguin unidirectionnel par l’ouverture et la fermeture cycliques de la feuillet antérieure de la télévision (TVAL), de la feuillet postérieure de la télévision (TVPL) et de la feuillet septale de la télévision (TVSL). Ces folioles sont complexes et ont quatre couches anatomiques distinctes – l’atrialis (A), le spongiosa (S), le fibrosa (F) et le ventricularis (V) – avec des constituants microstructuraux uniques. Les fibres d’élastine dans l’atrialis et le ventriculaire aident à restaurer le tissu à sa géométrie non déformée après charge mécanique1. En revanche, la fibrose contient un réseau dense de fibres de collagène ondulées qui contribuent à la capacité portante des feuillets2. Principalement constitué de glycosaminoglycanes, le spongiosa a été supposé permettre le cisaillement entre les couches de la foliole pendant la fonction valvulaire cardiaque3. Bien que les trois types de feuillets aient les mêmes couches anatomiques, il existe des variations dans les épaisseurs des couches et les rapports constitutifs qui ont des implications pour les comportements mécaniques spécifiques aux feuillets.
Les chercheurs ont exploré les propriétés des feuillets de télévision à l’aide de caractérisations mécaniques planes, d’évaluations histomorphologiques et de caractérisations optiques de l’architecture des fibres de collagène. Par exemple, les caractérisations mécaniques biaxiales planes cherchent à imiter la charge physiologique en appliquant des déplacements perpendiculaires au tissu et en enregistrant les forces associées. Les observations de déplacement de force (ou d’étirement de contrainte) qui en ont résulté ont révélé que les trois feuillets de télévision présentent des comportements mécaniques non linéaires et spécifiques à la direction avec des réponses plus apparentes spécifiques à la feuillet dans la direction du tissu radial 4,5,6. On pense que ces comportements spécifiques aux feuillets proviennent de différences dans les propriétés microstructurelles observées à l’aide de techniques histologiques standard 6,7. En outre, l’imagerie de deuxième génération harmonique6, la diffusion de lumière à petit angle8 et l’imagerie du domaine de fréquence spatiale polarisée7 (pSFDI) visent à comprendre ces propriétés microstructurelles et ont montré des différences spécifiques à la feuillet dans l’orientation de la fibre de collagène et le sertissage de la fibre qui ont des implications pour les comportements mécaniques observés au niveau des tissus. Ces études ont considérablement fait progresser notre compréhension de la microstructure tissulaire et de son rôle dans les comportements au niveau des tissus. Cependant, il reste encore beaucoup à faire pour relier expérimentalement la mécanique tissulaire et la microstructure sous-jacente.
Récemment, ce laboratoire a réalisé des caractérisations mécaniques des couches de feuillet TV séparées en deux couches composites (A/S et F/V) à l’aide d’une technique de microdissection9. Ces travaux antérieurs ont mis en évidence les différences dans les propriétés mécaniques des couches et ont permis de mieux comprendre comment la microstructure en couches contribue aux comportements mécaniques des tissus. Bien que cette enquête ait amélioré notre compréhension de la microstructure des feuillets de télévision, la technique présentait plusieurs limites. Premièrement, les propriétés des couches composites n’ont pas été directement comparées au tissu intact, ce qui a conduit à un manque de compréhension complète de la relation mécanique-microstructure. Deuxièmement, l’architecture des fibres de collagène des couches composites n’a pas été examinée. Troisièmement, seules les couches du TVAL ont été étudiées en raison de difficultés à collecter les couches composites des deux autres dépliants télévisés. La méthode décrite ici fournit un cadre de caractérisation holistique qui surmonte ces limitations et fournit des caractérisations complètes des dépliants TV et de leurs couches composites.
Cet article décrit la technique de microdissection qui sépare les trois feuillets TV en leurs couches composites (A/S et F/V) pour les caractérisations mécaniques et microstructurelles biaxiales 10,11,12. Ce protocole itératif comprend (i) des essais mécaniques biaxiaux et la caractérisation pSFDI de la notice intacte, (ii) une technique de microdissection nouvelle et reproductible pour obtenir de manière fiable les couches TV composites, et (iii) des tests mécaniques biaxiaux et la caractérisation pSFDI des couches TV composites. Le tissu a été exposé à une charge de traction biaxiale avec différents rapports de force pour les essais mécaniques. Ensuite, pSFDI a été utilisé pour déterminer l’orientation et l’alignement des fibres de collagène dans diverses configurations chargées. pSFDI préserve l’architecture native des fibres de collagène, permet une analyse dépendante de la charge et contourne le besoin typique de fixer ou de nettoyer les tissus pour l’analyse de l’architecture des fibres de collagène, comme dans l’imagerie de deuxième génération harmonique ou la diffusion de la lumière à petit angle. Enfin, les tissus ont été préparés à l’aide de techniques d’histologie standard pour visualiser la microstructure tissulaire. Ce cadre itératif et holistique permet de comparer directement les propriétés mécaniques et microstructurelles de la feuille de télévision à ses couches composites.
Toutes les méthodes décrites dans le présent document ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’Université de l’Oklahoma. Les tissus animaux ont été acquis dans un abattoir approuvé par l’USDA.
1. Caractérisation mécanique biaxiale
2. Imagerie du domaine de fréquence spatiale polarisée
3. Microdissection des couches composites de feuillet de valve tricuspide
La microdissection produira des échantillons A/S et F/V d’épaisseurs relativement uniformes pouvant être montés sur un dispositif d’essai biaxial (commercial). L’analyse histologique de la feuillette intacte et des deux couches disséquées permettra de vérifier si le tissu a été correctement séparé le long de la frontière entre la spongiose et la fibrose (Figure 7). De plus, les micrographies histologiques peuvent être utilisées pour déterminer l’épaisseur de la couche...
Les étapes critiques du protocole comprennent : (i) la microdissection de la couche, (ii) le montage tissulaire, (iii) le placement du marqueur fiducial et (iv) la configuration de l’IDSP. La microdissection de couche appropriée est l’aspect le plus important et le plus difficile de la méthode décrite ici. Avant de lancer une enquête utilisant cette technique, le ou les dissecteurs devraient avoir une pratique à long terme avec la technique de microdissection et les trois dépliants télévisés. Le dissecteur ...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Ce travail a été soutenu par l’American Heart Association Scientist Development Grant (16SDG27760143) et la Presbyterian Health Foundation. KMC a été soutenu en partie par le programme d’opportunités de recherche de premier cycle de l’Université de l’Oklahoma (OU) et le programme d’apprentissage en recherche spécialisé. DWL a été soutenu en partie par la National Science Foundation Graduate Research Fellowship (GRF 2019254233) et l’American Heart Association/Children’s Heart Foundation Predoctoral Fellowship (prix #821298). Tout ce soutien est reconnu avec gratitude.
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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