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Une procédure de plaie perforante pour la formation de thrombus hémostatiques est présentée ici. Les thrombus formés sont grands et ont des centaines de microns de diamètre. Par conséquent, les approches d’imagerie volumique sont appropriées. Nous suggérons la microscopie électronique à transmission à large zone comme approche à haute résolution accessible au plus grand nombre et détaillons un protocole préparatif.
L’hémostase, le processus de contrôle physiologique normal des lésions vasculaires, est fondamentale pour la vie humaine. Nous souffrons tous de coupures mineures et de blessures par perforation de temps en temps. Dans l’hémostase, l’agrégation plaquettaire auto-limitante conduit à la formation d’un thrombus structuré dans lequel l’arrêt du saignement provient du recouvrement du trou par l’extérieur. Une caractérisation détaillée de cette structure pourrait conduire à des distinctions entre l’hémostase et la thrombose, un cas d’agrégation plaquettaire excessive conduisant à une coagulation occlusive. Une approche basée sur l’imagerie de la structure du thrombus de la plaie perforante est présentée ici qui s’appuie sur la capacité de la microscopie électronique à section mince à visualiser l’intérieur des thrombus hémostatiques. L’étape la plus fondamentale de tout protocole expérimental basé sur l’imagerie est une bonne préparation des échantillons. Le protocole fournit des procédures détaillées pour préparer les plaies par perforation et les thrombus riches en plaquettes chez la souris pour la microscopie électronique ultérieure. Une procédure détaillée est donnée pour la fixation in situ du thrombus de la plaie perforante en formation et son traitement ultérieur pour la coloration et l’enrobage pour la microscopie électronique. La microscopie électronique est présentée comme la technique d’imagerie finale en raison de sa capacité, lorsqu’elle est combinée à une coupe séquentielle, à visualiser les détails de l’intérieur du thrombus à haute résolution. En tant que méthode d’imagerie, la microscopie électronique permet d’obtenir un échantillonnage non biaisé et un résultat expérimental qui s’échelonne du nanomètre au millimètre en 2 ou 3 dimensions. Nous citons un logiciel gratuit de microscopie électronique approprié qui prendra en charge la microscopie électronique à grande échelle dans laquelle des centaines d’images peuvent être mélangées pour donner une imagerie à l’échelle nanométrique de sections efficaces entières de thrombus de plaie perforante. Par conséquent, n’importe quelle sous-région du fichier image peut être facilement placée dans le contexte de la section transversale complète.
La formation d’un thrombus perforant qui conduit à l’arrêt de l’hémorragie est l’un des événements les plus essentiels de la vie1. Pourtant, malgré cette essentialité, la connaissance de ce qui se passe structurellement lors de la formation d’un thrombus, que ce soit dans une veine, une artère, un événement athérosclérotique ou un caillot occlusif, a été limitée par la résolution et la profondeur de l’imagerie. La microscopie optique conventionnelle est limitée en profondeur par rapport à un thrombus de plaie perforante entièrement formé, de 200 à 300 μm en Z1, et en niveau de résolution par rapport à la taille des organites plaquettaires et à leur espacement, souvent inférieur à 30 nm2. La microscopie optique à deux photons peut fournir la profondeur d’imagerie nécessaire, mais n’améliore pas la résolution de manière significative. Les progrès les plus récents en microscopie optique, par exemple, les techniques de super-résolution, sont encore limités en résolution, en pratique ~20 nm en XY et deux fois plus en Z, et la profondeur limitée, pas plus que la microscopie optique conventionnelle. De plus, la microscopie optique à super-résolution, comme une grande partie de la microscopie optique de recherche, est basée sur la microscopie à fluorescence, une technique qui est intrinsèquement biaisée par rapport à un petit ensemble de protéines candidates pour lesquelles il existe de bons anticorps ou de bonnes constructions étiquetées3. En conclusion, la microscopie électronique à balayage conventionnelle peut, tout au plus, visualiser la surface du thrombus riche en plaquettes en formation.
Pour surmonter ces limitations techniques à la caractérisation de la structure du thrombus, nous avions trois objectifs. Tout d’abord, produire de manière reproductible une plaie perforante définie dans une veine ou une artère de souris qui pourrait ensuite être facilement stabilisée in situ par fixation chimique. Deuxièmement, appliquez une procédure préparative qui met l’accent sur la préservation de la membrane, un objectif compatible avec l’objectif de définir la position des plaquettes individuelles dans le thrombus en formation. Troisièmement, utilisez une technique de visualisation impartiale qui, en une seule image, pourrait être mise à l’échelle entre le nanomètre et le millimètre.
La microscopie électronique à large zone montée a été choisie comme technique majeure de visualisation finale pour une seule raison importante : en imagerie au microscope électronique, on voit un vaste éventail de caractéristiques à l’intérieur d’une cellule qui décrit ses organites et ses caractéristiques à l’intérieur des organites. De petits objets tels que les ribosomes peuvent être reconnus. Cette gamme de caractéristiques est observée parce que les colorants de métaux lourds denses en électrons, l’uranyle, le plomb et l’osmium, qui sont utilisés pour la microscopie électronique pour produire un contraste se lient à un large éventail de molécules. Dans une image au microscope électronique, on voit une grande partie de ce qui s’y trouve, tandis qu’avec les approches d’immunofluorescence et de marquage des protéines, on ne voit que ce qui s’allume. Il s’agit, par exemple, des sites antigéniques présents sur une espèce protéique individuelle donnée. Dans le cas d’une molécule marquée, souvent une protéine, il s’agit du ou des sites où se trouve cette protéine. Toutes les autres molécules sont sombres et non éclairées. Cependant, ce choix de la microscopie électronique est-il pratique ? Un thrombus perforant a une taille de 300 par 500 μm et, à une taille de pixel de 3 nm, cela représente une image de 100 000 par 167 000 pixels. Une caméra de microscope électronique de haute qualité a 4000 par 4000 pixels. Cela signifie qu’environ 1000 images doivent être assemblées/mélangées pour donner une seule image. C’est une possibilité qui a été présente dans la plupart des microscopes électroniques fabriqués au cours des 15 dernières années. La platine du microscope est informatisée et les images peuvent être assemblées avec un ordinateur. C’est la raison qui a conduit à faire les choix qui ont présidé à la formulation du protocole présenté.
En conclusion, nous présentons ci-dessous une série d’étapes qui donnent une plaie reproductible dans la veine ou l’artère de souris qui, ensuite, après des étapes de fixation in situ et plus tard des étapes d’encastrement, peut être visualisée par microscopie électronique à transmission à large zone à l’échelle nm et dans l’image assemblée visualisée à une échelle proche du mm, l’échelle de l’in situ réel thrombus fixe. Une telle évolutivité est nécessaire pour comprendre que la formation de thrombus est à la fois un problème d’hématologie et de santé et un système de biologie du développement dans lequel les plaquettes sont le principal type de cellule. Ces avancées offrent une vertu majeure de la microscopie électronique, à savoir que l’on voit ce qu’il y a, pas seulement ce qui s’allume. Pour un protocole détaillé sur la préparation d’échantillons pour la microscopie électronique à balayage en série (SBF-SEM), le lecteur est invité à consulter un article récent de Joshi et al.4.
Les expériences ont été examinées et approuvées par l’Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) de l’Université de l’Arkansas pour les sciences médicales. Ici, des souris C57BL/6 mâles et femelles de type sauvage, âgées de 8 à 12 semaines, ont été utilisées. Ces souris sont de jeunes adultes avec peu d’accumulation de graisse. Les mêmes procédures s’appliquent aux mutants murins pour diverses protéines importantes pour l’hémostase, telles que le facteur de von Willebrand ou la glycoprotéine plaquettaire VI (GPVI)5,6. Tous les équipements, instruments chirurgicaux, réactifs et autres matériaux utilisés sont illustrés à la figure 1 et répertoriés dans le tableau des matériaux.
1. Plaie perforante de la veine jugulaire/de l’artère fémorale 1,7
2. Collecte d’échantillons pour la microscopie électronique
3. Préparation de l’échantillon pour la microscopie électronique à transmission à large zone (WA-TEM)
REMARQUE : Cette étape représente un point de décision auquel l’enquêteur s’engage à se préparer pour WA-TEM. Cette procédure préparatoire ne prend pas en charge le SBF-SEM. Pour le SBF-SEM volume EM, toutes les colorations doivent être effectuées avant l’enrobage dans le plastique. Veuillez voir4 pour un protocole de préparation SBF-SEM.
Quantification des effets du médicament sur le temps de saignement de la plaie perforante
Les temps de saignement des plaies par perforation fournissent un modèle physiologique d’un risque médicamenteux qui peut être facilement réalisé chez la souris. Les résultats qui découlent d’une expérience de plaie perforante sont prédictifs. Ici, nous montrons une courbe d’hémorragie dose-réponse dabigatran. Le dabigatran, un inhibiteur de la thrombine, est ut...
Nous présentons une procédure détaillée de plaie perforante pour produire des thrombus hémostatiques dans les veines jugulaires et les artères fémorales, leur fixation par perfusion in situ et le traitement d’échantillons pour la microscopie électronique à transmission à large zone montée. L’ensemble des procédures est utile pour générer des thrombus hémostatiques pour l’analyse ultrastructurale et pour comparer les temps de saignement chez les souris expé...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts lié à cette étude.
Les auteurs remercient leurs collègues de l’Université de l’Arkansas pour les sciences médicales (Jerry Ware et Sung W. Rhee), de l’Université de Pennsylvanie (Tim Stalker et Lawrence Brass), de l’Université du Kentucky (Sidney W. Whiteheart et Smita Joshi) et de l’Institut national de bioimagerie et de bio-ingénierie des National Institutes of Health (Richard D. Leapman et Maria A. Aronova) dont nous avons beaucoup appris. Les auteurs expriment leur gratitude à l’American Heart Association et au National Heart Lung and Blood Institute des National Institutes of Health (R01 HL119393, R56 HL119393, R01 155519 à BS et aux subventions sous-subventions des NIH R01 HL146373 et R35 HL150818) pour leur soutien financier.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.9% Normal Saline Solution | Medline | BHL2F7123HH | |
27G x 3/4 EXELint scalp vein set | Medline | NDA26709 | |
30G x 1/2 EXELint hypodermic needles | Medline | NDA264372 | |
33G x 1/2 EXELint specialty hypodermic needles | Medline | NDA26393 | |
50 mL Conical Tubes | Fisher Scientific | 06-443-20 | |
Alcohol Prep Pads (70% Isopropyl Alcohol) | Medline | MDS090670Z | |
Aluminum Foil | Fisher Scientific | 01-213-100 | |
Animal Heating Plate | Physitemp Instruments | HP-1M | |
Araldite GY 502 | Electron Microscopy Sciences | 10900 | |
Axiocam 305 Color R2 Microscopy Camera | Carl Zeiss Microscopy | 426560-9031-000 | |
BD Luer-Lok Syringes, 20 mL | Medline | B-D303310Z | |
Calcium Chloride | Fisher Scientific | C79-500 | |
Cell Culture Dishes 35mm x 10mm | Corning Inc. | 430165 | |
Cotton Tipped Applicators | Medline | MDS202055H | |
DMP-30 Activator | Electron Microscopy Sciences | 13600 | |
Dodecenyl Succinic Anhydride/ DDSA | Electron Microscopy Sciences | 13700 | |
Dressing Forceps, 5", curved, serrated, narrow tipped | Integra Miltex | 6-100 | |
Dressing Forceps, 5", standard, serrated | Integra Miltex | 6-6 | |
EMBED 812 Resin | Electron Microscopy Sciences | 14900 | |
Ethyl Alcohol, anhydrous 200 proof | Electron Microscopy Sciences | 15055 | |
Fisherbrand 4-Way Tube Rack | Fisher Scientific | 03-448-17 | |
Fisherbrand Digital Timer | Fisher Scientific | 14-649-17 | |
Fisherbrand Single Syringe Infusion Pump | Fisher Scientific | 7801001 | |
Gauze Sponges 2" x 2"- 4 Ply | Medline | NON26224H | |
Glutaraldehyde (10% Solution) | Electron Microscopy Sciences | 16120 | |
Isoflurane Liquid Inhalant Anesthesia, 100 mL | Medline | 66794-017-10 | |
Jeweler-Style Micro-Fine Forceps, Style 5F | Integra Miltex | 17-305 | Need 2 pairs. |
L/S Pump Tubing, Silicone, L/S 15; 25 Ft | VWR | MFLX96410-15 | |
L-Aspartic Acid | Fisher Scientific | BP374-100 | |
Lead Nitrate | Fisher Scientific | L-62 | |
Malachite Green 4 | Electron Microscopy Sciences | 18100 | |
Masterflex L/S Easy-Load II Pump Head | VWR | MFLX77200-62 | |
Masterflex L/S Variable Speed Digital Drive | VWR | MFLX07528-10 | |
MSC Xcelite 5" Wire Cutters | Fisher Scientific | 50-191-9855 | |
Osmium Tetroxide 4% Aqueous Solution | Electron Microscopy Sciences | 19150 | |
Paraformaldehyde (16% Solution) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Physitemp Temperature Controller | Physitemp Instruments | TCAT-2LV | |
Potassium Ferrocyanide | Sigma-Aldrich | P-8131 | |
Propylene Oxide, ACS Reagent | Electron Microscopy Sciences | 20401 | |
Pyrex Glass Beakers | Fisher Scientific | 02-555-25B | |
Rectal Temperature Probe for Mice | Physitemp Instruments | RET-3 | |
Scotch Magic Invisible Tape, 3/4" x 1000" | 3M Company | 305289 | |
Sodium Cacodylate Buffer 0.2M, pH 7.4 | Electron Microscopy Sciences | 11623 | |
SomnoFlo Low Flow Electronic Vaporizer | Kent Scientific | SF-01 | |
SomnoFlo Starter Kit for Mice | Kent Scientific | SF-MSEKIT | |
Stainless Steel Minutien Pins | Fine Science Tools | 26002-10 | |
Stereomicroscope steREO Discovery.V12 | Carl Zeiss Microscopy | 495015-9880-010 | |
Sylgard 184 Silicone Elastomer | World Precision Instruments | SYLG184 | silicone mat |
Tannic Acid | Electron Microscopy Sciences | 21700 | |
Thiocarbohydrazide (TCH) | Sigma-Aldrich | 88535 | |
Uranyl Acetate | Electron Microscopy Sciences | 22400 | |
Vannas Spring Micro Scissors | Fine Science Tools | 15000-08 | |
Von Graefe Eye Dressing Forceps, 2.75", Curved, Serrated | Integra Miltex | 18-818 | Need 2 pairs. |
Wagner Scissors | Fine Science Tools | 14068-12 | |
Wahl MiniFigura Animal Trimmer | Braintree Scientific | CLP-9868 | |
Zen Lite Software | Carl Zeiss Microscopy | 410135-1001-000 |
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