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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Ce protocole présente un pipeline complet pour analyser des échantillons obtenus à partir de cœurs humains qui couvrent les échelles microscopique et macroscopique.
L’étude détaillée des cœurs humains non défaillants rejetés pour la transplantation offre une occasion unique d’effectuer des analyses structurelles à des échelles microscopiques et macroscopiques. Ces techniques comprennent l’élimination des tissus (imagerie tridimensionnelle (3D) modifiée par immunomarquage des organes éliminés par solvant) et la coloration immunohistochimique. Les procédures d’examen mésoscopique comprennent la dissection stéréoscopique et la tomodensitométrie (TDM). Les procédures d’examen macroscopique comprennent la dissection macroscopique, la photographie (y compris les anaglyphes et la photogrammétrie), la tomodensitométrie et l’impression 3D du cœur disséqué physiquement ou virtuellement ou entier. Avant l’examen macroscopique, une fixation par perfusion de pression peut être effectuée pour maintenir l’architecture 3D et la morphologie physiologiquement pertinente du cœur. L’application combinée de ces techniques à l’étude du cœur humain est unique et cruciale pour comprendre la relation entre des caractéristiques anatomiques distinctes telles que la coronaroplastie et l’innervation myocardique dans le contexte de l’architecture 3D du cœur. Ce protocole décrit les méthodologies en détail et comprend des résultats représentatifs pour illustrer les progrès de la recherche sur l’anatomie cardiaque humaine.
Comme la fonction suit la forme, la compréhension de l’architecture du cœur est fondamentale pour apprécier sa physiologie. Bien que de nombreuses recherches aient révélé l’anatomie cardiaque à l’échelle microscopique 1,2,3, de nombreuses questions restent en suspens, en particulier celles liées à l’anatomie cardiaque humaine. Cela s’explique en partie par le fait que les études fondamentales axées sur l’anatomie fonctionnelle ont généralement utilisé des cœurs d’animaux 4,5,6, qui sont souvent distincts des cœurs humains 1,7,8. De plus, chaque étude individuelle, même celles utilisant des échantillons de cœur humain, a tendance à se concentrer sur des structures très spécifiques, ce qui rend difficile l’application des résultats dans le contexte de l’ensemble du cœur. C’est encore plus vrai si les structures focalisées se trouvent à des échelles micro ou mésoscopiques, comme le perinexus9 et les plexus ganglionnaires10.
Dans ce contexte, l’étude structurale systémique du cœur humain rejeté pour la transplantation offre une occasion unique et rare d’obtenir un atlas complet des structures cardiaques en mettant l’accent sur les échelles microscopiques et macroscopiques11. Les protocoles d’examen microscopique comprennent l’élimination des tissus (imagerie tridimensionnelle (3D) modifiée des organes éliminés par immunomarquage, iDISCO+)12,13 et la coloration immunohistochimique. Les protocoles d’examen mésoscopique comprennent la dissection stéréoscopique, la macrophotographie et la tomodensitométrie (TDM). Les protocoles d’examen macroscopique comprennent la dissection macroscopique14, la photographie (y compris les anaglyphes et la photogrammétrie)15,16,17, la tomodensitométrie, la dissection virtuelle 18 et l’impression 3D du cœur disséqué physiquement ou virtuellement ou du cœur entier17. En préparation à l’examen macroscopique, une fixation par perfusion de pression est effectuée pour maintenir l’architecture 3D et la morphologie physiologiquement pertinente du cœur 14,19,20,21. L’application combinée de ces techniques est unique et cruciale pour corréler des caractéristiques anatomiques distinctes dans le contexte de l’architecture 3D du cœur humain.
Comme la possibilité d’obtenir un échantillon de cœur humain non pathologique est extrêmement limitée, une approche multi-échelle décrite dans le présent document maximise l’utilisation de l’échantillon. En appliquant les différentes procédures décrites ci-dessous, des résultats représentatifs illustreront au lecteur comment les résultats peuvent être utilisés à des fins multiples, y compris la découverte dans la recherche scientifique11 (analyses complètes de l’innervation cardiaque, de la distribution des plexus ganglionnaires), l’amélioration des procédures cliniques (simulation pour les approches chirurgicales et interventionnelles) et l’éducation anatomique (démonstration 3D réelle de l’anatomie cardiaque).
Cette étude a utilisé des échantillons de tissus anonymisés prélevés sur des cœurs humains de donneurs non défaillants et a été approuvée par le conseil d’examen institutionnel de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA). Des échantillons ont été prélevés à partir de cœurs non défaillants qui ont été rejetés pour la transplantation. Les cœurs ont été perfusés sous pression, fixés dans du paraformaldéhyde (PFA) à 4 % et imagés avant le traitement des tissus selon les méthodes suivantes. La figure 1 résume l’organigramme de l’ordre de l’étude. Les détails des réactifs et de l’équipement utilisés dans l’étude sont énumérés dans la table des matériaux.
1. Examen à l’échelle microscopique
2. Examen à méso-échelle
3. Examen à grande échelle
Examens à l’échelle microscopique
L’application d’un nettoyage tissulaire permet d’imager de plus grands volumes de tissus en 3D à l’aide de la microscopie confocale. Dans le cœur, les ganglions contenant les neurones cardiaques et la structure neuronale de l’innervation myocardique peuvent être visualisés (Figure 2). La figure 3 montre une image confocale du myocarde du ventricule gauche humain immunomarqué pour les nerfs ...
La présente étude démontre le pipeline complet d’analyse d’échantillons obtenus à partir de cœurs humains entiers. Les résultats représentatifs montrent des examens anatomiques à l’échelle microscopique et macroscopique effectués en routine pour un seul cœur. Comme un échantillon de cœur humain est extrêmement précieux, une approche multi-échelle est idéale et efficace afin de ne gaspiller aucune partie de l’échantillon en appliquant plusieurs protocoles à diverses fins, y compris la découver...
Aucun.
Nous remercions les personnes qui ont fait don de leur corps pour l’avancement de l’éducation et de la recherche. Nous sommes reconnaissants envers la Fondation OneLegacy, qui a servi de base à l’obtention de cœurs de donneurs pour la recherche. Nous sommes également reconnaissants à Anthony A. Smithson et Arvin Roque-Verdeflor du Translational Research Imaging Center de l’UCLA (Département de radiologie) pour leur soutien dans l’acquisition de données CT. Ce projet a été soutenu par le projet Amara Yad de l’UCLA. Nous sommes reconnaissants aux Drs Kalyanam Shivkumar et Olujimi A. Ajijola d’avoir établi et maintenu un pipeline de recherche sur le cœur humain. Nous apprécions notre directrice des opérations de recherche, Amiksha S. Gandhi, pour son dévouement à soutenir nos projets. Ce travail a été rendu possible grâce au soutien des subventions NIH OT2OD023848 & P01 HL164311 et de la subvention Leducq 23CVD04 à Kalyanam Shivkumar, du prix de développement de carrière 23CDA1039446 de l’American Heart Association à PH et du projet Amara-Yad de l’UCLA (https://www.uclahealth.org/medical-services/heart/arrhythmia/about-us/amara-yad-project). Le scanner microPET/CT GNEXT utilisé dans cette étude a été financé par une subvention NIH Shared Instrumentation for Animal Research Grant (1 S10 OD026917-01A1).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1x Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | P3813 | |
3D Viewer | Microsoft | ||
647 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 711-605-152 | |
647 AffiniPure Donkey Anti-Sheep IgG | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 713-605-147 | |
AF Micro-NIKKOR 200 mm f/4D IF-ED lens | Nikon | ||
Anti-Actin, α-Smooth Muscle - Cy3 antibody | Sigma-Aldrich | C6198 | |
Antigen Retrieval Buffer (100x EDTA Buffer, pH 8.0) | Abcam | ab93680 | |
Anti-PGP9.5 (protein gene product 9.5) | Abcam | ab108986 | |
Anti-TH (tyrosine hydrox ylase) | Abcam | ab1542 | |
Anti-VAChT (vesicular acetylcholine transporter) | Synaptic Systems | 139 103 | |
Benzyl ether | Sigma-Aldrich | 108014 | |
Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A4503-10G | |
Cheetah 3D printer filament (95A), 1.75 mm | NinjaTek | ||
Coverslip, 22 mm x 30mm, No. 1.5 | VWR | 48393 151 | |
Cy3 AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 711-165-152 | |
Dichloromethane | Sigma-Aldrich | 270997-100ML | |
Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D8418-500ML | |
Ethanol, 100% | Decon laboratories | 2701 | |
Glycine | Sigma-Aldrich | G7126-500G | |
GNEXT PET/CT | SOFIE Biosciences | ||
Heparin sodium salt from porcine intestinal mucosa | Sigma-Aldrich | H3149-50KU | |
Histodenz | Sigma-Aldrich | D2158-100G | |
Hydrogen peroxide solution | Sigma-Aldrich | H1009-500ML | |
Imaging software | Zeiss | ZEN (black edition) | |
Imaging software | Oxford Instruments | Imaris 10 | |
iSpacer | Sunjin Labs | iSpacer 3mm | |
KIRI Engine | KIRI Innovation | ||
Laser scanning confocal microscope | Zeiss | LSM 880 | |
LEAD-2 - Vertical & Multi-channels Peristaltic Pump | LONGER | ||
Lightview XL | Brightech | ||
Methanol (Certified ACS) | Fischer Scientific | A412-4 | |
Nikon D850 | Nikon | ||
NinjaTek NinjaFlex TPU @MK4 | NinjaTek | ||
Normal donkey serum | Jackson ImmunoResearch Laboratories | 017-000-121 | |
Original Prusa MK4 3D printer | Prusa Research | ||
PAP pen | Abcam | ab2601 | |
Paraformaldehyde, 32% | Electron Microscopy Sciences | 15714-S | |
Polycam | Polycam | ||
Primary antibody | |||
PrusaSlicer 2.7.1 | Prusa Research | ||
SARA-Engine | pita4 mobile LLC | ||
Scaniverse | Niantic | ||
Secondary antibody | |||
SlowFade Gold Antiface Mountant | Invitrogen | S36936 | |
Sodium azide, 5% (w/v) | Ricca Chemical Company | 7144.8-32 | |
SOMATOM Definition AS | Siemens Healthcare | ||
Standard Field Surgi-Spec Telescopes, | Designs for Vision | ||
Stereomicroscope System SZ61 | OLYMPUS | ||
StereoPhoto Maker | Free ware developed by Masuji Suto | ||
Superfrost Plus Microscope Slides, Precleaned | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787-50ML | |
Tween-20 | Sigma-Aldrich | P9416-100ML | |
Xylene | Sigma-Aldrich | 534056-4L | |
Ziostation2 | Ziosoft, AMIN |
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