È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Method Article
Qui viene presentata una procedura di puntura per la formazione di trombi emostatici. I trombi formati sono grandi e hanno un diametro di centinaia di micron. Pertanto, gli approcci di imaging volumetrico sono appropriati. Suggeriamo la microscopia elettronica a trasmissione ad ampia area montata come approccio ad alta risoluzione disponibile per molti e dettagliamo un protocollo preparativo.
L'emostasi, il processo di normale controllo fisiologico del danno vascolare, è fondamentale per la vita umana. Tutti noi subiamo piccoli tagli e ferite da puntura di tanto in tanto. Nell'emostasi, l'aggregazione piastrinica autolimitante porta alla formazione di un trombo strutturato in cui la cessazione del sanguinamento deriva dalla tappatura del foro dall'esterno. La caratterizzazione dettagliata di questa struttura potrebbe portare a distinzioni tra emostasi e trombosi, un caso di eccessiva aggregazione piastrinica che porta alla coagulazione occlusiva. Qui viene presentato un approccio basato sull'imaging alla struttura del trombo della ferita da puntura che si basa sulla capacità della microscopia elettronica a sezione sottile di visualizzare l'interno dei trombi emostatici. Il passaggio più fondamentale in qualsiasi protocollo sperimentale basato sull'imaging è una buona preparazione del campione. Il protocollo fornisce procedure dettagliate per la preparazione di ferite da puntura e trombi ricchi di piastrine nei topi per la successiva microscopia elettronica. Viene fornita una procedura dettagliata per la fissazione in situ del trombo della ferita da puntura in formazione e la sua successiva elaborazione per la colorazione e l'inclusione per la microscopia elettronica. La microscopia elettronica è presentata come la tecnica di imaging finale a causa della sua capacità, se combinata con il sezionamento sequenziale, di visualizzare i dettagli dell'interno del trombo ad alta risoluzione. Come metodo di imaging, la microscopia elettronica fornisce un campionamento imparziale e un output sperimentale che scala da nanometri a millimetri in 2 o 3 dimensioni. Viene citato un software di microscopia elettronica freeware appropriato che supporterà la microscopia elettronica ad ampia area in cui centinaia di fotogrammi possono essere miscelati per fornire immagini su scala nanometrica di intere sezioni trasversali di trombi di ferite da puntura. Pertanto, qualsiasi sottoregione del file immagine può essere facilmente inserita nel contesto dell'intera sezione trasversale.
La formazione di un trombo da puntura che porta alla cessazione dell'emorragia è uno degli eventi più essenziali nella vita1. Eppure, nonostante questa essenzialità, la conoscenza di ciò che accade strutturalmente durante la formazione di trombi, che si tratti di una vena, di un'arteria, di un evento aterosclerotico o di un coagulo occlusivo, è stata limitata dalla risoluzione e dalla profondità dell'imaging. La microscopia ottica convenzionale è limitata in profondità rispetto a un trombo di una ferita da puntura completamente formato, da 200 a 300 μm in Z1, e in livello di risoluzione rispetto alle dimensioni degli organelli piastrinici e alla loro spaziatura, spesso inferiore a 30 nm2. La microscopia ottica a due fotoni può fornire la profondità di imaging necessaria, ma non migliora significativamente la risoluzione. I più recenti progressi nella microscopia ottica, ad esempio le tecniche di super-risoluzione, sono ancora limitati alla risoluzione, in pratica ~20 nm in XY e il doppio in Z, e alla profondità limitata, non più della microscopia ottica convenzionale. Inoltre, la microscopia ottica a super-risoluzione, come gran parte della microscopia ottica di ricerca, si basa sulla microscopia a fluorescenza, una tecnica che è intrinsecamente orientata verso un piccolo insieme di proteine candidate per le quali esistono buoni anticorpi o buoni costrutti marcati3. In conclusione, la microscopia elettronica a scansione convenzionale può, al massimo, visualizzare la superficie del trombo ricco di piastrine in formazione.
Per superare questi limiti tecnici alla caratterizzazione della struttura del trombo, avevamo tre obiettivi. In primo luogo, produrre in modo riproducibile una ferita da puntura definita in una vena o arteria di topo che potrebbe quindi essere prontamente stabilizzata in situ mediante fissazione chimica. In secondo luogo, applicare una procedura preparativa che enfatizzi la conservazione della membrana, un obiettivo coerente con l'obiettivo di definire la posizione delle singole piastrine all'interno del trombo in formazione. In terzo luogo, utilizzare una tecnica di visualizzazione imparziale che, in una singola immagine, potrebbe essere scalata da nanometri a quasi millimetri.
La microscopia elettronica montata su larga area è stata scelta come principale tecnica di visualizzazione finale per un unico importante motivo: nell'imaging al microscopio elettronico, si vede una vasta gamma di caratteristiche all'interno di una cellula che delinea i suoi organelli e le caratteristiche all'interno degli organelli. Piccoli oggetti come i ribosomi possono essere riconosciuti. Questa gamma di caratteristiche è dovuta al fatto che i coloranti di metalli pesanti densi di elettroni, uranile, piombo e osmio, che vengono utilizzati per la microscopia elettronica per produrre contrasto, si legano a un'ampia gamma di molecole. In un'immagine al microscopio elettronico, si vede molto di ciò che c'è, mentre con gli approcci di immunofluorescenza e marcatura delle proteine, si vede solo ciò che si illumina. Ciò significa, ad esempio, i siti antigenici presenti su una data singola specie proteica. Nel caso di una molecola marcata, spesso una proteina, è il sito o i siti in cui si trova quella proteina. Tutte le altre molecole sono scure e non illuminate. Tuttavia, questa scelta della microscopia elettronica è pratica? Un trombo da puntura ha una dimensione di 300 x 500 μm e, con una dimensione dei pixel di 3 nm, si tratta di un'immagine di 100.000 x 167.000 pixel. Una fotocamera per microscopio elettronico di alta qualità ha 4000 x 4000 pixel. Ciò significa che circa 1000 fotogrammi devono essere uniti/fusi per dare un'unica immagine. Questa è una possibilità che è stata presente nella maggior parte dei microscopi elettronici prodotti negli ultimi 15 anni. Il tavolino del microscopio è computerizzato e le immagini possono essere unite insieme con un computer. Questa è la logica che ha portato alle scelte alla base della formulazione del protocollo presentato.
In conclusione, presentiamo di seguito una serie di passaggi che forniscono una ferita riproducibile nella vena o nell'arteria dei topi che poi, seguendo le fasi di fissazione in situ e le successive fasi di inclusione, possono essere visualizzate mediante microscopia elettronica a trasmissione ad ampia area montata su scala nm e nell'immagine cucita visualizzata su scala vicina ai mm, la scala dell'effettiva trombo fisso. Una scalabilità di questo tipo è necessaria per comprendere la formazione di trombi sia come un problema in ematologia/salute che come un sistema di biologia dello sviluppo in cui le piastrine sono il principale tipo di cellula. Questi progressi offrono una delle principali virtù della microscopia elettronica, vale a dire che si vede ciò che c'è, non solo ciò che si illumina. Per un protocollo dettagliato sulla preparazione dei campioni per la microscopia elettronica a scansione frontale a blocchi seriali (SBF-SEM), il lettore è indirizzato a un recente articolo di Joshi et al.4.
Gli esperimenti sono stati esaminati e approvati dall'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) dell'Università dell'Arkansas per le scienze mediche. Qui sono stati utilizzati topi C57BL/6 maschi e femmine di età compresa tra 8 e 12 settimane. Questi topi sono giovani adulti con scarso accumulo di grasso. Le stesse procedure sono applicabili ai mutanti dei topi per varie proteine importanti per l'emostasi, come il fattore di von Willebrand o la glicoproteina piastrinica VI (GPVI)5,6. Tutte le attrezzature, gli strumenti chirurgici, i reagenti e gli altri materiali utilizzati sono mostrati nella Figura 1 ed elencati nella Tabella dei materiali.
1. Ferita da puntura della vena giugulare/arteria femorale 1,7
2. Raccolta di campioni per microscopia elettronica
3. Preparazione del campione per la microscopia elettronica a trasmissione ad ampio raggio (WA-TEM)
NOTA: Questa fase rappresenta un punto decisionale in cui lo sperimentatore si impegna a prepararsi per il WA-TEM. Questa procedura preparativa non supporta SBF-SEM. Per SBF-SEM volume EM, tutte le colorazioni devono essere eseguite prima dell'inclusione nella plastica. Si prega di consultareil punto 4 per un protocollo di preparazione SBF-SEM.
Quantificazione degli effetti dei farmaci sul tempo di sanguinamento della ferita da puntura
I tempi di sanguinamento della ferita da puntura forniscono un modello fisiologico di un rischio farmacologico che può essere facilmente eseguito nei topi. I risultati che derivano da un esperimento su una ferita da puntura sono predittivi. Qui, mostriamo una curva di sanguinamento dose-risposta di dabigatran. Il dabigatran, un inibitore della trombina, è usato come anticoag...
Presentiamo una procedura dettagliata per la produzione di trombi emostatici nelle vene giugulari e nelle arterie femorali, la loro fissazione di perfusione in situ e l'elaborazione del campione per la microscopia elettronica a trasmissione ad ampia area montata. Le procedure complessive sono utili per generare trombi emostatici per l'analisi ultrastrutturale e per confrontare i tempi di sanguinamento in topi sperimentali, ad esempio topi trattati con diversi tipi e dosaggi di f...
Gli autori non hanno conflitti di interesse relativi a questo studio.
Gli autori ringraziano i colleghi dell'Università dell'Arkansas per le Scienze Mediche (Jerry Ware e Sung W. Rhee), dell'Università della Pennsylvania (Tim Stalker e Lawrence Brass), dell'Università del Kentucky (Sidney W. Whiteheart e Smita Joshi) e del National Institute of Bioimaging and Bioengineering del National Institutes of Health (Richard D. Leapman e Maria A. Aronova) dai quali abbiamo imparato molto. Gli autori esprimono apprezzamento all'American Heart Association e al National Heart Lung and Blood Institute del National Institutes of Health (R01 HL119393, R56 HL119393, R01 155519 a BS e sovvenzioni secondarie da NIH sovvenzioni R01 HL146373 e R35 HL150818) per il sostegno finanziario.
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 |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon