Pipeline per lo studio anatomico tridimensionale multiscala del cuore umano

Riepilogo

Questo protocollo presenta una pipeline completa per analizzare campioni ottenuti da cuori umani che abbracciano le scale microscopiche e macroscopiche.

Abstract

Lo studio dettagliato dei cuori umani non falliti rigettati per il trapianto offre un'opportunità unica per eseguire analisi strutturali su scala microscopica e macroscopica. Queste tecniche includono la pulizia dei tessuti (imaging tridimensionale (3D) di organi puliti con solvente abilitati per l'immunomarcatura modificata) e la colorazione immunoistochimica. Le procedure di esame mesoscopico comprendono la dissezione stereoscopica e la tomografia microcomputerizzata (TC). Le procedure di esame macroscopico includono la dissezione macroscopica, la fotografia (compresi gli anaglifi e la fotogrammetria), la TC e la stampa 3D del cuore sezionato fisicamente o virtualmente o dell'intero cuore. Prima dell'esame macroscopico, può essere eseguita la fissazione pressione-perfusione per mantenere l'architettura 3D e la morfologia fisiologicamente rilevante del cuore. L'applicazione di queste tecniche in combinazione per studiare il cuore umano è unica e cruciale per comprendere la relazione tra caratteristiche anatomiche distinte come la vascolarizzazione coronarica e l'innervazione miocardica nel contesto dell'architettura 3D del cuore. Questo protocollo descrive le metodologie in dettaglio e include risultati rappresentativi per illustrare i progressi nella ricerca sull'anatomia cardiaca umana.

Introduzione

Poiché la funzione segue la forma, la comprensione dell'architettura del cuore è fondamentale per apprezzarne la fisiologia. Sebbene numerose indagini abbiano rivelato l'anatomia cardiaca dalla micro alla macroscala ^1,2,3, molte questioni rimangono irrisolte, in particolare quelle relative all'anatomia cardiaca umana. Ciò è in parte dovuto al fatto che gli studi di base incentrati sull'anatomia funzionale hanno generalmente utilizzato cuori di animali ^4,5,6, che sono spesso distinti ....

Protocollo

Questo studio ha utilizzato campioni di tessuto anonimizzati raccolti da cuori umani di donatori non falliti ed è stato approvato dall'Institutional Review Board dell'Università della California, Los Angeles (UCLA). I campioni sono stati ottenuti da cuori non falliti che sono stati rifiutati per il trapianto. I cuori sono stati perfusi a pressione, fissati in paraformaldeide al 4% (PFA) e sottoposti a imaging prima dell'elaborazione dei tessuti con i seguenti metodi. La Figura 1 riassume il diagramma di flusso dell'ordine dello studio. I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate nello studio sono elencati nella tabella....

Discussione

Il presente studio dimostra la pipeline completa per analizzare campioni ottenuti da cuori umani interi. I risultati rappresentativi mostrano esami anatomici su micro-macroscala eseguiti di routine per un singolo cuore. Poiché un campione di cuore umano è estremamente prezioso, un approccio multiscala è ideale ed efficace in modo da non sprecare alcuna parte del campione applicando più protocolli per vari scopi, tra cui la scoperta nella ricerca scientifica, il miglioramento delle procedure cliniche e l'educazione an.......

Materiali

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