Name: 3d whole-heart myocardial tissue analysis
Uploaded: 2017-04-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 53 s
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저자는 동물 실험과의 도움을 말리진 얀센, 조이스 비저, 그리고 마티 반 Nieuwburg에게 감사의 말씀을 전합니다. 우리는 크게 MRI 이미징과의 지원 마티 Froeling과 안케 와싱크 인정합니다.

생체 내 실험은 실험 동물 연구의 연구소에 의해 제조 된 실험 동물의 관리에 대한 가이드에 따라 및 사용에 실시했다. 실험은 로컬 동물 실험위원회에 의해 승인되었다. 및 포함 주사 용액의 제조 (1) <ol><li> 주 사용 젤을 준비합니다. <ol><li> 13는 이전에 설명 된 프로토콜에 따라 12 우레이도 - 피리 미디 논 (UPy) 겔 1 ㎖를 준비한다. </li><li> 이 용액에 추가 초상 자성 산화철 입자 (SPIOs)는 15 ㎍ / ml의 농도를 얻을 균일 분포 5 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 10,000 비즈 / ml의 농도를 얻기 위해 용액에 형광 마이크로 비드를 첨가하고 균일 한 분포를 5 분 동안 혼합물을 교반한다. </li><li> 어두운 곳에서 실온에서 생성 된 혼합물을 저장한다. 따뜻하고 소용돌이 또는 교반 t곧 주입 절차 전에 그는 솔루션입니다. </li></ol></li><li> 매립 용액을 준비한다. <ol><li> 실온 수돗물로 시작하고 (한천) 4 중량 %의 농도로 아가로 오스를 추가한다. </li><li> 천천히 전자 레인지를 사용하여 비점 용액을 가열하고, 가열시에 빈번하게 교반한다. 비점 스토어에 도달하고, 2 시간 동안 70 ° C 위 한천 용액을 계속하면 갇힌 공기가 표면 있도록. </li><li> 한천은 매립시까지 50 ~ 60 ° C 사이의 온도를 실온에서 냉각되도록. </li></ol></li></ol> 2. 사출 절차 <ol><li> 이전 14 설명 된 바와 같이, 900 mg을 경구 투여 (항 부정맥 제제, 항 혈소판 치료 및 진통제), 마취, 정맥 액세스 및 삽관을 수행합니다. </li><li> 심근 주입 카테터 (재료 표)를 사용하는 주사를 수행한다. 각 주입 0.혼합물을 2 ㎖의 분사 장치를 사용하여 0.3 ㎖ / min의 일정한 속도로 하나 개의 덩어리로 주입된다. IBZ (12)을 따라 상이한 위치에서 주사를 놓는다. </li><li> 종래, 동물을 안락사에 가돌리늄 계 조영제 15 분 0.2 ㎖ / kg (1.0 밀리몰 / ㎖) 관리. </li><li> 정맥 내, 동물을 안락사 7.5 % 염화칼륨 20㎖의 관리. </li><li> Koudstaal 등에 의해 설명 된 바와 같이, 8.3 - 프로토콜 다음과 같은 안전 종격동 액세스 8.2 단계를 반복합니다. (14). 우심방에서 하부 대정맥 정맥 5 센티미터 절단되고 흡입 장치와 유출되는 혈액을 제거한다. 마음을 절제하고 실온에서 0.9 % 식염수로 씻어. </li></ol> 3. 임베딩 절차 <ol><li> 마음을 준비합니다. <ol><li> 그대로 심방과 심실을 유지하면서 마음에서 심낭을 제거합니다. ± 1cm Klinkenberg를 사용 대동맥판 위 대동맥을 해부가위. 심방으로부터 하부 대정맥을 정맥 ± 1cm 컷하고 폐정맥에 대해서도 똑같이. </li><li> 매립 플라스틱 용기 (17 X 15 X 15cm, 가로 x 세로 x 높이) 삽입시에 심장의 부상을 방지하기 위해 2-0 봉합사를 이용하여 (도 1a)의 바닥 중심의 정점 봉합사. </li><li> 심장이 중심으로되어 있는지 확인하고 용기 (그림 1B)의 벽을 터치하지, 2-0를 사용하여 용기의 림에 대동맥의 나머지 부분을 봉합. </li></ol></li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54974/54974fig1.jpg" /> 그림 1 : 도식 개요 및 퍼가기 컨테이너의 사진입니다. (A) 매립 처리의 개요도. 마음 (빨간색)은 봉합사를 사용하여 컨테이너 (파란색)에 고정된다. 한천 용액과 마음을 충전 한 후, 심장 주위의 공간이 채워집니다. 마지막으로,두 개의 경질 플라스틱 튜브 (황색)는 화상 등록시 기준 역할을하는 중심부를 만지고 다음에 있지만, 용기 내에 위치한다. 매립 용기에 고정 된 심장의 (B)의 사진. 봉합은 모기 클램프를 이용하여 상기 용기의 림에 고정되어있다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54974/54974fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol start="2"><li> 최종 이완기 같은 형상에 마음을 삽입. 참고 : 기포 생성의 예방이 필요하다. 대형 공기 한천 용액에 존재하는 거품 경우, 기포 표면 있도록 40 ° C에서 한천을 유지한다. <ol><li> 모기 클램프를 사용하여 정맥 열등한 대정맥을 클램프. 천천히 우심방과 우심실 모두가 완전히 채워질 때까지 우수한 대정맥 정맥 우심방에 50ml의 주사기를 이용하여 액체 한천을 주입. </li><li> mosquit를 사용하여 폐 혈관 클램프오 클램프. 부드럽게 대동맥 밸브를 통해 역행 한천 채워진 50 ml 주사기를 통과한다. 천천히 LV 및 좌심방이 완전히 채워질 때까지 좌심실 (LV)의 용액을 주입. 좌심실를 작성 후, LV에 한천을 유지하기 위해 대동맥 클램프. </li><li> 마음이 완전히 덮여 때까지 용기에 남아있는 한천을 부어. 이후 화상 등록부 (도 1a)에 대한 기준 구조체 역할을 매립 용기 내에서 두 개의 경질 플라스틱 튜브를 놓는다. 튜브는 용기 또는 마음의 벽을 만지지 않도록합니다. </li><li> 7 °의 C - 한천 2 응고 보자. </li></ol></li></ol> 4. 이미지 수집 <ol><li> 컨테이너에 포함 된 마음의 횡단 생체 MRI 검사를 수행합니다. <ol><li> 헤드 코일 내부에 매립 심장 (자재 표)로 컨테이너를 배치. </li><li> 슬라이스는 용기의 바닥에 평행 Angulate. 용도각 생체 MRI 시퀀스에서 동일한 방향 및 만곡. </li><li> 심근 시각화, 유체 감쇠 역 회복 다음 매개 변수 (FLAIR) 서열 수행 반복 시간 [TR] / 에코 시간 [TE = 10 초 / 140 밀리 플립 각 = 90 °, 화소 크기 = 0.5 × 0.5 mm보기 [FOV = 169 X 169 mm의 필드, 320 × 320 매트릭스 및 3 mm 슬라이스 두께. </li><li> [TR] / [TE = 5.53 MS / 1.69 MS 플립 각 = 25 °, 화소 크기 = 1.0 × 1.0 mm, [: 심근 경색을 가시화하기 위해, 다음의 파라미터들 (LGE) 시퀀스 향상된 늦은 가돌리늄 수행 FOV = 169 X 169 mm, 176 X 176 매트릭스 및 3 mm 슬라이스 두께. </li><li> - 24.6 MS 플립 각 = 15 °, 화소 [TR] / [TE = 88.7 MS / 1.9의 범위를 갖는 15 개의 동일한 분산의 TE하십시오 T2 다음 매개 변수 * -weighted 구배 에코 시퀀스를 수행 SPIOs 시각화 크기 = 0.5 × 0.5 mm, [FOV = 169 X 169 mm, 320 × 320 매트릭스 및 3 mm 슬라이스 두께. </li></ol></li><li> 조직의 사전 처리노래 <ol><li> 거꾸로 컨테이너를 켜고 용기에서, 심장을 포함한 고체 한천 용액을 제거 한천 용기의 측면 사이의 공기를 할 수 있습니다. 고체 한천에서 플라스틱 막대를 제거합니다. </li><li> 제 고기 슬라이서를 사용하여 심장의베이스에 정점으로부터 5 mm 조각의 중심부를 포함하는 한천 블록. 한천 블록의 아래쪽에 평행하게 절단하여 절단 조각 획득 된 MR 화상에서와 같은 만곡의 유지. </li><li> 37 ℃에서 0.9 %의 생리 식염수에 용해 된 2,3,5- triphenyltetrazoliumchloride (TTC)의 1 중량 %에서 15 분 동안 (심장 포함) 한천 조각을 염색 및 수직 시야에서 양쪽의 조각을 촬영 (도 2A). 다음, 조심스럽게 0.9 % 식염수의 조각을 씻어. 참고 :이 연구에서 우리는 적절한 렌즈 / 목적, 삼각대, 균일 한 조명과 함께 DSLR 카메라 설정을 사용했다. 그러나, 사진은 단지 흉터 영역의 평가를위한 대조군으로그래서 우리는 다른 설정을 사용할 수도. </li></ol></li><li> 형광 이미징 주 : 따라서, 선택된 여기 레이저 형광 마이크로 비드의 여기 및 방출 파장에 따라 (예를 들어, 여기에 사용되는 적색 마이크로 비드는 각각 580 nm 내지 605 nm의 여기 스펙트럼과 발광 파장을 가지고이 적절한 필터 블록 및 여기 레이저를 선택 대역 통과 필터는 532 nm의 30분의 580 nm 내지 30분의 610 nm의 각각)로 설정 하였다. <ol><li> 가변 모드 스캐너를 선택 형광 모드 영상. 430 V 또는 등가의 광전자 증 배관, 100 × 100 μm의 픽셀 크기를 설정한다. 형광 마이크로 비드의 여기 파장으로 여기 레이저 (532 ㎚)에 가장 가까운 선택. </li><li> 제 1 필터 블록, 주입 된 형광 비드 (채널 1)의 발광 파장과 중첩 대역 통과 필터 (30분의 580 나노 미터)을 선택한다. 전자 바깥 번째 필터 블록 (30분의 610)를위한 대역 통과 필터를 선택미션 파장 (채널 2). 제 2 필터 블록은 대조군 역할을 그대로 분사 위치를 유지하면서 자동 형광을 제거 참고. </li><li> 두 채널을 이용하여 가변 모드 레이저 스캐너의 형광 모드 한천 조각의 양면을 스캔. 각 조각은 완전히 참조 구멍을 포함하여, 스캔되어 있는지 확인합니다. </li></ol></li></ol> 5. 후가공 참고 : 이미지 후 처리의 첫 번째 단계는 내향 및 심 외막 국경뿐만 아니라 주사 부위를 추적하기 위해 자체 개발 한 스크립트를 사용하여 심근의 수동 분할이다. 이것은 MRI와 형광 검사 모두 동일합니다. <ol><li> 세그먼트 자기 공명 영상 검사에서 심근. <ol><li> 세그먼트 감각 MRI 시퀀스 이미지에 심 내막과 심 외막 브 보더스. </li><li> LG 전자 MRI 시퀀스에 LGE-MRI 데이터 세트 세그먼트에 단계 5.1.1에서 흉터를 LV 분할 복사. </li><li> 좌심실의 심근 * -weighted 세트 및 세그먼트 SPIO 증착에 T2의 단계 5.1.1에서 심근 세그먼트를 복사한다. </li></ol></li><li> 형광 이미지를 처리하고 세분화를 수행합니다. <ol><li> 가변 모드 스캐너로부터 얻어진 파일을로드하고, 각 단면 중심 슬라이스의 별도의 이미지를 만든다. </li><li> 방향 정점과 정점으로부터 기부으로 배향되는 두 채널의 스택에 형광 이미지를 정렬베이스 스캔 된 슬라이스 플립. </li><li> 형광 이미지에 세그먼트 심 내막과 심 외막 브 보더스. </li><li> 세그먼트 형광 이미지에 수동으로 흉터 및 사용하는 LG 전자-MRI 스캔과 사진은 흉터의 형태를 확인합니다. </li><li> 자동 형광을 제외 채널 1의 화상 스택에서 채널 2의 화상 스택을 뺀다. 수동 세그먼트는 형광 마이크로 비드 침착하고 확인 * 이미지를 T2를 사용합니다. </li></ol></li><li> 만들다해부학 - 정확한 3 차원 형상은, 기준 구조 (경질 관에 의해 생성 된 구멍)에 기초하여 화상 스택의 조각 경질 등록을 수행한다. 계산하고 각 이미지의 적용 번역 및 회전을 저장합니다. </li><li> 이미지 스택과 세분화에 저장된 변환을 적용합니다. 선형 오리지널 슬라이스 두께를 재구성하고, 상기 데이터의 3D 모델을 생성하기 위해 슬라이스의 양측의 세그먼테이션을 보간. </li></ol> 6. 분석 <ol><li> 분사 정확도를 평가하기 위해 주사 부위의 센터와 IBZ 사이의 거리의 2D 및 / 또는 3D 측정을 수행합니다. 좌심실 분할의 내막 국경의 거리를 측정합니다. 도 2c 및도 2f에서, 2 차원 및 3 차원 측정의 예는 적색 라인으로 표시된다. </li></ol>

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이 프로토콜에 따라 전체 심장 3D 심근 조직 처리 경색의 IBZ 및 심장의 해부학에 대해 수행 된 주입의 3 차원 분석을 가능하게하는 구조화 된 방법을 제공한다. 마음의 충전 볼륨이 원하는 분석에 따라 달라집니다. 본 연구에서는 사출 정확성을 평가하기 위해, 우리는 최대한 가깝게 최종 이완기 형상을 닮은 마음을 채우기 위해 목표. 이를 적용하려면 LV 에이펙스는 용기의 바닥에 고정되고, 폐정?...

허혈성 심장 질환은 과거 수십 년 1 죽음의 세계의 주요 원인이었다. 심근 경색 후 급성 치료는 경피적 관상 동맥 중재술 또는 관상 동맥 우회술을 통해 심근에 혈액의 흐름을 복원하는 것을 목표로하고있다. 심각한 경색에서 심근의 넓은 지역은 상처되며, 이러한 경우는 종종 허혈성 심부전 (HF)이 발생. HF 예방에 초점과 HF 환자의 심장 기능의 보존을위한 현재 치료 옵션이 아닌 재생합니다. 지난 10 년 동안 심장 재생 치료는 HF 3에 대한 치료 옵션으로 조사되었다. 이 치료는 재관류, 심근 보호, 분화를 유도하기 위해 직접 부상 심근에, 같은 줄기 세포 또는 성장 인자 등의 생물학적 제제를 제공하는 것을 목표로, 성장 4. 최적의 경우치료 효과는,이 생물이 생물의 생존 및 대상 영역 (5, 6)에 대한 최적의 효과를 잘 조직 관류를 용이하게하기 위해 경색 경계 존 (IBZ)에 주입해야한다고 가정한다. 다수의 기술은 심근 주사 7, 8, 9, 10, 11를 안내하는 IBZ 식별 및 시각화를 수행하기 위해 개발되었다. IBZ의 식별 및 시각화 외에, 배달도 사용되는 생체 재료 및 주입 카테터에 의존한다. 전달 기술의 분사 정밀도를 검증하기 위해, 정확하고 재현 가능한 정량 분석 ​​방법이 요구된다. 우리는 전체 심장 심근 조직의 2 차원 (2D) 제공 처리 및 3 dimensio위한 프로토콜을 개발했습니다정성 및 정량 연구에 사용할 수있는 최종 (3D) 영상은, 목표로하고있다. 프로토콜은 매립 처리 및 디지털 이미지 분석을 포함한다. 본 논문에서는 만성 심근 경색의 큰 돼지 모델에서 IBZ에서 심근 내 주입의 타겟팅 정확도 평가를위한 프로토콜을 보여줍니다.

<table><tbody><tr><td>0.9% Saline</td><td>Braun</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Roche Diagnostics</td><td></td><td>Scientific grade multipurpose agar</td></tr><tr><td>Biomolecular fluorescence scanner Typhoon 9410&amp;nbsp;</td><td>GE Healthcare</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Embedding container</td><td></td><td></td><td>Plastic, dimensions 17 x 14.5 x 14 cm</td></tr><tr><td>FluoSpheres Polystyrene Microspheres</td><td>Invitrogen</td><td>F8834</td><td>red, 10 &amp;micro;m</td></tr><tr><td>Gadolinium</td><td>Gadovist</td><td></td><td>1.0 mmol/mL</td></tr><tr><td>dS 32 channel head coil</td><td>Philips</td><td></td><td>Or similar</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Mathworks</td><td></td><td>To insure compatability 2015a or newer</td></tr><tr><td>Meat slicer</td><td>Berkel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Myostar injection catheter</td><td>Biosense Webster</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Super paramagnetic iron oxide particles</td><td>Sinerem</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Triphenyl-tetrazolium chloride</td><td>Merck</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UPy-PEG10k</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vicryl 2-0</td><td>Ethicon</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

3d whole-heart myocardial tissue analysis

심장 재생 치료 보호 및 허혈성 심장 질환 환자에 부상 심장을 복구하는 것을 목표로하고 있습니다. 줄기 세포 또는 경색 경계 존 (IBZ)에 angio- 또는 혈관 생성을 향상 다른 생물학적 물질을 주입함으로써, 조직 관류가 개선되고, 심근은 상기 손상으로부터 보호 할 수있다. 최대 치료 효과의 경우, 회생 물질이 가장 IBZ에 전달되는 것을 가정한다. 이것은 정확한 주사를 필요로하며, 새로운 사출 기술의 개발을 주도하고있다. 이러한 새로운 기술을 검증하기 위해, 우리는 심근 조직 분석을 기반으로 검증 프로토콜을 설계했다. 이 프로토콜은 상세한 이차원 (2D)와 심장의 해부학 및 심근 내 주사를 3 차원 (3D)을 분석 할 수 전체 심장 심근 조직 처리를 포함한다. 돼지에서 심근 경색은 좌전 하행 관상 동맥의 90 분 폐색에 의해 만들어졌습니다. 네 주 후에하는 믹스트초상 자성 산화철 입자 (SPIOs) 형광 비드와 함께 하이드로 겔 URE은 최소 침습 방식 내막을 사용 IBZ에 주입 하였다. 1 시간 주입 과정을 거친 후, 돼지를 안락사시키고, 심장을 절제하고, 아가로 오스 임베드 (한천). 한천의 고형화 후에, 자기 공명 영상 (MRI), 심장의 슬라이싱 및 형광 이미징을 실시 하였다. 영상 후 처리 한 후, 3 차원 분석은 IBZ 타겟팅 정확성을 평가하기 위해 수행 하였다. 이 프로토콜은 IBZ 심근에 주입의 타겟팅 정확성을 평가하기위한 구조화 재현 방법을 제공한다. 흉터 조직 및 / 또는 전체 심장의 분사 정밀도의 검증 처리가 요구되는 경우, 프로토콜은 쉽게 이용 될 수있다.

조직 임베딩 매립 공정을 통해 최종 확장기와 같은 형상이 설립되었다. 성공적으로 조직을 가능하게 심장 조직에 부착 된 한천은 동일한 슬라이스 두께 (도 2A 및 2C)로 원하는 만곡에서 분리된다. Scar- 및 주사 부위 평가 <p class="jove_content" fo:keep-together.within...

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3D Whole-heart Myocardial Tissue Analysis

이 프로토콜은 MRI와 전체 심장 심근 조직의 3 차원 비교를위한 새로운 방법을 설명합니다. 이는 심근 경색의 만성 돼지 모델의 경색 경계 영역에서 심근 내 주입의 정확한 평가를 위해 설계되었습니다.

3D 전체 심장 심근 조직 분석

Cardiac regenerative therapies aim to protect and repair the injured heart in patients with ischemic heart disease. By injecting stem cells or other ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

8.7K 조회수.  University Medical Center Utrecht.  이 프로토콜은 MRI와 전체 심장 심근 조직의 3 차원 비교를위한 새로운 방법을 설명합니다. 이는 심근 경색의 만성 돼지 모델의 경색 경계 영역에서 심근 내 주입의 정확한 평가를 위해 설계되었습니다. 

비디오: 3D Whole-heart Myocardial Tissue Analysis

Ultrasonic Assessment of Myocardial Microstructure

Echocardiography is a widely accessible imaging modality that is commonly used to noninvasively characterize and quantify changes in cardiac structure and function. Ultrasonic assessments of cardiac tissue can include analyses of backscatter signal intensity within a given region of interest. Previously established techniques have relied predominantly on the integrated or mean value of backscatter signal intensities, which may be susceptible to variability from aliased data from low frame rates and time delays for algorithms based on cyclic variation. Herein, we describe an ultrasound-based imaging algorithm that extends from previous methods, can be applied to a single image frame&#160;and accounts for the full distribution of signal intensity values derived from a given myocardial sample. When applied to representative mouse and human imaging data, the algorithm distinguishes between subjects with and without exposure to chronic afterload resistance. The algorithm offers an enhanced surrogate measure of myocardial microstructure and can be performed using open-access image analysis software.

Echocardiography is commonly used to noninvasively characterize and quantify changes in cardiac structure and function. We describe an ultrasound-based imaging algorithm that offers an enhanced surrogate measure of myocardial microstructure and can be performed using open-access image analysis software.

심근 미세 구조의 초음파 평가

Echocardiography is a widely accessible imaging modality that is commonly used to noninvasively characterize and quantify changes in cardiac structure and ...

연구

의학

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that MicroCT provides quantitative high-resolution three-dimensional (3D) anatomical data non-destructively and longitudinally. Most importantly, with the development of a novel preclinical iodinated contrast agent called eXIA160, functional and metabolic assessment of the heart became possible. However, prior to the advent of commercial MicroCT scanners equipped with X-ray flat-panel detector technology and easy-to-use cardio-respiratory gating, preclinical studies of cardiovascular disease (CVD) in small animals required a MicroCT technologist with advanced skills, and thus were impractical for widespread implementation. The goal of this work is to provide a practical guide to the use of the high-speed Quantum FX MicroCT system for comprehensive determination of myocardial global and regional function along with assessment of myocardial perfusion, metabolism and viability in healthy mice and in a cardiac ischemia mouse model induced by permanent occlusion of the left anterior descending coronary artery (LAD).

In Vivo Quantitative Assessment of Myocardial Structure, Function, Perfusion and Viability Using Cardiac Micro-computed Tomography

This method outlines the use of Quantum Micro-Computed Tomography (MicroCT) to assess cardiac morphology, function, perfusion, metabolism and viability with iodinated contrast agent in mice with experimentally-induced myocardial ischemia. The technique can be applied for non-destructive high-throughput longitudinal in vivo imaging of various animal models of human heart disease.

심근 구조, 기능의 생체 양적 평가에서 관류 및 생존 능력은 심장 마이크로 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여

The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that ...

생체공학

Capturing the Cardiac Injury Response of Targeted Cell Populations via Cleared Heart Three-Dimensional Imaging

Cardiovascular disease outranks all other causes of death and is responsible for a staggering 31% of mortalities worldwide. This disease manifests in cardiac injury, primarily in the form of an acute myocardial infarction. With little resilience following injury, the once healthy cardiac tissue will be replaced by fibrous, non-contractile scar tissue and often be a prelude to heart failure. To identify novel treatment options in regenerative medicine, research has focused on vertebrates with innate regenerative capabilities. One such model organism is the neonatal mouse, which responds to cardiac injury with robust myocardial regeneration. In order to induce an injury in the neonatal mouse that is clinically relevant, we have developed a surgery to occlude the left anterior descending artery (LAD), mirroring a myocardial infarction triggered by atherosclerosis in the human heart. When matched with the technology to track changes both within cardiomyocytes and non-myocyte populations, this model provides us with a platform to identify the mechanisms that guide heart regeneration. Gaining insight into changes in cardiac cell populations following injury once relied heavily on methods such as tissue sectioning and histological examination, which are limited to two-dimensional analysis and often damage the tissue in the process. Moreover, these methods lack the ability to trace changes in cell lineages, instead providing merely a snapshot of the injury response. Here, we describe how technologically advanced methods in lineage tracing models, whole organ clearing, and three-dimensional (3D) whole-mount microscopy can be used to elucidate mechanisms of cardiac repair. With our protocol for neonatal mouse myocardial infarction surgery, tissue clearing, and 3D whole organ imaging, the complex pathways that induce cardiomyocyte proliferation can be unraveled, revealing novel therapeutic targets for cardiac regeneration.

Cardiomyocyte proliferation following injury is a dynamic process that requires a symphony of extracellular cues from non-myocyte cell populations. Utilizing lineage tracing, passive CLARITY, and three-dimensional whole-mount confocal microscopy techniques, we can analyze the influence of a variety of cell types on cardiac repair and regeneration.

클리어 심장 3 차원 이미징을 통해 표적 세포 집단의 심장 손상 반응을 캡처

Cardiovascular disease outranks all other causes of death and is responsible for a staggering 31% of mortalities worldwide. This disease manifests in ...

발생학

A Net Mold-based Method of Scaffold-free Three-Dimensional Cardiac Tissue Creation

This protocol describes a novel and easy net mold-based method to create three-dimensional (3-D) cardiac tissues without additional scaffold material. Human-induced pluripotent stem-cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs), human cardiac fibroblasts (HCFs), and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) are isolated and used to generate a cell suspension with 70% iPSC-CMs, 15% HCFs, and 15% HUVECs. They are co-cultured in an ultra-low attachment "hanging drop" system, which contains micropores for condensing hundreds of spheroids at one time. The cells aggregate and spontaneously form beating spheroids after 3 days of co-culture. The spheroids are harvested, seeded into a novel mold cavity, and cultured on a shaker in the incubator. The spheroids become a mature functional tissue approximately 7 days after seeding. The resultant multilayered tissues consist of fused spheroids with satisfactory structural integrity and synchronous beating behavior. This new method has promising potential as a reproducible and cost-effective method to create engineered tissues for the treatment of heart failure in the future.

This protocol describes a net mold-based method to create three-dimensional scaffold-free cardiac tissues with satisfactory structural integrity and synchronous beating behavior.

비 계-무료 3 차원 심장 조직 창조의 그물 형 기반 방법

This protocol describes a novel and easy net mold-based method to create three-dimensional (3-D) cardiac tissues without additional scaffold material. ...

Fabrication of 3D Cardiac Microtissue Arrays using Human iPSC-Derived Cardiomyocytes, Cardiac Fibroblasts, and Endothelial Cells

Generation of human cardiomyocytes (CMs), cardiac fibroblasts (CFs), and endothelial cells (ECs) from induced pluripotent stem cells (iPSCs) has provided a unique opportunity to study the complex interplay among different cardiovascular cell types that drives tissue development and disease. In the area of cardiac tissue models, several sophisticated three-dimensional (3D) approaches use induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) to mimic physiological relevance and native tissue environment with a combination of extracellular matrices and crosslinkers. However, these systems are complex to fabricate without microfabrication expertise and require several weeks to self-assemble. Most importantly, many of these systems lack vascular cells and cardiac fibroblasts that make up over 60% of the nonmyocytes in the human heart. Here we describe the derivation of all three cardiac cell types from iPSCs to fabricate cardiac microtissues. This facile replica molding technique allows cardiac microtissue culture in standard multi-well cell culture plates for several weeks. The platform allows user-defined control over microtissue sizes based on initial seeding density and requires less than 3 days for self-assembly to achieve observable cardiac microtissue contractions. Furthermore, the cardiac microtissues can be easily digested while maintaining high cell viability for single-cell interrogation with the use of flow cytometry and single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). We envision that this in vitro model of cardiac microtissues will help accelerate validation studies in drug discovery and disease modeling.

Here, we describe an easy-to-use methodology to generate 3D self-assembled cardiac microtissue arrays composed of pre-differentiated human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, cardiac fibroblasts, and endothelial cells. This user-friendly and low cell requiring technique to generate cardiac microtissues can be implemented for disease modeling and early stages of drug development.

인간 iPSC 유래 심근세포, 심장 섬유아세포 및 내피 세포를 사용하여 3D 심장 미세 조직 배열의 제조

Generation of human cardiomyocytes (CMs), cardiac fibroblasts (CFs), and endothelial cells (ECs) from induced pluripotent stem cells (iPSCs) has provided ...

Developing 3D Organized Human Cardiac Tissue within a Microfluidic Platform

The leading cause of death worldwide persists as cardiovascular disease (CVD). However, modeling the physiological and biological complexity of the heart muscle, the myocardium, is notoriously difficult to accomplish in vitro. Mainly, obstacles lie in the need for human cardiomyocytes (CMs) that are either adult or exhibit adult-like phenotypes and can successfully replicate the myocardium&#39;s cellular complexity and intricate 3D architecture. Unfortunately, due to ethical concerns and lack of available primary patient-derived human cardiac tissue, combined with the minimal proliferation of CMs, the sourcing of viable human CMs has been a limiting step for cardiac tissue engineering. To this end, most research has transitioned toward cardiac differentiation of human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) as the primary source of human CMs, resulting in the wide incorporation of hiPSC-CMs within in vitro assays for cardiac tissue modeling.
Here in this work, we demonstrate a protocol for developing a 3D mature stem cell-derived human cardiac tissue within a microfluidic device. We specifically explain and visually demonstrate the production of a 3D in vitro anisotropic cardiac tissue-on-a-chip model from hiPSC-derived CMs. We primarily describe a purification protocol to select for CMs, the co-culture of cells with a defined ratio via mixing CMs with human CFs (hCFs), and suspension of this co-culture within the collagen-based hydrogel. We further demonstrate the injection of the cell-laden hydrogel within our well-defined microfluidic device, embedded with staggered elliptical microposts that serve as surface topography to induce a high degree of alignment of the surrounding cells and the hydrogel matrix, mimicking the architecture of the native myocardium. We envision that the proposed 3D anisotropic cardiac tissue-on-chip model is suitable for fundamental biology studies, disease modeling, and, through its use as a screening tool, pharmaceutical testing.

The goal of this protocol is to explain and demonstrate the development of a three-dimensional (3D) microfluidic model of highly aligned human cardiac tissue, composed of stem cell-derived cardiomyocytes co-cultured with cardiac fibroblasts (CFs) within a biomimetic, collagen-based hydrogel, for applications in cardiac tissue engineering, drug screening, and disease modeling.

미세 유체 플랫폼 내에서 3D 조직 된 인간 심장 조직 개발

The leading cause of death worldwide persists as cardiovascular disease (CVD). However, modeling the physiological and biological complexity of the heart ...

Tissue Preparation Techniques for Contrast-Enhanced Micro Computed Tomography Imaging of Large Mammalian Cardiac Models with Chronic Disease

Structural remodeling is a common consequence of chronic pathological stresses imposed on the heart. Understanding the architectural and compositional properties of diseased tissue is critical to determine their interactions with arrhythmic behavior. Microscale tissue remodeling, below the clinical resolution, is emerging as an important source of lethal arrhythmia, with high prevalence in young adults. Challenges remain in obtaining high imaging contrast at sufficient microscale resolution for preclinical models, such as large mammalian whole hearts. Moreover, tissue composition-selective contrast enhancement for three-dimensional high-resolution imaging is still lacking. Non-destructive imaging using micro-computed tomography shows promise for high-resolution imaging. The objective was to alleviate sufferance from X-ray over attenuation in large biological samples. Hearts were extracted from healthy pigs (N = 2), and sheep (N = 2) with either induced chronic myocardial infarction and fibrotic scar formation or induced chronic atrial fibrillation. Excised hearts were perfused with: a saline solution supplemented with a calcium ion quenching agent and a vasodilator, ethanol in serial dehydration, and hexamethyldisilizane under vacuum. The latter reinforced the heart structure during air-drying for 1 week. Collagen-dominant tissue was selectively bound by an X-ray contrast-enhancing agent, phosphomolybdic acid. Tissue conformation was stable in air, permitting long-duration microcomputed tomography acquisitions to obtain high-resolution (isotropic 20.7 &#181;m) images. Optimal contrast agent loading by diffusion showed selective contrast enhancement of the epithelial layer and sub-endocardial Purkinje fibers in healthy pig ventricles. Atrial fibrillation (AF) hearts showed enhanced contrast accumulation in the posterior walls and appendages of the atria, attributed to greater collagen content. Myocardial infarction hearts showed increased contrast selectively in regions of cardiac fibrosis, which enabled the identification of interweaving surviving myocardial muscle fibers. Contrast-enhanced air-dried tissue preparations enabled microscale imaging of the intact large mammalian heart and selective contrast enhancement of underlying disease constituents.

Here, we present a protocol to obtain high resolution micro computed tomography images of healthy and pathological large mammalian whole hearts with collagen-selective contrast enhancement.

만성 질환을 앓고 있는 대형 포유류 심장 모델의 콘트라스트 강화 마이크로 컴퓨터 단층 촬영 이미징을 위한 조직 준비 기술

Structural remodeling is a common consequence of chronic pathological stresses imposed on the heart. Understanding the architectural and compositional ...

Mesoscopic Optical Imaging of Whole Mouse Heart

Both genetic and non-genetic cardiac diseases can cause severe remodeling processes in the heart. Structural remodeling, such as collagen deposition (fibrosis) and cellular misalignment, can affect electrical conduction, introduce electromechanical dysfunctions and, eventually, lead to arrhythmia. Current predictive models of these functional alterations are based on non-integrated and low-resolution structural information. Placing this framework on a different order of magnitude is challenging due to the inefficacy of standard imaging methods in performing high-resolution imaging in massive tissue. In this work, we describe a methodological framework that allows imaging of whole mouse hearts with micrometric resolution. The achievement of this goal has required a technological effort where advances in tissue transformation and imaging methods have been combined. First, we describe an optimized CLARITY protocol capable of transforming an intact heart into a nanoporous, hydrogel-hybridized, lipid-free form that allows high transparency and deep staining. Then, a fluorescence light-sheet microscope able to rapidly acquire images of a mesoscopic field of view (mm-scale) with the micron-scale resolution is described. Following the mesoSPIM project, the conceived microscope allows the reconstruction of the whole mouse heart with micrometric resolution in a single tomographic scan. We believe that this methodological framework will allow clarifying the involvement of the cytoarchitecture disarray in the electrical dysfunctions and pave the way for a comprehensive model that considers both the functional and structural data, thus enabling a unified investigation of the structural causes that lead to electrical and mechanical alterations after the tissue remodeling.

We report a method for mesoscopic reconstruction of the whole mouse heart by combining new advancements in tissue transformation and staining with the development of an axially scanned light-sheet microscope.

전체 마우스 심장의 메조스코픽 광학 이미징

Both genetic and non-genetic cardiac diseases can cause severe remodeling processes in the heart. Structural remodeling, such as collagen deposition ...

생물학

Mixed Reality Technology and Three-Dimensional Printing in Teaching: Heart Anatomy as an Example

Mixed reality technology and three-dimensional (3D) printing are becoming more and morecommon in the field of medicine. During the COVID-19 pandemic and immediately after the restrictions had beeneased, many innovations were implemented in the teaching of future doctors. There was also interest in immersive techniques and 3D printing technology in anatomy teaching. However, these are not common implementations. In 2023, 3D prints and holograms in mixed reality technology were prepared for classes focused on the structure of the heart. They were used to teach students, who, with the support of engineers, could learn about the detailed structure of the heart and familiarize themselves with the new technologies that support the traditional model of learning on human cadavers. Students findthis possibility to be highly valuable. The article presents the process of preparing materials for classes and further implementation possibilities. The authors see an opportunity for the development of the presented technologies in students'teaching at various levels of education and the justification for increasingly widespread implementation.

Here, we describe a protocol for constructing a heart model from scratch based on computed tomography and present it to medical students using three-dimensional (3D) printing and mixed reality technology to learn anatomy.

Mixed reality technology and three-dimensional (3D) printing are becoming more and morecommon in the field of medicine. During the COVID-19 pandemic and ...

미시적 규모에서 거시적 규모에 이르기까지 인간의 심장에 대한 포괄적인 3D 분석

Pipeline for Multi-Scale Three-Dimensional Anatomic Study of the Human Heart

Detailed study of non-failing human hearts rejected for transplantation provides a unique opportunity to perform structural analyses across microscopic and macroscopic scales. These techniques include tissue clearing (modified immunolabeling-enabled three-dimensional (3D) imaging of solvent-cleared organs) and immunohistochemical staining. Mesoscopic examination procedures include stereoscopic dissection and micro-computed tomographic (CT) scanning. Macroscopic examination procedures include gross dissection, photography (including anaglyphs and photogrammetry), CT, and 3D printing of the physically or virtually dissected or whole heart. Before macroscopic examination, pressure-perfusion fixation may be performed to maintain the 3D architecture and physiologically relevant morphology of the heart. The application of these techniques in combination to study the human heart is unique and crucial in understanding the relationship between distinct anatomic features such as coronary vasculature and myocardial innervation in the context of the 3D architecture of the heart. This protocol describes the methodologies in detail and includes representative results&#160;to illustrate progress in the research of human cardiac anatomy.

저자 스포트라이트: Advancing Human Cardiac Anatomy Through Multi-scale Analysis of Hearts(심장의 다중 스케일 분석을 통한 인간 심장 해부학 발전)

This protocol presents a comprehensive pipeline to analyze samples obtained from human hearts that span the microscopic and macroscopic scales.

인간 심장의 다차원 3차원 해부학 연구를 위한 파이프라인

Detailed study of non-failing human hearts rejected for transplantation provides a unique opportunity to perform structural analyses across microscopic ...