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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
Este protocolo apresenta um pipeline abrangente para analisar amostras obtidas de corações humanos que abrangem as escalas microscópica e macroscópica.
O estudo detalhado de corações humanos sem falha rejeitados para transplante oferece uma oportunidade única de realizar análises estruturais em escalas microscópicas e macroscópicas. Essas técnicas incluem limpeza de tecido (imagem tridimensional (3D) habilitada para imunomarcação modificada de órgãos limpos com solvente) e coloração imuno-histoquímica. Os procedimentos de exame mesoscópico incluem dissecção estereoscópica e tomografia computadorizada (TC). Os procedimentos de exame macroscópico incluem dissecção macroscópica, fotografia (incluindo anáglifos e fotogrametria), tomografia computadorizada e impressão 3D do coração dissecado física ou virtualmente ou inteiro. Antes do exame macroscópico, a fixação por pressão-perfusão pode ser realizada para manter a arquitetura 3D e a morfologia fisiologicamente relevante do coração. A aplicação dessas técnicas em combinação para estudar o coração humano é única e crucial para entender a relação entre características anatômicas distintas, como vasculatura coronária e inervação miocárdica, no contexto da arquitetura 3D do coração. Este protocolo descreve as metodologias em detalhes e inclui resultados representativos para ilustrar o progresso na pesquisa da anatomia cardíaca humana.
Como a função segue a forma, entender a arquitetura do coração é fundamental para a apreciação de sua fisiologia. Embora inúmeras investigações tenham revelado a anatomia cardíaca de micro a macroescalas 1,2,3, várias questões permanecem sem solução, especialmente aquelas relacionadas à anatomia cardíaca humana. Isso ocorre em parte porque os estudos básicos com foco na anatomia funcional geralmente utilizaram corações de animais 4,5,6, que muitas vezes são distintos dos corações humanos 1,7,8. Além disso, cada estudo individual, mesmo aqueles que usam amostras de coração humano, tende a se concentrar em estruturas muito específicas, o que dificulta a aplicação dos achados no contexto de todo o coração. Isso é ainda mais verdade se as estruturas focadas estiverem em micro ou mesoescalas, como o perínexo9 e os plexos ganglionares10.
Nesse contexto, o estudo estrutural sistêmico do coração humano rejeitado para transplante oferece uma oportunidade única e rara de obter um atlas abrangente das estruturas cardíacas em foco em escalas microscópicas e macroscópicas11. Os protocolos de exame microscópico incluem limpeza de tecido (imagem tridimensional (3D) habilitada para imunomarcação modificada de órgãos eliminados com solvente, iDISCO+)12,13 e coloração imuno-histoquímica. Os protocolos de exame mesoscópico incluem dissecção estereoscópica, macrofotografia e tomografia computadorizada (TC). Os protocolos de exame macroscópico incluem dissecção macroscópica14, fotografia (incluindo anáglifos e fotogrametria) 15 , 16 , 17 , tomografia computadorizada , dissecção virtual18 e impressão 3D do coração dissecado física ou virtualmente ou inteiro17. Na preparação para o exame macroscópico, a fixação por pressão-perfusão é realizada para manter a arquitetura 3D e a morfologia fisiologicamente relevante do coração 14,19,20,21. A aplicação combinada dessas técnicas é única e crucial para correlacionar características anatômicas distintas no contexto da arquitetura 3D do coração humano.
Como a oportunidade de obter uma amostra de coração humano não patológico é extremamente limitada, uma abordagem multiescala descrita aqui maximiza o uso da amostra. Ao aplicar vários procedimentos descritos abaixo, os resultados representativos ilustrarão ao leitor como os achados podem ser utilizados para múltiplos propósitos, incluindo descoberta em pesquisa científica11 (análises abrangentes da inervação cardíaca, distribuição dos plexos ganglionares), melhoria dos procedimentos clínicos (simulação para abordagens cirúrgicas e intervencionistas) e educação anatômica (demonstração 3D real da anatomia cardíaca).
Este estudo usou amostras de tecido não identificadas coletadas de corações humanos de doadores sem falha e foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA). As amostras foram obtidas de corações sem falha que foram rejeitados para transplante. Os corações foram perfundidos por pressão, fixados em paraformaldeído a 4% (PFA) e fotografados antes do processamento do tecido pelos seguintes métodos. A Figura 1 resume o fluxograma da ordem do estudo. Os detalhes dos reagentes e do equipamento utilizado no estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Exame em microescala
2. Exame em mesoescala
3. Exame em escala macro
Exames em microescala
A aplicação de limpeza de tecido permite a aquisição de imagens de grandes volumes de tecido em 3D usando microscopia confocal. No coração, podem ser visualizados gânglios contendo neurônios cardíacos e o padrão neural da inervação miocárdica (Figura 2). A Figura 3 mostra uma imagem confocal do miocárdio do ventrículo esquerdo humano imunomarcado para nervos e células musculares lisas. Observa-se que os v...
O presente estudo demonstra o pipeline abrangente para analisar amostras obtidas de corações humanos inteiros. Os resultados representativos mostram exames anatômicos em micro a macroescala realizados rotineiramente em um único coração. Como uma amostra de coração humano é extremamente preciosa, uma abordagem em várias escalas é ideal e eficaz para não desperdiçar nenhuma parte da amostra aplicando vários protocolos para vários fins, incluindo descoberta em pesquisa científica, melhoria de procedimentos c...
Nenhum.
Agradecemos às pessoas que doaram seus corpos para o avanço da educação e da pesquisa. Somos gratos à Fundação OneLegacy, que formou a base para a obtenção de corações de doadores para pesquisa. Também somos gratos a Anthony A. Smithson e Arvin Roque-Verdeflor, do Centro de Imagens de Pesquisa Translacional da UCLA (Departamento de Radiologia), por seu apoio na aquisição de dados de TC. Este projeto foi apoiado pelo Projeto UCLA Amara Yad. Somos gratos aos Drs. Kalyanam Shivkumar e Olujimi A. Ajijola por estabelecer e manter um pipeline do coração humano para pesquisa. Agradecemos à nossa Gerente de Operações de Pesquisa, Amiksha S. Gandhi, por sua dedicação em apoiar nossos projetos. Este trabalho foi possível graças ao apoio das bolsas do NIH OT2OD023848 & P01 HL164311 e Leducq 23CVD04 para Kalyanam Shivkumar, o Prêmio de Desenvolvimento de Carreira da American Heart Association 23CDA1039446 para PH e o Projeto UCLA Amara-Yad (https://www.uclahealth.org/medical-services/heart/arrhythmia/about-us/amara-yad-project). O scanner GNEXT microPET/CT usado neste estudo foi financiado por uma bolsa de instrumentação compartilhada do NIH para pesquisa animal (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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