Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Этот протокол представляет собой комплексный конвейер для анализа образцов, полученных из человеческого сердца, которые охватывают микроскопический и макроскопический масштабы.
Детальное изучение здоровых человеческих сердец, отторгнутых для трансплантации, дает уникальную возможность провести структурный анализ в микроскопическом и макроскопическом масштабах. Эти методы включают очистку тканей (трехмерная (3D) визуализация органов, очищенных растворителем, с помощью модифицированного иммуномечения) и иммуногистохимическое окрашивание. Процедуры мезоскопического исследования включают стереоскопическую диссекцию и микрокомпьютерное томографическое сканирование (КТ). Процедуры макроскопического исследования включают в себя грубое вскрытие, фотографирование (включая анаглифы и фотограмметрию), компьютерную томографию и 3D-печать физически или виртуально расчлененного или всего сердца. Перед макроскопическим исследованием может быть выполнена давяще-перфузионная фиксация для поддержания 3D-архитектуры и физиологически значимой морфологии сердца. Применение этих методов в сочетании для изучения человеческого сердца является уникальным и имеет решающее значение для понимания взаимосвязи между различными анатомическими особенностями, такими как коронарная сосудистая сеть и иннервация миокарда, в контексте трехмерной архитектуры сердца. В этом протоколе подробно описываются методологии и приводятся репрезентативные результаты, иллюстрирующие прогресс в исследованиях анатомии сердца человека.
Поскольку функция следует за формой, понимание архитектуры сердца имеет основополагающее значение для понимания его физиологии. Несмотря на то, что многочисленные исследования выявили анатомию сердца от микро- до макромасштабов 1,2,3, многие вопросы остаются нерешенными, особенно те, которые связаны с анатомией сердца человека. Отчасти это связано с тем, что в основных исследованиях, посвященных функциональной анатомии, обычно использовались сердца животных 4,5,6, которые часто отличаются от человеческих сердец 1,7,8. Кроме того, каждое отдельное исследование, даже с использованием образцов человеческого сердца, как правило, сосредоточено на очень специфических структурах, что затрудняет применение полученных результатов в контексте всего сердца. Это еще более верно, если сфокусированные структуры находятся в микро- или мезомасштабах, таких как перинексус9 и ганглионарные сплетения10.
В этом контексте системное структурное исследование человеческого сердца, отторгнутого для трансплантации, дает уникальную и редкую возможность получить исчерпывающий атлас сердечных структур в фокусе в микроскопическом и макроскопическоммасштабах. Протоколы микроскопического исследования включают очистку тканей (трехмерная (3D) визуализация органов, очищенных растворителем, с модифицированным иммуномечением, iDISCO+)12,13 и иммуногистохимическое окрашивание. Протоколы мезоскопического обследования включают стереоскопическую диссекцию, макрофотографию и микрокомпьютерную томографию (КТ). Протоколы макроскопического исследования включают в себя полное вскрытие14, фотографирование (включая анаглифы и фотограмметрию)15,16,17, компьютерную томографию, виртуальное вскрытие 18 и 3D-печать физически или виртуально рассеченного или всегосердца17. При подготовке к макроскопическому исследованию проводится давло-перфузионная фиксация для поддержания 3D-архитектуры и физиологически значимой морфологии сердца 14,19,20,21. Совместное применение этих методов уникально и имеет решающее значение для корреляции различных анатомических особенностей в контексте 3D-архитектуры человеческого сердца.
Поскольку возможность получения образца сердца человека без патологии крайне ограничена, описанный здесь многомасштабный подход позволяет максимально использовать образец. Применяя различные процедуры, описанные ниже, репрезентативные результаты продемонстрируют читателю, как полученные результаты могут быть использованы для различных целей, включая открытия в научных исследованиях11 (всесторонний анализ иннервации сердца, распределения ганглионированных сплетений), совершенствование клинических процедур (моделирование хирургических и интервенционных подходов) и анатомическое образование (реальная 3D-демонстрация анатомии сердца).
В этом исследовании использовались обезличенные образцы тканей, собранные из донорских человеческих сердец, и оно было одобрено Институциональным наблюдательным советом Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA). Образцы были получены из не отказывающих сердец, которые были отторгнуты для трансплантации. Сердца были перфузированы под давлением, зафиксированы в 4% параформальдегиде (PFA) и визуализированы перед обработкой тканей в соответствии со следующими методами. На рисунке 1 обобщена блок-схема порядка проведения исследования. Подробная информация о реагентах и оборудовании, использованном в исследовании, приведена в Таблице материалов.
1. Микромасштабное обследование
2. Мезомасштабная экспертиза
3. Макромасштабная экспертиза
Микромасштабные исследования
Применение очистки тканей позволяет визуализировать большие объемы ткани в 3D с помощью конфокальной микроскопии. В сердце можно визуализировать ганглии, содержащие сердечные нейроны, и нейронный паттерн иннервации миокарда (рис. 2
Настоящее исследование демонстрирует всеобъемлющий конвейер для анализа образцов, полученных из целых человеческих сердец. Репрезентативные результаты показывают микро- и макромасштабные анатомические исследования, проводимые регулярно для одного сердца. Поскольку образец челове?...
Никакой.
Мы благодарим людей, которые пожертвовали свои тела для развития образования и исследований. Мы благодарны фонду OneLegacy, который лег в основу получения донорских сердец для исследований. Мы также благодарны Энтони А. Смитсону и Арвину Рок-Вердефлору из Центра трансляционной исследовательской визуализации Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (отделение радиологии) за их поддержку в сборе данных компьютерной томографии. Этот проект был поддержан проектом UCLA Amara Yad Project. Мы благодарны докторам Кальянам Шивкумару и Олуджими А. Аджиджоле за создание и поддержание сердечного конвейера человека для исследований. Мы благодарны нашему менеджеру по исследованиям Амикше С. Ганди за ее преданность делу поддержки наших проектов. Эта работа стала возможной благодаря поддержке грантов NIH OT2OD023848 & P01 HL164311 и гранта Leducq 23CVD04 для Кальянам Шивкумара, премии Американской кардиологической ассоциации за развитие карьеры 23CDA1039446 для PH и проекта UCLA Amara-Yad (https://www.uclahealth.org/medical-services/heart/arrhythmia/about-us/amara-yad-project). Сканер GNEXT microPET/CT, использованный в этом исследовании, был профинансирован грантом 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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены