Name: assessing collagen and elastin pressure-dependent microarchitectures in live, human resistance arteries by label-free fluorescence microscopy
Uploaded: 2018-04-09T14:45:00
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作者感谢丹麦南部大学自然科学系的丹麦分子生物医学成像中心, 用于实验室和显微镜的使用。kris 专职 Rosenstand 和乌拉梅尔基奥是公认的优秀技术援助与压力 myography 和成像。

本工作中使用的人顶叶心包活检的收集是在书面知情同意后进行的, 如前所述的33。对人体组织的研究符合《赫尔辛基宣言》34中概述的原则, 并得到了丹麦南部 (S-20100044 和 S-20140202) 和丹麦数据保护局的卫生研究伦理学区域委员会的批准。
1. 收集组织和隔离 (人) 抵抗动脉
<ol><li>在手术过程中立即收集感兴趣的组织样本。将组织转移到4°c HE...

这项工作代表我们建议的标准化, 联合成像和压力 myography 方法, 有价值的同时评估的力学性质的阻力动脉和压力相关变化的动脉结构墙壁在压力范围从0到 100 mmHg。提出的方法是使用定制的设备开发的, 但是, 当两种设备的设计允许动脉壁的成像时, 任何适合于双光子激发荧光显微镜的压力 myograph 都可以使用。应特别注意目标的形状、宽度和工作距离, 以及成像将执行的条件。直立显微镜要求使用水...

原发性高血压、糖尿病和代谢综合征的致病作用和抗性动脉重塑的作用记录在1,2,3,4,5。破译微血管壁的力学和 microarchitectural 特性之间的关系对于发展该协会的数学模型是必不可少的。这些模型将改善理解的重塑过程, 并将支持在硅模型的发展, 有助于测试的药理策略针对与疾病相关的重建的动脉壁。
先前的研究集中于了解动脉壁微结构与动脉壁力学的关系, 包括机械措施和细胞外基质 (ECM) 的微体系结构, 几乎完全是在大, 从小鼠或猪的弹性导管动脉6,7,8,9,10,11。通常采用非线性光学技术, 利用弹性蛋白的荧光性和胶原蛋白的二次谐波产生, 对墙体的显微组织进行成像。这允许时空成像的两个主要组成部分的细胞外基质, 弹性蛋白和胶原蛋白, 不需要染色。在厚膜介质中, 由于光的散射, 全厚度动脉壁的成像是大导管动脉的一个挑战。然而, 为了确定动脉壁结构成分的微体系与观测到的力学性能有关, 必须在机械测试过程中获得三维信息。对于像人主动脉这样的大动脉, 这需要双轴安装, 机械测试和成像区域的兴趣在 1-2 cm2块的动脉壁7,9,10,12. 只有部分墙可以进行成像和机械测试。
对于任何种类的小动脉 (例如, 人心包13, 肺14和皮下15动脉, 大鼠肠系膜动脉16,17,18 ,19, 20, 小鼠提睾肌, 肠系膜, 脑, 股骨和颈动脉21, 22, 23, 24, 25, 26,27) 整个壁厚的成像是可能的, 可以与机械测试相结合。这允许同时记录的机械性能和结构安排在墙内。然而, 一个直接的数学模型的关系, 观察改变的三维结构的 ECM 和改变的力学性质的阻力动脉壁, 有最好的知识, 只有报告后,最近在人体阻力动脉13,15。
在这项工作中, 介绍了一种用于被动机械测试的前体方法, 以及在隔离的人体阻力动脉的动脉壁上, 弹性蛋白和胶原质微结构的同时三维成像。成像协议可应用于任何感兴趣物种的抗性动脉。本文介绍了利用斐济28对内弹性板分枝角和血管外膜胶原直线度13 进行图像分析的方法。用 Ilastik 软件29确定胶原蛋白和弹力蛋白的体积密度, 最后讨论了在动脉壁力学数学模型中包含的机械和成像数据。
描述成像和图像分析技术与数学建模相结合的目标是为研究者提供一个系统的方法来描述和理解观察到的压力引起的电阻动脉 ECM 的变化。所述方法主要是通过比较20、40和 100 mmHg 的 ecm 结构, 在加压过程中对容器中 ecm 的变化进行量化。这些压力的选择, 以确定的动脉壁的结构, 其更符合 (20 mmHg), 僵硬 (100 mmHg) 和中间 (40 mmHg) 状态, 分别。然而, 根据调查者所提出的研究假说, 活动脉血管壁的任何过程, 包括血管活性成分、迟滞和流引起的变化都可以量化。
强调了双光子激发荧光显微术 (TPEM) 与压力 myograph 的结合, 以研究压力 (或其他) 诱发活动脉 ECM 的变化。首先, 因为这允许同时获得的整体三维结构的动脉壁 (直径和壁厚) 连同三维无标签获得高质量的, 详细的胶原蛋白和弹力蛋白图像microarchitectures 如描述的13通过利用弹性蛋白自发荧光和胶原第二谐波产生信号 (SHG)30。第二, TPEM 允许使用低能量近红外激发光, 尽量减少组织的光损伤, 因此, 允许在血管壁内完全相同的位置重复成像, 容许重复测量分析观察变化。
本文讨论了一种利用压力固定动脉共焦成像的替代方法, 使用户没有机会 TPEM 使用所描述的方法。关于 ECM 结构和体积密度的信息也可以从对连续切片的二维组织分析中检索出来, 如31、32所述。然而, 由于缺乏可能检索三维结构信息在动脉的长度刻度以及在变化的情况下使用这种方法, 它不建议使用这种方法来调查压力和治疗引起的三维变化的 ECM。
研究人员对应用本法所述方法的最低要求是, 结合共焦或双光子激发荧光显微镜, 获得动脉插管和加压的设置。在下面的协议中描述的设置是一个定制的压力 myograph 与纵向力传感器, 建立适合于一个定制的倒置双光子励磁荧光显微镜。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="752">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Fine Science Tools</td>
			<td style="width:349px;">15401-12</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Fine Science Tools</td>
			<td style="width:349px;">11251-23</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Nikon</td>
			<td style="width:349px;">SMZ800N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td>761028</td>
			<td>for dissection purpose</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Vitrex Medical A/S, Herlev, Denmark</td>
			<td style="width:349px;">1.63, 2.13, 210mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Smiths medical Intl, UK</td>
			<td style="width:349px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Ethicon</td>
			<td style="width:349px;">Ethilon 11-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Custom built</td>
			<td style="width:349px;"></td>
			<td>DK patent number 201200167, University of Southern Denmark, J. Schoubo V. Jensen, F. Jensen. T.R. Uhrenholt</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Mettler toledo</td>
			<td style="width:349px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">B3259</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">A7030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">C5670</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">G7021</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">E3889</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Merck Millipore, Hellerup, Denmark</td>
			<td style="width:349px;">1.00496.9010</td>
			<td>Phosphate buffered (pH 6.9) 4% formaldehyde solution&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">H3784</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">P9666</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">P5655</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">M2643</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">S2002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">S5886</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">S5761</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">1.06462</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Gibco, ThermoFisher Scientific</td>
			<td>10010015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td style="width:349px;">PHR1423</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Sigma-Aldrich, Br&#248;ndby, Denmark.</td>
			<td>Z370525</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">&#160;Tocris Bioscience, Bristol, UK</td>
			<td style="width:349px;">538944</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Nikon</td>
			<td style="width:349px;">Custom built</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Spectra Physics, Mountain View, CA</td>
			<td style="width:349px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Nikon</td>
			<td style="width:349px;">CFI Plan Apo IR SR 60XWI NA 1.27</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Nikon</td>
			<td>CFI Plan Fluor 20XMI (multi-immersion) NA 0.75</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Hamamatsu, Ballerup, Denmark</td>
			<td style="width:349px;">H7422P-40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">AHF analysentechnik AG (T&#252;bingen, Germany).</td>
			<td style="width:349px;">ChromaET 460 nm long pass dichroic</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">AHF analysentechnik AG (T&#252;bingen, Germany).</td>
			<td style="width:349px;">Semrock FF01-520/35-25 BrightLine filter</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">AHF analysentechnik AG (T&#252;bingen, Germany).</td>
			<td style="width:349px;">Chroma ET402/15X&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;">Scotch TM</td>
			<td style="width:349px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:236px;"></td>
			<td style="width:349px;">coverslip thickness should match used objective on microscope (#1 or #1.5), alternatively, set adjustment collar to match coverslip</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing collagen and elastin pressure-dependent microarchitectures in live, human resistance arteries by label-free fluorescence microscopy

在原发性高血压、糖尿病和代谢综合征中, 抗血管重塑的致病作用有记录。microstructurally 动机的研究与发展了解人体阻力动脉力学性能的数学模型在健康和疾病方面有可能帮助理解疾病和医疗治疗影响人体微循环。为了开发这些数学模型, 必须对微血管壁的力学和 microarchitectural 特性之间的关系进行解密。在这项工作中, 我们描述了一个前体方法进行被动的机械测试和同时无标签的三维成像的弹性体和胶原质的微结构的动脉壁上的孤立的人的阻力动脉。成像协议可应用于任何感兴趣物种的抗性动脉。图像分析描述量化 i) 压力诱发变化的内部弹性板分枝角和血管外膜胶原直线度使用斐济和 ii) 胶原蛋白和弹力蛋白体积密度确定使用 Ilastik 软件。最好所有的机械和影像测量都是在活的, 灌注的动脉, 但是, 一个替代方法使用标准的视频显微镜压力 myography 结合后固定成像的再加压血管是讨论。此替代方法为用户提供了不同的分析方法选项。讨论了机械和成像数据在动脉壁力学数学模型中的包含, 并提出了该协议的未来发展和补充。

此工作中使用的用于成像的自定义压力 myograph 显示在图 1中。特别注意为 myograph 的设计被支付了对 i) 房间以小容量 (2 毫升) 和 ii) 可能性安置套管接近, 并且平行与玻璃底部 (图 1B)。房间的底部适合 50 x 24 毫米 #1. 5 玻璃盖玻片 (可更换)。该压力控制器是由标准的1升玻璃瓶和血压计 (袖口删除)。对于具有流量要求的 myograph 设置,...

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Assessing Collagen and Elastin Pressure-dependent Microarchitectures in Live, Human Resistance Arteries by Label-free Fluorescence Microscopy

我们描述同时进行的机械测试和 3 d 成像的动脉壁的孤立, 活着的人的抵抗动脉, 斐济和 Ilastik 图像分析, 以量化的弹性蛋白和胶原的空间组织和体积密度。我们讨论了这些数据在动脉壁力学数学模型中的应用。

用无标签荧光显微镜评价活体、人体阻力动脉中胶原蛋白和弹性蛋白的压力依赖性 Microarchitectures

The pathogenic contribution of resistance artery remodeling is documented in essential hypertension, diabetes and the metabolic syndrome. Investigations ...

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