Name: assessing collagen and elastin pressure-dependent microarchitectures in live, human resistance arteries by label-free fluorescence microscopy
Uploaded: 2018-04-09T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assessing Collagen and Elastin Pressure-dependent Microarchitectures in Live, Human Resistance Arteries by Label-free Fluorescence Microscopy at JoVE.com

De auteurs bedanken het Deens moleculaire Biomedical Imaging Center op de faculteit of Natural Sciences, Universiteit van Zuid-Denemarken, voor het gebruik van laboratoria en microscopen. Kristoffer Rosenstand en Ulla Melchior worden erkend voor uitstekende technische bijstand met de druk myography en imaging.

Collectie van Biopten van het menselijke pariëtale pericard voor gebruik in dit werk werd uitgevoerd na schriftelijke geïnformeerde toestemming, als eerder beschreven33. De studie van menselijke weefsels voldoen aan de beginselen die zijn uiteengezet in de verklaring van Helsinki-34 en werd goedgekeurd door de regionale comités over gezondheid onderzoek ethiek voor Zuid-Denemarken (S-20100044 en S-20140202) en het Bureau voor gegevensbescherming Deens.
<p class="jove...

Dit werk vertegenwoordigt onze suggestie voor een gestandaardiseerde, gecombineerde beeldvorming en druk myography aanpak, waardevol voor gelijktijdige evaluatie van de mechanische eigenschappen van weerstand slagaders en druk-gerelateerde veranderingen in de structuur van het arterial muur over een drukbereik van 0 tot 100 mmHg. De voorgestelde aanpak werd ontwikkeld met behulp van aangepaste ingebouwde apparatuur, echter druk myograph die op een twee-foton excitatie fluorescentie Microscoop past kan worden gebruikt, wa...

De pathogene bijdrage en de gevolgen van het remodelleren van de slagader van de weerstand worden beschreven in essentiële hypertensie, diabetes en het metabool syndroom1,2,3,4,5. Ontcijferen van de relatie tussen de eigenschappen van het mechanische en microarchitectural van de microvasculaire muur is essentieel voor de ontwikkeling van wiskundige modellen van deze vereniging. Dergelijke modellen inzicht in het remodelleert proces zal verbeteren en de ontwikkeling van in silico modellen handig voor het testen van farmacologische strategieën gericht op ziekte gerelateerde remodelleren van de arteriële muur zullen steunen.
Voorafgaande studies gericht in het begrip van hoe de microarchitectuur van de arteriële muur heeft betrekking op arteriële muur mechanica door mechanische maatregelen te nemen en de microarchitectuur van de extracellulaire matrix (ECM) worden bijna uitsluitend uitgevoerd op grote , elastische conduit slagaders van muizen of varkens6,7,8,9,10,11. Beeldvorming van de microstructuren van de muur worden doorgaans uitgevoerd met behulp van niet-lineaire optische technieken, profiteren van de autofluorescence van elastine en tweede-harmonische generatie door collageen. Hierdoor Spatio beeldvorming van de twee belangrijke componenten van de extracellulaire matrix, elastine en collageen, zonder behoefte aan een kleuring. Beeldvorming van de arteriële muur in volledige dikte is een uitdaging in grote conduit slagaders als gevolg van de spreiding van het licht in de dikke tunica media. Echter, om te bepalen hoe de microarchitectuur van de structurele onderdelen van de arteriële muur zich verhouden tot de waargenomen mechanische eigenschappen, driedimensionale informatie moet worden verkregen tijdens de mechanische testen. Voor grote slagaders zoals de menselijke aorta hiervoor biaxial montage, mechanische testen en beeldvorming van gebieden van belang in 1-2 cm2 stukken van de arteriële muur7,9,10, 12. slechts een deel van de muur kan worden beeld en mechanisch getest.
Voor kleinere slagaders van elke soort (bijvoorbeeld, menselijke pericardvocht13, pulmonale14 en subcutane15 slagaders, rat mesenterische slagaders16,17,18, 19 , 20, muis cremaster, lymfklieren, cerebrale, femur en halsslagaderen21,22,23,24,25,26, 27) beeldvorming van de gehele wanddikte is mogelijk en kan gecombineerd worden met mechanische testen. Hierdoor wordt gelijktijdige opname van de mechanische eigenschappen en de structurele regelingen binnen de stadsmuur. Echter is een directe wiskundige modellering van de relatie tussen de waargenomen veranderingen in de driedimensionale structuur van de ECM en gewijzigde mechanische eigenschappen van de arteriële muur van verzet, om het beste van onze kennis alleen gemeld op recent in de menselijke weerstand slagaders13,15.
In dit werk, wordt een ex vivo voor passieve mechanische testen en gelijktijdige driedimensionale beeldvorming van de microarchitectuur van elastine en collageen in de arteriële muur van geïsoleerde menselijke weerstand slagaders beschreven. Het imaging protocol kan worden toegepast op weerstand slagaders van elke soort van belang. Beeld analyses worden beschreven voor het verkrijgen van de maatregelen van interne elastische lamina vertakkende hoeken en adventitial collageen rechtheid13 met behulp van Fiji28. Collageen en elastine volume dichtheden worden bepaald met behulp van de Ilastik software29 en ten slotte de opname van de mechanische en imaging gegevens in wiskundige modellen van de arteriële muur mechanica wordt besproken.
Het doel van het beschrijven van de beeldvorming en beeld analyses technieken in combinatie met wiskundige modellering is bedoeld als onderzoekers een planmatige aanpak om te beschrijven en te begrijpen waargenomen druk geïnduceerde veranderingen in de ECM van weerstand slagaders. De beschreven methode is gericht op het kwantificeren van de veranderingen in de ECM in een vaartuig tijdens drukregeling, door het vergelijken van de structuur van de ECM bij 20, 40 en 100 mmHg. Deze druk werden gekozen voor de bepaling van de structuur van de arteriële muur op de meer compatibele (20 mmHg), de stijf (100 mmHg) en de intermediaire (40 mmHg) status, respectievelijk. Echter kan een proces in de vasculaire muur van levende slagaders, met inbegrip van wijzigingen veroorzaakt door vasoactieve onderdelen, hysteresis en stroom, worden gekwantificeerd, afhankelijk van de onderzoek-hypothese in kwestie door de onderzoeker.
Het gebruik van twee-foton excitatie fluorescentie microscopie (TPEM) in combinatie met een druk myograph voor studeren druk (of andere) veroorzaakte veranderingen in de ECM van levende slagaders wordt benadrukt. Ten eerste, omdat hierdoor gelijktijdige overname van de totale driedimensionale structuur van de arteriële muur (diameter en muur dikte) samen met driedimensionale label-vrije verwerving van hoge kwaliteit, gedetailleerde beelden van de collageen en elastine microarchitectures als beschreven13 door te profiteren van de elastine-autofluorescence en de collageen tweede harmonische generatie signaal (SHG)30. Ten tweede, TPEM maakt gebruik van lage-energie nabij-infrarood excitatie licht, minimaliseren van photodamage van het weefsel en dus herhaalde beeldvorming op precies dezelfde positie binnen de vasculaire muur is toegestaan, executoriale herhaald-metingen analyses van waargenomen wijzigingen.
Het gebruik van een alternatieve aanpak met behulp van de confocal beeldvorming van druk vaste slagaders wordt besproken zodat gebruikers zonder toegang tot TPEM kunnen gebruiken van de beschreven methode ook. Uit twee-dimensionale analyses van weefsels gesegmenteerd in seriële, bijvoorbeeld zoals beschreven door31,32kan ook informatie over ECM structuur en volume dichtheden worden opgehaald. Als gevolg van het ontbreken van de mogelijkheid tot drie-dimensionale structurele informatie ophalen over de schalen van de lengte van de slagader en tijdens het veranderende omstandigheden met behulp van deze methode, het is echter niet raden deze aanpak voor onderzoek van druk en behandeling geïnduceerde driedimensionale veranderingen in de ECM.
De minimale eis voor de onderzoeker de hierin beschreven methode toe te passen is de toegang tot een setup voor cannulation en drukregeling van de slagaders in combinatie met een confocal of twee-foton excitatie fluorescentie Microscoop. De setup beschreven in het volgende protocol is een op maat gemaakte druk myograph met een longitudinale kracht transducer, built to fit op een aangepaste gebouwde omgekeerde twee-foton excitatie fluorescentie Microscoop.

<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

De pathogene bijdrage aan het remodelleren van de slagader van de weerstand wordt beschreven in essentiële hypertensie, diabetes en het metabool syndroom. Onderzoek en ontwikkeling van microstructurally gemotiveerd wiskundige modellen voor het begrijpen van de mechanische eigenschappen van menselijke weerstand slagaders in gezondheid en ziekte hebben het potentieel om te helpen begrijpen hoe ziekte en medische behandelingen invloed op de menselijke microcirculatie. Ontwikkeling van deze wiskundige modellen, is het essentieel om te ontcijferen van de relatie tussen de eigenschappen van het mechanische en microarchitectural van de microvasculaire muur. In dit werk beschrijven we een ex vivo -methode voor het passieve mechanische testen en gelijktijdige label-free driedimensionale beeldvorming van de microarchitectuur van elastine en collageen in de arteriële muur van geïsoleerde menselijke weerstand slagaders. Het imaging protocol kan worden toegepast op weerstand slagaders van elke soort van belang. Beeld analyses worden beschreven voor het kwantificeren van i) druk-geïnduceerde veranderingen in interne elastische lamina vertakkende hoeken en adventitial collageen rechtheid met behulp van Fiji en ii) collageen en elastine volume dichtheid bepaald met behulp van de Ilastik software. Bij voorkeur alle mechanische en imaging metingen worden uitgevoerd op live, geperfundeerd slagaders, is echter een alternatieve aanpak met behulp van video-microscopie standaarddruk myography in combinatie met na fixatie beeldvorming van opnieuw onder druk staande schepen besproken. Deze alternatieve methode biedt gebruikers met verschillende opties voor analyse benaderingen. De opname van de mechanische en imaging gegevens in wiskundige modellen van de arteriële muur mechanica wordt besproken, en toekomstige ontwikkeling en toevoegingen aan het protocol worden voorgesteld.

De op maat gemaakte druk myograph voor imaging gebruikt in dit werk is afgebeeld in Figuur 1. Speciale aandacht voor het ontwerp van de myograph werd besteed aan i) de kamer met een klein volume (2 mL) en ii) de mogelijkheid voor het plaatsen van de canules dicht bij en parallel met de glazen bodem (figuur 1B). De bodem van de kamer past een 50 × 24 mm #1.5 glas dekglaasje aan (vervangbare). De druk-controller werd gebouwd uit e...

Watch this Scientific Journal Video about Assessing Collagen and Elastin Pressure-dependent Microarchitectures in Live, Human Resistance Arteries by Label-free Fluorescence Microscopy at JoVE.com

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

We beschrijven gelijktijdige mechanische testen en 3D-imaging van de arteriële muur van geïsoleerd levende menselijke weerstand slagaders, en Fiji en Ilastik analyses van de afbeelding voor de kwantificering van elastine en collageen ruimtelijke organisatie en volume dichtheden. We bespreken het gebruik van deze gegevens in wiskundige modellen van arteriële muur mechanica.

Beoordeling van collageen en elastine druk-afhankelijke Microarchitectures in Live, menselijke weerstand slagaders door Label-vrije fluorescentie microscopie

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

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Cell Biology

Bioengineering

Unit 1

Extracellular Matrix in Animals

SCIENTISTS IN ACTION

Tri-layered Electrospinning to Mimic Native Arterial Architecture using Polycaprolactone, Elastin, and Collagen: A Preliminary Study

Tri-gelaagde Electrospinning Native Arteriële Architectuur met behulp van polycaprolacton, Elastine en Collageen Mimic: Een voorbereidende studie

Throughout native artery, collagen and elastin play an important role, providing a mechanical backbone, preventing vessel rupture, and promoting recovery ...

Non-contact, Label-free Monitoring of Cells and Extracellular Matrix using Raman Spectroscopy

Non-contact, Label-free monitoring van cellen en extracellulaire matrix met behulp van Raman spectroscopie

Non-destructive, non-contact and label-free technologies to monitor cell and tissue cultures are needed in the field of biomedical research.1-5 However, ...

Use of Label-free Optical Biosensors to Detect Modulation of Potassium Channels by G-protein Coupled Receptors

Gebruik van Label-free Optische biosensoren om Modulatie van kaliumkanalen Detect door G-proteïne gekoppelde receptoren

Ion channels control the electrical properties of neurons and other excitable cell types by selectively allowing ions to flow through the plasma ...

High-resolution Spatiotemporal Analysis of Receptor Dynamics by Single-molecule Fluorescence Microscopy

Hoge-resolutie Spatiotemporal Analyse van Receptor Dynamics door Single-molecule fluorescentie microscopie

Single-molecule microscopy is emerging as a powerful approach to analyze the behavior of signaling molecules, in particular concerning those aspect (e.g., ...

A Microfluidic-based Electrochemical Biochip for Label-free DNA Hybridization Analysis

A-Microfluidic gebaseerd Elektrochemische Biochip voor-Label vrij DNA hybridisatie-analyse

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration ...

From Fast Fluorescence Imaging to Molecular Diffusion Law on Live Cell Membranes in a Commercial Microscope

Van Fast Fluorescentie Imaging om moleculaire diffusie wet op de Live-celmembranen in een Commercial Microscoop

It has become increasingly evident that the spatial distribution and the motion of membrane components like lipids and proteins are key factors in the ...

Layer-by-layer Collagen Deposition in Microfluidic Devices for Microtissue Stabilization

Layer-by-layer Collageen depositie in Microfluïdische Inrichtingen voor Microtissue Stabilization

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D ...

A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions

A-Label gratis Techniek voor de ruimte en tijd Imaging van Single Cell afscheiding

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning ...

Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators

Label-free Single Molecule Detectie Met behulp microtoroıde optische resonatoren

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental ...

PIP-on-a-chip: A Label-free Study of Protein-phosphoinositide Interactions

PIP-on-a-chip: een labelvrije studie van eiwit-fosfoinositide-interacties

Numerous cellular proteins interact with membrane surfaces to affect essential cellular processes. These interactions can be directed towards a specific ...