Mikro-BT Görüntüleme için Erişkin ve Erken Postnatal Fare Akciğerlerinin Vasküler Döküm
Summary
Bu tekniğin amacı, erken postnatal ve erişkin farelerin pulmoner arter ağlarının akciğer şişmesi yoluyla ex vivo görselleştirilmesi ve pulmoner arter yoluyla radyoopak polimer bazlı bileşiğin enjeksiyonudur. Döküm dokular için potansiyel uygulamalar da tartışılmıştır.
Abstract
Kan damarları 3 boyutlu uzayda karmaşık ağlar oluştururlar. Sonuç olarak, vasküler ağların bir dokunun yüzeyini gözlemleyerek nasıl etkileştiğini ve nasıl etkileştiğini görsel olarak anlamak zordur. Bu yöntem akciğerin karmaşık 3 boyutlu vasküler mimarisini görselleştirmek için bir araç sağlar.
Bunu başarmak için pulmoner artere bir kateter yerleştirilir ve vaskülatür aynı anda kandan atılır ve direnci sınırlamak için kimyasal olarak genişlenir. Akciğerler daha sonra standart bir basınçta trakea ile şişirilir ve polimer bileşik standart bir akış hızında vasküler yatağa aşılanır. Tüm arteriyel ağ doldurulduktan ve tedavisine izin verildikten sonra, akciğer vaskülatürü doğrudan görüntülenebilir veya mikro-CT (μCT) tarayıcıda görüntülenebilir.
Başarılı bir şekilde yapıldığında, erken doğum sonrası yaşlardan erişkinlere kadar farelerde pulmoner arteriyel ağ takdir edebilirsiniz. Ayrıca pulmoner arter yatağında gösterildiği gibi, bu yöntem optimize edilmiş kateter yerleşimi ve uç noktaları ile herhangi bir vasküler yatak uygulanabilir.
Introduction
Bu tekniğin odak noktası farelerde polimer bazlı bir bileşik kullanılarak pulmoner arter mimarisinin görselleştirilmesidir. Beyin, kalp ve böbrek1,2,,3,4,5gibi sistemik vasküler yataklarda kapsamlı çalışmalar yapılırken, pulmoner arter ağının hazırlanması ve doldurulması ile ilgili daha az bilgi mevcuttur. Bu çalışmanın amacı, bu nedenle, önceki çalışma6üzerine genişletmek için,7,8 ve araştırmacılar kolayca pulmoner arter ağacının yüksek çözünürlüklü görüntüleri üretmek için takip edebilirsiniz ayrıntılı bir yazılı ve görsel referans sağlamaktır.
Manyetik rezonans görüntüleme, ekokardiyografi veya BT anjiyografi9,,10gibi akciğer vaskülatürünün etiketlenmesi ve görüntülenmesi için çok sayıda yöntem mevcut olmakla birlikte, bu yöntemlerin çoğu küçük damarları yeterince doldurup/veya yakalayamamaktadır, incelenebilenin kapsamını sınırlandırmaktadır. Seri kesit ve rekonstrüksiyon gibi yöntemler yüksek çözünürlük sağlar, ancak zaman/emek yoğun11,12,13. Çevreleyen yumuşak doku bütünlüğü geleneksel korozyon döküm10,13,,14,15,16tehlikeye girer. Hatta hayvan yaşı ve boyutu bir kateter tanıtmak için çalışırken faktörler haline ya da, çözünürlük eksiktir. Polimer enjeksiyon tekniği, diğer taraftan, kapiller seviyesine arterler doldurur ve μCT ile kombine edildiğinde, benzersiz çözünürlüksağlar 5. Doğum sonrası 14.8 Bunlar süresiz olarak yeniden taranabilir, hatta mevcut yumuşak doku17ödün vermeden histolojik hazırlık / elektron mikroskobu (EM) için gönderilebilir. Bu yöntemin ana sınırlamaları CT ekipman / yazılım ön maliyet, doğru intravasküler basınç izleme ile zorluklar, ve aynı hayvan uzunlamasına veri elde etmek için yetersizlik vardır.
Bu makale, pulmoner arter enjeksiyon tekniğini daha da optimize etmek ve yaş/boyutla ilgili sınırları doğum sonrası 1 (P1) gününe kadar itmek ve çarpıcı sonuçlar elde etmek için mevcut çalışmalara dayanmaktadır. Arteriyel damar ağlarını incelemek isteyen ekipler için en yararlıdır. Buna göre, kateter yerleştirme/stabilizasyonu, dolgu hızı/hacmi üzerinde daha fazla kontrol sağlamakta ve artan döküm başarısı için önemli tuzakları vurgulamaktadırk. Elde çıkan dökümler daha sonra gelecekteki karakterizasyon ve morfolojik analiz için kullanılabilir. Belki de daha da önemlisi, bu ilk görsel gösteri, bizim bilgimize göre, bu karmaşık prosedür ile kullanıcı yürür.
Protocol
Representative Results
Discussion
Düzgün bir şekilde yürütülen bu yöntem, pulmoner arterağlarının çarpıcı görüntülerini vererek kemirgen modellerinde karşılaştırma ve deney emaresi sağlar. Yol boyunca birkaç kritik adım başarıyı sağlar. İlk olarak, müfettişler akciğer vaskülatür ve kalp odalarında oluşan kan pıhtıları önlemek için hazırlık aşamasında hayvan heparinize gerekir. Bu polimer bileşiğin tam arteriyel transit sağlar. İkinci olarak, diyafram delinme ve göğüs kafesi çıkarmadan, yanlışlıkla h…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma kısmen NHLBI İntramural Araştırma Programı (DIR HL-006247) tarafından desteklenmiştir. Görüntü edinimi ve analizinde rehberlik için NIH Mouse Görüntüleme Tesisi’ne teşekkür ederiz.
Materials
| 1cc syringe | Becton Dickinson | 309659 | |
| 20ml Glass Scintillation Vials | Fisher | 03-340-25P | |
| 30G Needle | Becton Dickinson | 305106 | |
| 50mL conical tubes | Cornin | 352098 | For sample Storage and scanning |
| 60cc syringe | Becton Dickinson | 309653 | |
| 7-0 silk suture | Teleflex | 103-S | |
| Analyze 12.0 Software | AnalyzeDirect Inc. | N/A | Primary Software |
| Amira 6.7 Software | Thermo Scientific | N/A | Alternative Sofware |
| CeramaCut Scissors 9cm | Fine Science tools | 14958-09 | |
| Ceramic Coated Curved Forceps | Fine Science tools | 11272-50 | |
| CO2 Tank | Robert's Oxygen Co. | n/a | |
| Dual syringe pump | Cole Parmer | EW-74900-10 | |
| Dumont Mini-Forceps | Fine Science tools | 11200-14 | |
| Ethanol | Pharmco | 111000200 | |
| Formalin | Sigma – Life Sciences | HT501128 | |
| Gauze | Covidien | 441215 | |
| Hemostat | Fine Science tools | 13013-14 | |
| Heparin (1000USP Units/ml) | Hospira | NDC 0409-2720-01 | |
| Horos Software | Horos Project | N/A | Alternative Sofware |
| induction chamber | n/a | n/a | |
| Kimwipe | Fisher | 06-666 | fiber optic cleaning wipe |
| Labelling Tape | Fisher | 15966 | |
| Magnetic Base | Kanetec | N/A | |
| Micro-CT system | SkyScan | 1172 | |
| Microfil (Polymer Compound) | Flowech Inc. | Kit B – MV-122 | 8 oz. of MV compound; 8 oz. of diluent; MV-Curing Agent |
| Micromanipulator | Stoelting | 56131 | |
| Monoject 1/2 ml Insulin Syringe | Covidien | 1188528012 | |
| Octagon Forceps Straight Teeth | Fine Science tools | 11042-08 | |
| Parafilm | Bemis company, Inc. | #PM999 | |
| PE-10 tubing | Instech | BTPE-10 | |
| Phospahte buffered Saline | BioRad | #161-0780 | |
| Ring Stand | Fisher | S13747 | Height 24in. |
| Sodium Nitroprusside | sigma | 71778-25G | |
| Steel Plate | N/A | N/A | 16 x 16 in. area, 1/16 in thick |
| Straight Spring Scissors | Fine Science tools | 15000-08 | |
| SURFLO 24G Teflon I.V. Catheter | Santa Cruz Biotechnology | 360103 | |
| Surgical Board | Fisher | 12-587-20 | This is a converted slide holder |
| Universal 3-prong clamp | Fisher | S24280 | |
| Winged Inf. Set 25X3/4, 12" Tubing | Nipro | PR25G19 | |
| Zeiss Stemi-508 Dissection Scope | Zeiss | n/a |
References
- Vasquez, S. X., et al. Optimization of microCT imaging and blood vessel diameter quantitation of preclinical specimen vasculature with radiopaque polymer injection medium. PLoS One. 6 (4), 19099 (2011).
- Hong, S. H., et al. Development of barium-based low viscosity contrast agents for micro CT vascular casting: Application to 3D visualization of the adult mouse cerebrovasculature. Journal of Neuroscience Research. 98 (2), 312-324 (2019).
- Perrien, D. S., et al. Novel methods for microCT-based analyses of vasculature in the renal cortex reveal a loss of perfusable arterioles and glomeruli in eNOS-/- mice. BMC Nephrology. 17, 24 (2016).
- Weyers, J. J., Carlson, D. D., Murry, C. E., Schwartz, S. M., Mahoney, W. M. Retrograde perfusion and filling of mouse coronary vasculature as preparation for micro computed tomography imaging. Journal of Visualized Experiments. (60), e3740 (2012).
- Zhang, H., Faber, J. E. De-novo collateral formation following acute myocardial infarction: Dependence on CCR2(+) bone marrow cells. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 87, 4-16 (2015).
- Kim, B. G., et al. CXCL12-CXCR4 signalling plays an essential role in proper patterning of aortic arch and pulmonary arteries. Cardiovascular Research. 113 (13), 1677-1687 (2017).
- Counter, W. B., Wang, I. Q., Farncombe, T. H., Labiris, N. R. Airway and pulmonary vascular measurements using contrast-enhanced micro-CT in rodents. American Journal of Physiology Lung Cellular and Molecular Physiology. 304 (12), 831-843 (2013).
- Phillips, M. R., et al. A method for evaluating the murine pulmonary vasculature using micro-computed tomography. Journal of Surgical Research. 207, 115-122 (2017).
- Schuster, D. P., Kovacs, A., Garbow, J., Piwnica-Worms, D. Recent advances in imaging the lungs of intact small animals. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 30 (2), 129-138 (2004).
- Samarage, C. R., et al. Technical Note: Contrast free angiography of the pulmonary vasculature in live mice using a laboratory x-ray source. Medical Physics. 43 (11), 6017 (2016).
- Grothausmann, R., Knudsen, L., Ochs, M., Muhlfeld, C. Digital 3D reconstructions using histological serial sections of lung tissue including the alveolar capillary network. American Journal of Physiology Lung Cellular and Molecular Physiology. 312 (2), 243-257 (2017).
- Hayworth, K. J., et al. Imaging ATUM ultrathin section libraries with WaferMapper: a multi-scale approach to EM reconstruction of neural circuits. Front Neural Circuits. 8, 68 (2014).
- Bussolati, G., Marchio, C., Volante, M. Tissue arrays as fiducial markers for section alignment in 3-D reconstruction technology. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 9 (2), 438-445 (2005).
- Preissner, M., et al. Application of a novel in vivo imaging approach to measure pulmonary vascular responses in mice. Physiological Reports. 6 (19), 13875 (2018).
- Junaid, T. O., Bradley, R. S., Lewis, R. M., Aplin, J. D., Johnstone, E. D. Whole organ vascular casting and microCT examination of the human placental vascular tree reveals novel alterations associated with pregnancy disease. Scientific Reports. 7 (1), 4144 (2017).
- Bolender, R. P., Hyde, D. M., Dehoff, R. T. Lung morphometry: a new generation of tools and experiments for organ, tissue, cell, and molecular biology. American Journal of Physiology. 265 (6), 521-548 (1993).
- Savai, R., et al. Evaluation of angiogenesis using micro-computed tomography in a xenograft mouse model of lung cancer. Neoplasia. 11 (1), 48-56 (2009).
- Ehling, J., et al. Micro-CT imaging of tumor angiogenesis: quantitative measures describing micromorphology and vascularization. American Journal of Pathology. 184 (2), 431-441 (2014).
- Sueyoshi, R., Ralls, M. W., Teitelbaum, D. H. Glucagon-like peptide 2 increases efficacy of distraction enterogenesis. Journal of Surgical Research. 184 (1), 365-373 (2013).
- Zhang, H., Jin, B., Faber, J. E. Mouse models of Alzheimer’s disease cause rarefaction of pial collaterals and increased severity of ischemic stroke. Angiogenesis. 22 (2), 263-279 (2019).
- Faight, E. M., et al. MicroCT analysis of vascular morphometry: a comparison of right lung lobes in the SUGEN/hypoxic rat model of pulmonary arterial hypertension. Pulmonary Circulation. 7 (2), 522-530 (2017).
- Fisher, S., Burgess, W. L., Hines, K. D., Mason, G. L., Owiny, J. R. Interstrain Differences in CO2-Induced Pulmonary Hemorrhage in Mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 55 (6), 811-815 (2016).
- Munce, N. R., et al. Intravascular and extravascular microvessel formation in chronic total occlusions a micro-CT imaging study. JACC Cardiovascular Imaging. 3 (8), 797-805 (2010).
- Shifren, A., Durmowicz, A. G., Knutsen, R. H., Faury, G., Mecham, R. P. Elastin insufficiency predisposes to elevated pulmonary circulatory pressures through changes in elastic artery structure. Journal of Applied Physiology. 105 (5), 1610-1619 (2008).
- Sonobe, T., et al. Imaging of the closed-chest mouse pulmonary circulation using synchrotron radiation microangiography. Journal of Applied Physiology (1985). 111 (1), 75-80 (2011).
- Ritman, E. L. Micro-computed tomography of the lungs and pulmonary-vascular system. Proceedings of the American Thoracic Society. 2 (6), 477-480 (2005).
- Dinkel, J., et al. Intrinsic gating for small-animal computed tomography: a robust ECG-less paradigm for deriving cardiac phase information and functional imaging. Circulation: Cardiovascular Imaging. 1 (3), 235-243 (2008).
- Ashton, J. R., West, J. L., Badea, C. T. In vivo small animal micro-CT using nanoparticle contrast agents. Frontiers in Pharmacology. 6, 256 (2015).
- Ford, N. L., Thornton, M. M., Holdsworth, D. W. Fundamental image quality limits for microcomputed tomography in small animals. Medical Physics. 30 (11), 2869-2877 (2003).
- Boone, J. M., Velazquez, O., Cherry, S. R. Small-animal X-ray dose from micro-CT. Molecular Imaging. 3 (3), 149-158 (2004).
- Giuvarasteanu, I. Scanning electron microscopy of vascular corrosion casts–standard method for studying microvessels. Romanian Journal of Morphology and Embryology. 48 (3), 257-261 (2007).
- Polguj, M., et al. Quality and quantity comparison study of corrosion casts of bovine testis made using two synthetic kits: Plastogen G and Batson no 17. Folia Morphologica (Warsz). 78 (3), 487-493 (2019).
- Verli, F. D., Rossi-Schneider, T. R., Schneider, F. L., Yurgel, L. S., de Souza, M. A. Vascular corrosion casting technique steps. Scanning. 29 (3), 128-132 (2007).
- Azaripour, A., et al. A survey of clearing techniques for 3D imaging of tissues with special reference to connective tissue. Progress in Histochemistry and Cytochemistry. 51 (2), 9-23 (2016).
- Richardson, D. S., Lichtman, J. W. Clarifying Tissue Clearing. Cell. 162 (2), 246-257 (2015).
- Albers, J., Markus, M. A., Alves, F., Dullin, C. X-ray based virtual histology allows guided sectioning of heavy ion stained murine lungs for histological analysis. Scientific Reports. 8 (1), 7712 (2018).
- Katsamenis, O. L., et al. X-ray Micro-Computed Tomography for Nondestructive Three-Dimensional (3D) X-ray Histology. American Journal of Pathology. 189 (8), 1608-1620 (2019).
- Morales, A. G., et al. Micro-CT scouting for transmission electron microscopy of human tissue specimens. Journal of Microscopy. 263 (1), 113-117 (2016).
- Wen, H., et al. Correlative Detection of Isolated Single and Multi-Cellular Calcifications in the Internal Elastic Lamina of Human Coronary Artery Samples. Scientific Reports. 8 (1), 10978 (2018).
- Zamir, A., et al. Robust phase retrieval for high resolution edge illumination x-ray phase-contrast computed tomography in non-ideal environments. Scientific Reports. 6, 31197 (2016).
- Yu, B., et al. Evaluation of phase retrieval approaches in magnified X-ray phase nano computerized tomography applied to bone tissue. Optics Express. 26 (9), 11110-11124 (2018).
- Bidola, P., et al. Application of sensitive, high-resolution imaging at a commercial lab-based X-ray micro-CT system using propagation-based phase retrieval. Journal of Microscopy. 266 (2), 211-220 (2017).
- Norvik, C., et al. Synchrotron-based phase-contrast micro-CT as a tool for understanding pulmonary vascular pathobiology and the 3-D microanatomy of alveolar capillary dysplasia. American Journal of Physiology Lung Cellular and Molecular Physiology. 318 (1), 65-75 (2020).
- Weibel, E. R. Lung morphometry: the link between structure and function. Cell and Tissue Research. 367 (3), 413-426 (2017).
- Hsia, C. C., Hyde, D. M., Ochs, M., Weibel, E. R. An official research policy statement of the American Thoracic Society/European Respiratory Society: standards for quantitative assessment of lung structure. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 181 (4), 394-418 (2010).
- Sarhaddi, D., et al. Validation of Histologic Bone Analysis Following Microfil Vessel Perfusion. Journal of Histotechnology. 35 (4), 180-183 (2012).
- Ehling, J., et al. Quantitative Micro-Computed Tomography Imaging of Vascular Dysfunction in Progressive Kidney Diseases. Journal of the American Society of Nephrology. 27 (2), 520-532 (2016).
