يظهر هنا بروتوكول للمنهجية الموحدة لإعداد أنسجة القوارض بعد تجربة نقص التروية والمبادئ التوجيهية لإنشاء إعدادات الإضاءة والكاميرا للحصول على صور عالية الدقة. تنطبق هذه الطريقة على جميع الصور التجريبية للأعضاء الحيوانية الصغيرة.
التصوير الفوتوغرافي الماكرو قابل للتطبيق لتصوير عينات الأنسجة المختلفة عند التكبير العالي لإجراء تحليلات نوعية وكمية. يعد إعداد الأنسجة والتقاط الصور لاحقا خطوات يتم تنفيذها مباشرة بعد تجربة نقص التروية (IR) ويجب إجراؤها في الوقت المناسب وبعناية مناسبة. لتقييم الضرر الناجم عن الأشعة تحت الحمراء في القلب والدماغ ، تصف هذه الورقة التلطيخ القائم على كلوريد 2،3،5-ثلاثي فينيل – 2H-tetrazolium (TTC) يليه التصوير الماكرو. يتطلب تصوير الماكرو العلمي إضاءة يتم التحكم فيها وإعداد تصوير مناسب. تضمن المنهجية الموحدة صورا رقمية عالية الجودة ومفصلة حتى في حالة استخدام مزيج من كاميرا رقمية حديثة وغير مكلفة وعدسة ماكرو. تتم مناقشة التقنيات المناسبة والأخطاء المحتملة في إعداد العينات والحصول على الصور ، ويتم توفير أمثلة على تأثير الإعدادات الصحيحة وغير الصحيحة على جودة الصورة. يتم تقديم نصائح محددة حول كيفية تجنب الأخطاء الشائعة ، مثل التلطيخ الزائد ، وتخزين العينات غير السليم ، وظروف الإضاءة دون المستوى الأمثل. توضح هذه الورقة المنهجية المناسبة لتقطيع وتلطيخ قلب الفئران وأنسجة المخ وتوفر إرشادات لإنشاء إعدادات الإضاءة والكاميرا وتقنيات التصوير الفوتوغرافي للحصول على صور عالية الدقة.
على مدى عقود، كان التصوير الفوتوغرافي وتحليل عينات القلب وأنسجة المخ جزءا مهما من تجارب علوم الحياة. يدفع تقدم العلم والابتكار إلى تطوير مجاهر باهظة الثمن قادرة على الدقة الفائقة. يتم الحصول على الصور الميكروغرافية في بيئة ضوئية يتم التحكم فيها جيدا باتباع تعليمات مفصلة. في المقابل، غالبا ما يتم إجراء تصوير الماكرو (عند تكبير 1:2 أو أكبر) في بيئة ضوئية غير منضبطة باستخدام إعدادات تصوير غير مناسبة. في كثير من الأحيان ، تحتاج تقنيات إعداد العينات وإعداد الكاميرا إلى تحسين كبير. ونتيجة لذلك ، تم نشر صور الماكرو ذات الجودة المحدودة على نطاق واسع في المجلات العلمية. تحد دقة الصورة والتباين غير الكافيين من إمكانيات التحديد الكمي الدقيق للصورة في دراسات الأشعة تحت الحمراء.
تم وصف الإجراءات التجريبية لاحتشاء عضلة القلب1,2 والدماغ3,4 بالتفصيل. الغرض من هذه الدراسة هو توفير دليل خطوة بخطوة حول كيفية إعداد نظام للتصوير الفوتوغرافي والتحليل الموحد لعينات قلب القوارض وأنسجة المخ بعد تجارب الاحتشاء. ويشمل ذلك تقطيع الأنسجة وتلطيخ وتصوير الماكرو لعينات القلب والدماغ. يعد إعداد عينات الأنسجة جزءا أساسيا من التجربة، وتعتمد نتائج تحليل الصور المستوية بشكل كبير على جودة الصور التي تم الحصول عليها5.
هذه الطرق مفيدة بشكل خاص لإجراء القياسات وتحليل الصور المخططة في أنسجة القوارض ويمكن أن تكون ذات قيمة للتصوير الكلي العلمي العام. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح الجودة العالية والاتساق للصور بإجراء تحليل آلي للصور الرقمية ، مما يساعد على توفير الوقت وتجنب إدخال المستخدم وتقليل مخاطر الأخطاء أو التحيز أثناء تحليل الصور. سيؤدي ذلك إلى توليد بيانات قوية وموثوقة وزيادة ترجمة الاكتشافات قبل السريرية إلى علاجات جديدة مضادة للنقص الكيميائي في العيادات.
يبدأ تحضير القلب بعد الأشعة تحت الحمراء بإعادة انسداد شرايين القلب في الدم وإرواء الصبغة الزرقاء للتمييز بين المناطق المعرضة للخطر والمناطق غير المعرضة للخطر. تستخدم أصباغ الميثيلين الزرقاء أو أصباغ إيفانز الزرقاء بشكل متكرر لهذا الغرض2. نظرا لأن الضغط المرتفع بشكل مفرط قد يؤدي إلى تلف صمامات القلب ، وبالتالي ، جزئيا أو كليا ، تلطخ المناطق المعرضة للخطر ، فمن الأفضل أن تغلغل القلب بنظام يتم التحكم فيه بالضغط ، مثل جهاز Langendorff أو نسخة مبسطة من حقنة أو مضخة مجهزة بنظام الضغط الهيدروستاتيكي. سيضمن التروية التي يتم التحكم فيها الضغط الفسيولوجي ، ولن تدخل الصبغة عادة إلى المنطقة المسدودة من القلب. كل من سرعة التدفق والتقنيات التي يتم التحكم فيها بالضغط هي ضمانات ضد التلطيخ الزائد.
أحد أخطر الأخطاء في معالجة الأنسجة القابلة للحياة هو الاحتفاظ بالأنسجة في الثلاجة لفترة طويلة قبل تلطيخها. يستخدم التجميد بشكل أساسي لأن الباحثين يريدون إجراء تلطيخ القلب في اليوم التالي لتجربة الأشعة تحت الحمراء أو في وقت لاحق. علاوة على ذلك ، يتم استخدام التجميد لجعل قطع القلب أسهل. وجدنا أن تجميد القلب على المدى القصير لمدة تصل إلى 5-10 دقائق يؤثر بشكل ضئيل على سلامة أنسجة القلب ويسهل قطع الأنسجة (خاصة بالنسبة لقلوب الفئران) إلى شرائح رقيقة. ومع ذلك، فإن التجميد لفترات طويلة يضر بالأغشية ويقلل من صلاحية الخلية ووظيفة الميتوكوندريا13. نتيجة لذلك ، يتأثر تلطيخ TTC للميتوكوندريا العاملة ، ويتم تحديد الحدود بين الأنسجة الميتة والقابلة للحياة بشكل سيئ (ضبابية). بشكل عام ، يجب تجنب تجميد هارتس الفئران ، ويمكن استخدام التجميد قصير الأجل فقط لقلوب الفئران لتسهيل القطع.
الخطوة التالية هي تلطيخ الأنسجة في محلول TTC بنسبة 1٪ عند 37 درجة مئوية 14. يجب تسخين محلول التلطيخ مسبقا – وهو أمر مهم بشكل خاص لتلطيخ شرائح الدماغ. عند استخدام المحلول المسخن مسبقا ، فإن وقت التلطيخ الأمثل لشرائح القلب هو 10 دقائق. تؤدي الحضانة الأطول أو درجة الحرارة الأعلى من 37 درجة مئوية إلى تلوين بني لأنسجة القلب. يعد التلطيخ المناسب للعينات وكثافة اللون الأحمر المتسقة أمرا مهما لمزيد من تحليل الصور. في الخطوات الأخيرة قبل التصوير الفوتوغرافي ، يتم شطف شرائح الأنسجة 2-3 مرات باستخدام PBS البارد أو مخزن مؤقت مماثل لإزالة TTC وأزرق الميثيلين الزائد من المحلول لتجنب الصب الأزرق في الصورة. يجب تصوير شرائح القلب بعد فترة وجيزة من التلطيخ للحصول على أفضل جودة للصورة. يبقى تلطيخ القلب من نوعية جيدة إذا تم تخزينها لمدة تصل إلى 60 دقيقة في البرد (+4 درجة مئوية) PBS. عادة ما يتم تخزين شرائح الدماغ الملطخة وأنسجة الأبهر في محلول فورمالديهايد محايد بنسبة 4٪ وتحتفظ بنوعية جيدة لمدة أسبوع. التخزين بين عشية وضحاها من أنسجة المخ في الفورمالين (+4 درجة مئوية) لا يضعف كثافة اللون من الأنسجة الطبيعية ومقبول للحصول على الصورة. ومع ذلك ، فإن الفورمالين يحفز تورم وإزالة تلطيخ شرائح القلب. لذلك ، لا ينصح بتخزين أنسجة القلب في الفورمالين.
الخطوة التالية هي الحصول على الصور. تستخدم العديد من المختبرات الماسحات الضوئية المسطحة كأداة للحصول على الصور التي من المتوقع أن تحل محل الكاميرا الرقمية وإعداد الإضاءة. قررنا أن المسح الضوئي للشرائح لا يوفر دقة كافية للصورة وفصلا بين الألوان ، وبالتالي فهو غير مناسب لتصوير شرائح القلب. على وجه الخصوص ، دقة الماسح الضوئي غير كافية لقلوب الفئران ، ولاحظنا سوء تقديم الميثيلين الأزرق. في المقابل ، قد يكون الماسح الضوئي بديلا لكاميرا الصور لتصوير شرائح الدماغ الملطخة فقط ب TTC أو أصباغ مفردة أخرى. لمسح شرائح الأنسجة، يعد برنامج المسح الضوئي الذي يضمن إعدادات التعرض المستمر أمرا ضروريا. بشكل عام ، يكون الماسح الضوئي المسطح أقل قدرة ولا يمكنه استبدال الكاميرا الرقمية لمعظم تطبيقات التصوير.
الخلفية وراء العينات مهمة أيضا. من الناحية المثالية ، يجب أن يكون الجزء السفلي من الدرج بلون غير موجود في العينة الملطخة. على سبيل المثال ، لتحديد مساحة تلطيخ الميثيلين الأزرق و TTC (الأحمر) بطريقة آلية أو شبه آلية ، يجب تجنب الخلفيات البيضاء والحمراء والزرقاء والصفراء والبنية. وبالتالي ، سيكون من الأفضل وجود خلفية خضراء. ومع ذلك ، يعتمد اختيار اللون على تفضيلات المشغل ، الذي يقوم بمعالجة الصورة. يفضل العديد من العلماء خلفية بيضاء لأنه يمكن حذف الخلفية البيضاء في المعالجة اللاحقة للصور وتحويلها إلى بيضاء تماما (الرمز الأبيض RGB 255,255,255). بعد ذلك ، يجب على المرء استبعاد اللون الأبيض تماما من قائمة الألوان المحددة المستخدمة في التحليل شبه الآلي وحساب المناطق الميتة الشاحبة فقط ، والتي ليست بيضاء تماما إن لم تكن مكشوفة بشكل مفرط. الخلفيات الزرقاء والخضراء مناسبة لتصوير شرائح الدماغ والشريان الأورطي.
أداة التصوير المثلى لتصوير الأنسجة هي كاميرا رقمية أحادية العدسة أو عدسة قابلة للتبديل بدون مرآة مع عدسة ماكرو متوافقة. قد يتطلب التقاط الأشياء الصغيرة جدا مزيجا من الكاميرا والمجهر. ومع ذلك ، عادة ما تحتوي عدسة الماكرو على تكبير كاف (1: 2 على الأقل) للحصول على صور مفصلة لقلب الماوس. تقدم العديد من الشركات المصنعة كاميرات رقمية وعدسات ماكرو بأسعار معقولة للحصول على صور عالية الدقة وعالية التكبير. تتميز جميع الكاميرات الرقمية المحدثة بالخصائص والوظائف اللازمة لتصوير الماكرو ، بما في ذلك إمكانية التركيب على حامل ، وعدد كبير من وحدات البكسل (عادة >20 ميجابكسل) ، والعرض المباشر ، وقفل المرآة ، وميزات الفاصل الزمني ، والغالق عن بعد ، والقدرة على ضبط معلمات الكاميرا يدويا ، وبالتالي ضمان سرعة غالق ثابتة ، وفتحة العدسة ، وتوازن اللون الأبيض ، وإعداد ISO. يمكن أيضا استخدام الكاميرات المدمجة ذات الميزات المذكورة أعلاه وتكبير العدسة بنسبة 1: 2 على الأقل لتصوير الماكرو. بسبب خصائص العدسة ، يجب وضع بعض الكاميرات المدمجة على مقربة من الكائن ، ويجب على المجرب التأكد من أن جسم الكاميرا لا يؤثر على إضاءة العينة.
بالنسبة لتصوير الماكرو باستخدام أي نوع من كاميرات العدسات القابلة للتبديل، يلزم وجود عدسة ماكرو عالية التكبير (1:1-1:2). نقترح استخدام عدسات ماكرو ذات بعد بؤري يتراوح من 50 مم إلى 100 (120) مم أو ما يعادلها على مستشعر كامل الإطار (24 مم × 36 مم). تحتوي كاميرات الاستشعار الأصغر حجما على أحجام مستشعر مختلفة ، ويجب إعادة حساب التكبير وفقا لذلك. بالنسبة لتصوير شرائح القلب، تبلغ المسافة المريحة للعنصر الأمامي لعدسة الماكرو مقاس 100 مم للهدف حوالي 150 مم. يسمح هذا الإعداد للمشغلين بالاحتفاظ بجميع المعدات على الطاولة ، مع سهولة الوصول إلى عناصر التحكم في الكاميرا. يمكن النظر في عدسة ماكرو مقاس 50 مم لتصوير الأجسام الأكبر حجما، مثل شرائح الدماغ، لأن مجال الرؤية الأوسع ضروري للحصول على جميع الشرائح في صورة واحدة.
للحصول على صور واضحة بدقة عالية ، يجب تركيب الكاميرا على حامل قوي ، والذي يسمى ، إلى جانب إعداد الضوء ، حامل نسخ التصوير الفوتوغرافي. يؤدي تركيب الكاميرا على حامل ومشغل جهاز تحكم عن بعد (سلكي أو لاسلكي) إلى التخلص من اهتزاز الكاميرا ويضمن مسافة ثابتة من الهدف. يضمن إعداد إضاءة الكاميرا مع مصدرين ثابتين للضوء من كلا الجانبين، بزاوية 30-60 درجة تقريبا بالنسبة لمستوى الهدف، إضاءة كافية للعينات ويساعد على تجنب الانعكاسات في نفس الوقت. يجب تركيب الكاميرا بدقة بحيث يكون المستشعر موازيا لمستوى الموضوع. لإلقاء الضوء بالتساوي على حقل الصورة ، يجب أن يكون كلا المصباحين موجهين بالتساوي ووضعهما على نفس المسافة من الهدف. مصادر الضوء الموضوعة على مسافات مختلفة من الهدف تسبب إضاءة غير متساوية. بالإضافة إلى ذلك ، تعد مصادر الضوء الوامض سببا للاختلافات في التعرض للصورة. بشكل عام ، من المهم وضع الكاميرا ومصادر الضوء بدقة للحصول على صور للعينات المضاءة جيدا بدقة.
تعكس عينات الأنسجة الضوء (اللمعان)، والتي تظهر كبقع بيضاء في الصور. لا تحتوي بقع انعكاس الضوء هذه على معلومات لونية مفيدة ، وبالتالي ، لا يمكن استخدام هذه الأجزاء من الصور للتحليل الكمي الدقيق للصور. يمكن إزالة انعكاسات الضوء من شرائح الأنسجة بطرق مختلفة. الأكثر كفاءة هو الغمر الكامل لعينات الأنسجة في حاوية مع محلول ملحي أو PBS. نهج مماثل هو إدخال شرائح الأنسجة أسفل (أو بين) الألواح الزجاجية. هذه الطريقة فعالة ضد الانعكاسات. ومع ذلك ، يمكن أن تكون دقة الصورة أقل من دقة الصور الفوتوغرافية للأنسجة المغمورة.
يمكن للمرء أيضا استخدام مرشح استقطاب مثبت على عدسة للقضاء على انعكاسات الضوء. تتوفر مرشحات الاستقطاب الدائرية على نطاق واسع ولكنها تختلف اختلافا كبيرا في الجودة اعتمادا على السعر ، ويمكن للمرشحات الرخيصة أن تقلل بشكل كبير من دقة الصورة. يمكن تصفية الضوء المنعكس عن طريق تشغيل الجزء المتحرك من مرشح الاستقطاب بزاوية. قد تتأثر فعالية مرشح الاستقطاب ببعض مصادر الضوء (على سبيل المثال، ضوء LED قوي). بشكل عام ، بعد إزالة السائل الزائد ، يمكن لمرشح الاستقطاب القضاء على جميع الانعكاسات من شرائح الدماغ. ومع ذلك ، فإن غمر العينات في محلول المخزن المؤقت هو النهج الأسهل والأكثر فعالية من حيث التكلفة لشرائح القلب.
تعد الإعدادات اليدوية لسرعة الغالق وفتحة العدسة وISO وتوازن اللون الأبيض مهمة للحفاظ على التحكم الكامل في عملية التصوير. تؤثر العينة والخلفية وخصائص مصدر الضوء على نظام قياس التعرض للكاميرا في الإعدادات التلقائية. لذلك ، تعد الإعدادات اليدوية ضرورية للحفاظ على التعرض المستمر وتوازن اللون الأبيض بين الصور المتعددة أثناء التجربة. بالنسبة لتصوير الماكرو، يتراوح إعداد فتحة العدسة المقترح بين f/8 وf/16. من خلال تقليل الفتحة ، يزداد عمق المجال ، وهو أمر مفيد إذا لم يكن الجسم في مستوى واحد. ومع ذلك ، فإن الحيود يحد من الدقة الإجمالية للتصوير الفوتوغرافي في حالة الفتحات الأصغر. عادة ما تكون الفتحة المثلى لمعظم العدسات f/10 لأنه في هذا الإعداد ، يكون انخفاض الدقة ضئيلا ، وعمق المجال كافيا. عادة ما تكون قيم ISO التي تتراوح من 50 إلى 400 (الأقل أفضل) مثالية لتقليل القطع الأثرية للصور (الضوضاء). ثم تظل سرعة الغالق بحاجة إلى التغيير للحصول على التعريض الضوئي الصحيح باستخدام إعدادات فتحة العدسة وISO المذكورة في ظروف الإضاءة الحالية. الإعدادات اليدوية مهمة لتحليل الصور بشكل متسق. يضمن التصوير الموحد استخدام نفس إعدادات عتبة اللون طوال أي دراسة، الأمر الذي يتطلب تحليل التجزئة. على سبيل المثال، يمكن استخدام التحليل شبه الآلي بواسطة برنامج ImagePro استنادا إلى ملف تجزئة بألوان محددة مسبقا من الأزرق والأحمر والأبيض (+وردي شاحب) على مر السنين إذا كانت صور العينات ذات ألوان متناسقة وتوازن أبيض وتعرض.
يجب ضبط إعداد توازن اللون الأبيض اعتمادا على درجة حرارة لون مصدر الضوء المستخدم لإضاءة عينة. يمكن تحديد توازن اللون الأبيض من الإعدادات المسبقة المضمنة في الكاميرا أو باستخدام المعايرة اليدوية لهدف رمادي. تتمثل فائدة التقاط الصور بتنسيق RAW في أنه يمكن ضبط توازن اللون الأبيض أثناء المعالجة اللاحقة للبرنامج للصورة. نظرا لأن ملفات RAW تحتوي على معلومات أكثر بكثير من ملفات JPEG ، فإن المعالجة اللاحقة لملف RAW توفر فرصة ممتازة لتصحيح توازن الألوان والتعرض ، وكذلك للحصول على دقة صورة أفضل. نظرا لأن معظم الكاميرات يمكنها التقاط ملفات JPEG و RAW في وقت واحد ، فإننا نقترح التقاط ملف RAW وحفظه كنسخة احتياطية.
بشكل عام ، يصف هذا البروتوكول منهجية لتقطيع وتلطيخ قلب الفئران وأنسجة المخ ويوفر إرشادات لإنشاء إعدادات الإضاءة والكاميرا وتقنيات التصوير الفوتوغرافي للحصول على صور عالية الدقة لمزيد من التحليل. تنطبق هذه الطريقة على جميع الصور التجريبية للأعضاء الحيوانية الصغيرة.
The authors have nothing to disclose.
تم دعم المؤلفين من قبل برنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقية المنحة رقم 857394 ، مشروع FAT4BRAIN.
1 mL syringe | Sagimed | N/A | |
2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride (TTC) | Sigma-Aldrich | 298-96-4 | |
5 mL syringe | Sagimed | N/A | |
50 mL syringe | Terumo | N/A | |
Adult Rat Brain Slicer Matrix | Zivic Instruments | BSRAS001-1 | |
Aortic cannula for mouse heart | ADInstruments | SP3787 | |
Aortic cannula for rat heart | ADInstruments | SP3786 | |
Calcium chloride dihydrate, ≥99% | Acros Organics | 207780010 | |
Cover Glass Forceps, Angled | Fine Science Tools | 11073-10 | |
Hemostatic forceps | Agnthos | 13008-12 | |
Hoya 62 mm alpha Circular Polarizer Filter | Hoya | HOCPA62 | |
Magnesium chloride hexahydrate | Penta | 16330-31000 | |
Methylene Blue | SigmaAldrich | M9140 | |
Mouse Heart Slicer Matrix | Zivic Instruments | HSMS005-1 | |
Polyethylene plastic tubing | BD Intramedic | N/A | |
Potassium chloride for biochemistry | Acros Organics | 418205000 | |
Potassium phosphate, monobasic, ≥99% | Acros Organics | 205920025 | |
Rat Heart Slicer Matrix | Zivic Instruments | HSRS001-1 | |
Scissors curved with blunt ends | Agnthos | 14013-15 | |
Scissors for cleaning heart | Agnthos | 14058-11 | |
Single Edge Razor Blades | Zivic Instruments | BLADE012.1 | |
Sodium bicarbonate for biochemistry, 99.5% | Acros Organics | 447100010 | |
Sodium chloride | Fisher bioreagents | BP358-10 | |
Sony Alpha a6000 Mirrorless Digital Camera | Sony | ILCE6000 | Can be repalaced by any up-to-date digiatal camera |
Sony FE 90 mm F/ 2.8 Macro G OSS | Sony | SEL90M28G | Important, lens should be compatible with camera |
Sony SF32UZ SDHC 32 GB Class 10 UHS | Sony | 2190246141 | |
Surgical blade | Heinz Herenz Hamburg Germany | BS2982 | |
Thermo-Shaker | BioSan | PST-60HL-4 | |
Toothed tissue forceps | Agnthos | 11021-12 | |
Toothed tissue forceps for cleaning heart | Agnthos | 11023-10 | |
Weigh tray, 70 mL | Sarsted | 71,99,23,212 |