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High-Resolution 3D Heart Models of Cardiomyocyte Subpopulations in Cleared Murine Heart.

透明小鼠心脏中心肌细胞亚群的高分辨率 3D 心脏模型

基本信息

DOI:
10.3389/fphys.2022.779514
发表时间:
2022
影响因子:
4
通讯作者:
中科院分区:
医学2区
文献类型:
Journal Article
作者: 研究方向: -- MeSH主题词: --
关键词: --
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文献摘要

Biological tissues are naturally three-dimensional (3D) opaque structures, which poses a major challenge for the deep imaging of spatial distribution and localization of specific cell types in organs in biomedical research. Here we present a 3D heart imaging reconstruction approach by combining an improved heart tissue-clearing technique with high-resolution light-sheet fluorescence microscopy (LSFM). We have conducted a three-dimensional and multi-scale volumetric imaging of the ultra-thin planes of murine hearts for up to 2,000 images per heart in x-, y-, and z three directions. High-resolution 3D volume heart models were constructed in real-time by the Zeiss Zen program. By using such an approach, we investigated detailed three-dimensional spatial distributions of two specific cardiomyocyte populations including HCN4 expressing pacemaker cells and Pnmt+ cell-derived cardiomyocytes by using reporter mouse lines Hcn4DreER/tdTomato and PnmtCre/ChR2−tdTomato. HCN4 is distributed throughout right atrial nodal regions (i.e., sinoatrial and atrioventricular nodes) and the superior-inferior vena cava axis, while Pnmt+ cell-derived cardiomyocytes show distinct ventral, left heart, and dorsal side distribution pattern. Our further electrophysiological analysis indicates that Pnmt + cell-derived cardiomyocytes rich left ventricular (LV) base is more susceptible to ventricular arrhythmia under adrenergic stress than left ventricular apex or right ventricle regions. Thus, our 3D heart imaging reconstruction approach provides a new solution for studying the geometrical, topological, and physiological characteristics of specific cell types in organs.
生物组织天然是三维(3D)不透明结构,这对生物医学研究中器官内特定细胞类型的空间分布和定位的深度成像构成了重大挑战。在此,我们提出一种3D心脏成像重建方法,它将一种改良的心脏组织透明化技术与高分辨率光片荧光显微镜(LSFM)相结合。我们对小鼠心脏的超薄平面进行了三维多尺度体成像,在x、y和z三个方向上每个心脏多达2000张图像。通过蔡司Zen程序实时构建了高分辨率的3D立体心脏模型。利用这种方法,我们通过使用报告小鼠品系Hcn4DreER/tdTomato和PnmtCre/ChR2 - tdTomato,研究了两种特定心肌细胞群(包括表达HCN4的起搏细胞和Pnmt+细胞衍生的心肌细胞)详细的三维空间分布。HCN4分布在整个右心房结区(即窦房结和房室结)以及上下腔静脉轴,而Pnmt+细胞衍生的心肌细胞呈现出明显的腹侧、左心和背侧分布模式。我们进一步的电生理分析表明,在肾上腺素能应激下,富含Pnmt+细胞衍生心肌细胞的左心室(LV)基底比左心室心尖或右心室区域更容易发生室性心律失常。因此,我们的3D心脏成像重建方法为研究器官内特定细胞类型的几何、拓扑和生理特征提供了一种新的解决方案。
参考文献(0)
被引文献(0)

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关联基金

Pnmt+心肌细胞对心脏交感神经细胞的反馈调控及机理研究
批准号:
31871181
批准年份:
2018
资助金额:
60.0
项目类别:
面上项目
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