X線μCTと全マウス腎臓の同時三次元血管と尿細管イメージング

Simultaneous Three-Dimensional Vascular and Tubular Imaging of Whole Mouse Kidneys With X-ray μCT.

• Willy Kuo
• Ngoc An Le
• Bernhard Spingler
• Roland H Wenger
• Anja Kipar
• Udo Hetzel
• Georg Schulz
• Bert Müller
• Vartan Kurtcuoglu

抄録

毛細血管レベルの分解能を持つ全腎スケールでの腎血管系と尿細管系の同時三次元画像化は、多大な労力を要し、技術的にも困難である。例えば、血管腐食鋳造法やX線マイクロコンピュータ断層撮影法（μCT）に基づくアプローチでは、血管充填のアーチファクトに悩まされ、尿細管を取得するために追加のモダリティを用いたイメージングが必要となる。この作品では、我々は、新しいサンプル調製、画像取得、および全体の、腐食していないマウス腎臓の血管と尿細管の同時μCTイメージングのための定量化プロトコルを報告する。プロトコルは、水溶性、アルデヒド固定化、高分子X線造影剤XlinCAと血管灌流、実験室ソースのμCTイメージングと自由に利用可能なフィジー/ImageJソフトウェアを使用して構造解析が続くで構成されています。我々は、全体の毛細血管床の一貫した充填と大脳皮質と外側の髄質の尿細管の染色を達成しました。3.3と4.4μmの等方的なボクセルサイズでイメージングした後、我々は、血管と尿細管系をセグメント化し、腔内容積、表面積、拡散距離、および血管経路の長さを定量化した。このプロトコルは、血管腐食鋳造よりも高い信頼性で血管と管のパラメータを分析することができ、連続切片よりも少ない労力で、光と電子顕微鏡による組織学的検査のために組織を無傷のままにしておくことができます。

Concurrent three-dimensional imaging of the renal vascular and tubular systems on the whole-kidney scale with capillary level resolution is labor-intensive and technically difficult. Approaches based on vascular corrosion casting and X-ray micro computed tomography (μCT), for example, suffer from vascular filling artifacts and necessitate imaging with an additional modality to acquire tubules. In this work, we report on a new sample preparation, image acquisition, and quantification protocol for simultaneous vascular and tubular μCT imaging of whole, uncorroded mouse kidneys. The protocol consists of vascular perfusion with the water-soluble, aldehyde-fixable, polymeric X-ray contrast agent XlinCA, followed by laboratory-source μCT imaging and structural analysis using the freely available Fiji/ImageJ software. We achieved consistent filling of the entire capillary bed and staining of the tubules in the cortex and outer medulla. After imaging at isotropic voxel sizes of 3.3 and 4.4 μm, we segmented vascular and tubular systems and quantified luminal volumes, surface areas, diffusion distances, and vessel path lengths. This protocol permits the analysis of vascular and tubular parameters with higher reliability than vascular corrosion casting, less labor than serial sectioning and leaves tissue intact for subsequent histological examination with light and electron microscopy.