Assessing the three-dimensional collagen network in soft tissues using contrast agents and high resolution micro-CT: Application to porcine iliac veins

The assessment of the three-dimensional architecture of collagen fibers inside vessel walls constitutes one of the bases for building structural models for the description of the mechanical behavior of these tissues. Multiphoton microscopy allows for such observations, but is limited to volumes of around a thousand of microns. In the present work, we propose to observe the collagenous network of vascular tissues using micro-CT. To get a contrast, three staining solutions (phosphotungstic acid, phosphomolybdic acid and iodine potassium iodide) were tested. Two of these stains were showed to lead to similar results and to a satisfactory contrast within the tissue. A detailed observation of a small porcine iliac vein sample allowed assessing the collagen fibers orientations within the medial and adventitial layers of the vein. The vasa vasorum network, which is present inside the adventitia of the vein, was also observed. Finally, the demonstrated micro-CT staining technique for the three-dimensional observation of thin soft tissues samples, like vein walls, contributes to the assessment of their structure at different scales while keeping a global overview of the tissue.

RésuméLa connaissance de l’architecture tridimensionnelle du réseau de collagène présent dans les parois vasculaires est primordiale pour la construction de modélisations structurelles permettant de décrire le comportement mécanique de ces tissus. La microscopie multiphotonique permet de telles observations, mais est limitée à des volumes d’observation mesurant quelques centaines de micromètres. Dans ce travail, nous proposons une observation du réseau de collagène présent dans les parois vasculaires en utilisant une technique de microtomographie X. Trois agents de contraste ont été comparés (acide phosphotungstique, acide phosphomolybdique et iodure de potassium). Deux de ces colorations ont mené à l’obtention d’un contraste satisfaisant dans le tissu. Des observations détaillées de petits échantillons de veines iliaques de porc ont permis d’évaluer les orientations prédominantes des fibres de collagène dans la média et l’adventice de la paroi de la veine. Le vasa vasorum présent dans l’adventice a également pu être observé. Finalement, la technique proposée utilise la microtomographie X pour évaluer l’architecture tridimensionnelle de la structure interne de fins échantillons de tissu mou, tels que des parois vasculaires. Elle permet, à une échelle supérieure, de conserver un aperçu de la structure globale du tissu.