القلب والأوعية الدموية التصوير باستخدام نظام الموجات فوق الصوتية عالية التردد (MHZ 30/45) الجنينية الماوس
Summary
التصوير بالموجات فوق الصوتية عالية التردد للماوس الجنين قد تحسن القرار التصوير ويمكن أن توفر دقة توصيف غير الغازية للتنمية القلب والعيوب الهيكلية. تم تصميم البروتوكول المبينة هنا لتنفيذ الفئران الجنينية في الوقت الحقيقي تخطيط صدى القلب في فيفو.
Abstract
عيوب القلب الخلقية (CHDs) هي السبب الأكثر شيوعاً للطفولة الاعتلال والوفاة المبكرة. الكشف عن الآليات الجزيئية الكامنة CHDs قبل الولادة أمر حاسم لابتكار استراتيجيات وقائية وعلاجية جديدة. نماذج الماوس متحولة هي أدوات قوية لاكتشاف آليات جديدة ومعدلات الإجهاد البيئي التي تدفع التنمية القلب وتلك التعديلات المحتملة في CHDs. بيد الجهود الرامية إلى إقامة العلاقة السببية لهذه المساهمة المفترضة كانت تقتصر على الدراسات الجزيئية وغذائها في التجارب على الحيوانات غير البقاء على قيد الحياة، في الذي رصد البارامترات الفيزيولوجية والفسيولوجية الرئيسية التي تغيب غالباً. تكنولوجيا التصوير الحي أصبح أداة أساسية تحديد مسببات CHDs. على وجه الخصوص، يمكن استخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية بريناتالي دون تعريض جراحيا الأجنة، مما يتيح الحفاظ على علم وظائف الأعضاء الأساسية في حين رصد أثر الإجهاد البيئي على الجوانب الفسيولوجية والهيكلية لدائرة القلب التنمية. وهنا، نستخدم نظام “الموجات فوق الصوتية” عالية التردد (30/45) لدراسة نظام القلب والأوعية الدموية في الفئران الجنينية في E18.5 في الرحم في خط الأساس، واستجابة للتعرض لنقص قبل الولادة. ونحن تثبت جدوى النظام قياس حجم الدائرة القلب ومورفولوجيا، وظيفة البطين، معدل قلب الجنين، والأرقام القياسية لتدفق الشريان السري، وهذه التعديلات في الجنين الفئران المعرضة لنقص مزمن النظمية في الرحم في الوقت الحقيقي الوقت.
Introduction
التشوهات الخلقية للقلب هي العيوب الهيكلية غير المتجانسة التي تحدث أثناء التنمية القلب في وقت مبكر. التقدم التقني الحالي للإجراءات التشغيلية أدت إلى تحسينات كبيرة في معدلات بقاء الأطفال الرضع مع CHDs1،2. ومع ذلك، نوعية الحياة هو غالباً الثانوية الشبهة للاستشفاء المطول والاحتياجات لقاموا بإجراءات جراحية1،2،3،،من45. الكشف عن الآليات الجزيئية الكامنة CHDs قبل الولادة بالغ الأهمية من أجل تخطيط التدخلات المبكرة، الاضطلاع باستراتيجيات جديدة لمنع، وتحسين النتائج مدى الحياة6،7.
على الرغم من أن العوامل الوراثية والبيئية متعددة قد تورطت في CHDs المرضية، إقامة العلاقة السببية ما زالت حاجة غير ملباة لتحسين التشخيص والعلاج، والاستراتيجيات الوقائية1،8،9 ،10،،من1112. وعلاوة على ذلك، دراسة الأدوار في الرحم عوامل الإجهاد والمعدلات جينية فتح أماكن جديدة لإجراء تحقيقات في المستقبل11،12. وقد شهد العقد الأخير الواقع التقدم السريع في تكنولوجيا الجيل القادم تسلسل بما في ذلك ميكرواري تعدد الأشكال (SNP) النوكليوتيدات واحدة وتسلسل عزمي كله ودراسات مثلايشن المجين على نطاق المنظومة، والاستفادة منها في دراسة الوراثية يسبب الأمراض البشرية المعقدة، بما في ذلك1،CHDs9،،من1011 مما يمهد الطريق للتعرف على الطفرات الرواية والمتغيرات الجينية التي لم يتم بعد8، اختبار على القدرة الإمراضية في نماذج حيوانية مناسبة.
بين النظم النموذجية أمراض مختلفة، الفأر هو نموذج الحيوان المفضل، ليس فقط للتحقيق وآليات ل CHDs خلال وقت مبكر كارديوجينيسيس13،14،،من1516، ولكن أيضا توضيح أثرها على نضوج دائرة القلب ووظيفة في وقت متأخر من الحمل في عوامل الإجهاد قبل الولادة وفترة ما حول الولادة. ومن ثم، أداء في فيفو المظهرية توصيف قلب الماوس الجنين المسخ، خلال المراحل المبكرة والمتأخرة على حد سواء للتنمية، أمر بالغ الأهمية لفهم دور هذه الاختلافات الجينية والعوامل البيئية على التنمية القلب، و الأثر المحتمل مستقبلا في غرفة عمليات نضج معينة في الفئران.
الكشف المبكر والتشخيص الدقيق للعيوب القلبية أثناء التطوير أمر بالغ الأهمية للتخطيط التدخلية17،18. بالموجات فوق الصوتية الجنين، كونها آمنة وبسيطة، ومحمولة وقابلة للتكرار، أصبح الواقع المعيار التصوير تقنية لتقييم القلب في العيادة. تقييم الدورة الدموية الجنين باستخدام الموجات فوق الصوتية دوبلر قد استخدمت على نطاق واسع في الممارسة السريرية ليس فقط للكشف عن العيوب القلبية، ولكن أيضا للكشف عن تشوهات الأوعية الدموية، وقصور المشيمة وتقييد النمو داخل الرحم، وتقييم الجنين رفاه ردا على الإهانات في الرحم بما في ذلك نقص تاكسج الدم ومرض الأمهات والمخدرات سمية17،18. وبالتوازي مع قيمته في تقييم العيوب البشرية والأمراض، اكتسب التقييم بالموجات فوق الصوتية للجنين الفئران زيادة فائدة في إعدادات التجريبية19،،من2021،22، 23. على وجه الخصوص، يتيح قلب الجنين بالموجات فوق الصوتية (تخطيط صدى القلب) متسلسلة في فيفو التصور القلب النامية. واستخدمت العديد من الدراسات التجريبية تكنولوجيا-التصوير بالموجات فوق الصوتية لمراقبة التطور الجنيني القلب والأوعية الدموية في الفئران الجنينية وراثيا. وقد تم دوبلر بالموجات فوق الصوتية مفيدة بشكل خاص توضيح المعايير الفيزيولوجية المرضية، مثل أنماط التدفق في دوران الجنين تحت التحديات الفسيولوجية أو المرض ظروف10،19. في البشر والحيوانات على حد سواء، يمكن أن يؤدي إلى إمدادات الدم غير طبيعية التدفق أو الأكسجين للجنين من الظروف المختلفة التي يمكن أن تعطل بيئة الجنين في الرحم وتؤثر على المحور فيتوبلاسينتال، بما في ذلك شذوذ المشيمة، نقص الأمهات، السكري الحملي، وانقباض الأوعية الدموية المستحث فارماسيوتيكالي15،22. ولذلك، إنشاء أساليب موحدة لأداء الموجات فوق الصوتية دوبلر على الفئران الجنينية هائلة ستمكن الدراسات المستقبلية من CHDs بتيسير أنماط تدفق الرصد والمؤشرات الفسيولوجية الرئيسية لدوائر القلب والأوعية الدموية خلال مراحل مختلفة من التنمية القلب في نماذج الماوس الوراثية.
الموجات فوق الصوتية عالية التردد قد برز كأداة قوية لقياس المعلمات الإنمائية والفسيولوجية لنظام القلب والأوعية الدموية في نماذج الماوس والأمراض التي تصيب الإنسان18. وقد تم صقل هذه التكنولوجيا في السنوات الأخيرة. ونحن، وغيرهم من الباحثين قد أثبتت جدوى هذا النظام لإجراء دراسات بالموجات فوق الصوتية تردد فوق العالي على الماوس الجنين قلب15،19،،من2021،22 ،23. النظام مجهز بلون دوبلر تدفق رسم الخرائط ومحولات الطاقة الصفيف الخطية التي تولد صوراً ثنائية الأبعاد، ودينامية في معدلات الإطار عالية التردد (30 إلى 50 ميغا هرتز). توفر هذه المزايا، بالمقارنة مع نظم الموجات فوق الصوتية ذات التردد المنخفض والجيل السابق عالية التردد الموجات فوق الصوتية،من21إلى22، الحساسية اللازمة والقرار لتقييم متعمق للجنين الدورة الدموية النظام، بما في ذلك توصيف شامل هياكل القلب ووظيفة الدائرة، ومؤشرات تدفق من الفئران الجنينية في إعدادات التجريبية. هنا، فإننا مخطط أساليب إجراء تقييم سريع لدوران القلب ودوران الجنين المشيمة في يوم الجنينية E18.5 في فيفو باستخدام نظام عالية تردد. لقد اخترنا محول ميغاهرتز 30/45 التي توفر حل محوري لحوالي 60 ميكرومتر وقرار أفقي من 150 ميكرون. ومع ذلك، يمكن اختيار محول تردد العالي (40/50 ميغاهيرتز) لتحليل مراحل النمو في وقت سابق باتباع منهجية مماثلة. م-وضع المحدد يسمح تصور الأنسجة في الحركة على مستويات عالية الدقة الزمنية (1,000 إطارات/ثانية). وأخيراً، علينا أن نظهر جدوى عالية بالموجات فوق الصوتية لتوصيف الحالة الفسيولوجية القلب والأوعية الدموية الجنينية والدالة في الفئران عند خط الأساس، وفي الاستجابة للإجهاد قبل الولادة نقص المظهرية مفصلة شاملة.
Protocol
Representative Results
Discussion
تشوهات القلب والأوعية الدموية وأمراض تتأثر إلى حد كبير بالعوامل الوراثية والعناصر البيئية19. قد أثبتنا سابقا أثر كبير من الأمهات تقييد السعرات الحرارية، بدأت خلال الربع الثاني، على الجنين-المشيمة تدفق الدورة الدموية، ووظيفة القلب الجنين9.
قبل الو…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن نشكر الأساسية الفيزيولوجيا الحيوانية، شعبة الطب الجزيئي في جامعة كاليفورنيا لتوفير الدعم التقني والوصول المفتوح للنظام بيوميكروسكوبي (UBM) الموجات فوق الصوتية Vevo 2100. وأيده هذه الدراسة في مركز بحوث الصحة المعاهد الوطنية للصحة والطفل (5K12HD034610/K12) واكتشاف معهد جامعة كاليفورنيا الأطفال والصندوق اليوم وغدا الأطفال، وديفيد جيفن مدرسة من الطب البحوث جائزة الابتكار إلى توما م.
Materials
| Vevo 2100 | VisualSonics, Toronto, Ontario, Canada | N/A | High Freequency Ultrasound Biomicroscopy. The set up is available in animal physiology core facility, division of molecular medicine, UCLA. USA |
| inbred mice (c57/BL6) | Charles River Laboratories | N/A | Inbread wild type mouse strain |
References
- Touma, M., Reemtsen, B., Halnon, N., Alejos, J., Finn, J. P., Nelson, S. F., Wang, Y. A Path to Implement Precision Child Health Cardiovascular Medicine. Front Cardiovasc Med. 4, 36 (2017).
- Triedman, J. K., Newburger, J. W. Trends in Congenital Heart Disease. The Next Decade. Circulation. 133, 2716-2733 (2016).
- Gilboa, S. M., et al. Congenital Heart Defects in the United States Estimating the Magnitude of the Affected Population in 2010. Circulation. 134, 101-109 (2016).
- Pruetz, J. D., et al. Outcomes of critical congenital heart disease requiring emergent neonatal cardiac intervention. Prenat Diagn. 34, 1127-1132 (2014).
- Peterson, C., et al. Mortality among Infants with Critical Congenital Heart Disease: How Important Is Timely Detection?. Birth Defects Res A Clin Mol Teratol. 97 (10), 664-672 (2013).
- Atz, A. M., et al. Prenatal Diagnosis and Risk Factors for Preoperative Death in Neonates with Single Right Ventricle and Systemic Outflow Obstruction: Screening Data from the Pediatric Heart Network Single Ventricle Reconstruction Trial. J Thorac Cardiovasc Surg. 140 (6), 1245-1250 (2010).
- Lalani, S. R., Belmont, J. W. Genetic Basis of Congenital Cardiovascular Malformations. Eur J Med Genet. 57 (8), 402-413 (2014).
- Hanchard, N. A., Swaminathan, S., Bucasas, K., Furthner, D., Fernbach, S., Azamian, M. S., et al. A genome-wide association study of congenital cardiovascular left-sided lesions shows association with a locus on chromosome 20. Hum Mol. 11, 2331-2341 (2016).
- Arsenijevic, V., Davis-Dusenbery, B. N. Reproducible, Scalable Fusion Gene Detection from RNA-Seq. Methods Mol Biol. 1381, 223-237 (2016).
- LaHaye, S., Corsmeier, D., Basu, M., Bowman, J. L., Fitzgerald-Butt, S., Zender, G., et al. Utilization of Whole Exome Sequencing to Identify Causative Mutations in Familial Congenital Heart Disease. Circ Cardiovasc Genet. 9 (4), 320-329 (2016).
- Zaidi, S., Choi, M., Wakimoto, H., Ma, L., Jiang, J., Overton, J. D., et al. De novo mutations in histone modifying genes in congenital heart disease. Nature. 498 (7453), 220-223 (2016).
- Leirgul, E., Brodwall, K., Greve, G., Vollset, S. E., Holmstrom, H., Tell, G. S., et al. Maternal Diabetes, Birth Weight, and Neonatal Risk of Congenital Heart Defects in Norway, 1994-2009. Obstet Gynecol. 128 (5), 1116-1125 (2016).
- Garry, D. J., Olson, E. N. A Common Progenitor at the Heart of Development. Cell. 127 (6), 1101-1104 (2006).
- Postma, A. V., Bezzina, C. R., Christoffels, V. M. Genetics of congenital heart disease: the contribution of the noncoding regulatory genome. J Hum Genet. 61, 13-19 (2016).
- Ganguly, A., Touma, M., Thamotharan, S., De Vivo, D. C., Devaskar, S. U. Maternal Calorie Restriction Causing Uteroplacental Insufficiency Differentially Affects Mammalian Placental Glucose and Leucine Transport Molecular Mechanisms. Endocrinology. Oct. 157 (10), 4041-4054 (2016).
- Lluri, G., Huang, V., Touma, M., Liu, X., Harmon, A. W., Nakano, A. Hematopoietic progenitors are required for proper development of coronary vasculature. J Mol Cell Cardiol. 86, 199-207 (2015).
- Bishop, K. C., Kuller, J. A., Boyd, B. K., Rhee, E. H., Miller, S., Barker, P. Ultrasound Examination of the Fetal Heart. Obstet Gynecol Surv. 72 (1), 54-61 (2017).
- He, H., Gan, J., Qi, H. Assessing extensive cardiac echography examination for detecting foetal congenital heart defects during early and late gestation: a systematic review and meta-analysis. Acta Cardiol. 71 (6), 699-708 (2016).
- Hobbs, C. A., Cleves, M. A., Karim, M. A., Zhao, W., MacLeod, S. L. Maternal Folate-Related Gene Environment Interactions and Congenital Heart Defects. Obstet Gynecol. 116 (2 Pt 1), 316-322 (2016).
- Gabbay-Benziv, R., et al. A step-wise approach for analysis of the mouse embryonic heart using 17.6 Tesla MRI. Magn Reson Imaging. 35, 46-53 (2017).
- Kim, G. H. Murine fetal echocardiography. J Vis Exp. (72), e4416 (2013).
- Zhou, Y. Q., Cahill, L. S., Wong, M. D., Seed, M., Macgowan, C. K., Sled, J. G. Assessment of flow distribution in the mouse fetal circulation at late gestation by high-frequency Doppler ultrasound. Physiol Genomics. 46 (16), 602-614 (2014).
- Greco, A., Coda, A. R., Albanese, S., Ragucci, M., Liuzzi, R., Auletta, L., Gargiulo, S., Lamagna, F., Salvatore, M., Mancini, M. High-Frequency Ultrasound for the Study of Early Mouse Embryonic Cardiovascular System. Reprod Sci. 22 (12), 1649-1655 (2015).
- Deneke, T., Lawo, T., von Dryander, S., Grewe, P. H., Germing, A., Gorr, E., Hubben, P., Mugge, A., Shin, D. I., Lemke, B. Non-invasive determination of the optimized atrioventricular delay in patients with implanted biventricular pacing devices. Indian Pacing Electrophysiol J. 10 (2), 73-85 (2010).
- Kono, M., Kisanuki, A., Ueya, N., Kubota, K., Kuwahara, E., Takasaki, K., Yuasa, T., Mizukami, N., Miyata, M., Tei, C. Left ventricular global systolic dysfunction has a significant role in the development of diastolic heart failure in patients with systemic hypertension. Hypertens Res. 33 (11), 1167-1173 (2010).
