用高频超声 (30/45 mhz) 系统对胎儿小鼠进行心血管成像
Summary
高频超声成像的胎儿小鼠有改进的影像分辨率, 可以提供精确的非侵入性的心脏发育和结构缺陷的特点。此处概述的协议旨在执行实时的胎儿小鼠超声心动图在体内。
Abstract
先天性心脏缺损 (CHDs) 是儿童发病率和早期死亡的最常见病因。产前检测 CHDs 的潜在分子机制对于发明新的预防和治疗策略至关重要。突变小鼠模型是发现新机制和环境应激修饰剂的有力工具, 推动心脏发育及其在 CHDs 的潜在改变。然而, 建立这些假定的贡献者因果关系的努力仅限于非生存动物实验的组织学和分子研究, 其中监测关键的生理和血流动力学参数往往是缺席的。实时影像技术已成为建立 CHDs 病因的重要工具。特别是, 超声成像可以使用产前没有手术暴露胎儿, 允许保持他们的基线生理学, 同时监测环境压力对心脏室的血流动力学和结构方面的影响发展。在此, 我们使用高频超声 (30/45) 系统来检查胎儿在 E18.5子宫内在基线和应对产前缺氧暴露的小鼠心血管系统。实验表明, 该系统能测量心脏室大小、形态学、心室功能、胎心率和脐动脉血流指数, 并对其在子宫内暴露于系统性慢性缺氧的胎儿小鼠中的变化进行了分析, 并在实际中进行了研究。时间。
Introduction
先天性畸形的心脏是在早期心脏发育期间发生的异质结构缺陷。目前, 操作程序的技术进展使 CHDs1、2的婴儿存活率显著提高。然而, 生活质量经常被损害次要到长期住院和需要为分期的外科修理规程1,2,3,4,5。产前检测 CHDs 的基本分子机制是至关重要的, 以便计划早期干预, 实施新的预防战略, 并改善终生结局6,7。
虽然多重遗传和环境因素已牵连 CHDs 发病机制, 建立因果关系仍然是未满足的需要, 以改善诊断, 治疗和预防策略1,8,9 ,10,11,12。此外, 检查在子宫内应激因子和表观遗传修饰符的作用, 为将来的调查打开新的场所11,12。过去的十年确实见证了下一代测序技术的飞速发展, 包括单核苷酸多态基因芯片、全 exome 测序和全基因组甲基化研究, 它们在基因研究中的应用复杂的人类疾病的原因, 包括 CHDs1,8,9,10,11铺平了道路, 以确定新的突变和遗传变种尚未被在合适的动物模型中测试其致病性。
在不同的疾病模型系统中, 鼠标是选择的动物模型, 不仅用于 CHDs 早期 cardiogenesis 的调查机制13,14,15,16, 还要阐明其对产前和围产期应激因素对心室成熟和晚期妊娠功能的影响。因此, 在发育的早期和后期, 对突变胎鼠心脏的体内表型特征进行分析, 对于了解这些遗传变异和环境因素对心脏发育的作用至关重要, 并未来对小鼠室特异性成熟过程的潜在影响。
在开发过程中早期发现和准确诊断心脏缺损是干预计划的关键17,18。胎儿超声是安全、简单、便携和可重复的, 实际上已经成为临床心脏评估的标准影像技术。多普勒超声对胎儿循环的评价在临床实践中得到了广泛应用, 不仅用于检测心脏缺损, 而且能检测血管畸形、胎盘功能不全和宫内生长受限, 并评估胎儿的福祉, 以回应在子宫内侮辱包括低氧血症, 产妇疾病和药物毒性17,18。在评估人类缺陷和疾病的价值的同时, 超声对胎儿小鼠的评估在实验设置中得到了越来越大的效用19,20,21,22, 23。特别是, 胎儿心脏超声 (超声心动图) 允许连续在体内可视化的发展心脏。许多实验研究都采用超声成像技术观察转基因胎鼠的胎儿心血管发育。多普勒超声对于阐明病理生理学参数, 如在生理挑战或疾病条件下的胎儿循环中的流动模式特别有用10,19。在人类和动物中, 异常的血流或胎儿的氧气供应可能会因各种情况而导致胎儿环境在子宫内和影响 fetoplacental 轴, 包括胎盘异常, 产妇缺氧,妊娠期糖尿病和药学诱导的血管收缩15,22。因此, 建立标准化的方法来执行多普勒超声波对胎儿小鼠将极大地增强未来的研究 CHDs 通过促进监测流型和关键血流动力学指标的心血管回路在基因小鼠模型心脏发育的不同阶段.
高频超声已成为测量小鼠模型和人类疾病中心血管系统发育和生理参数的有力工具18。这项技术近年来得到了进一步的改进。我们和其他研究人员已经证明了该系统在胎儿小鼠心脏进行超高频超声研究的可行性15,19,20,21,22 ,23。该系统配备多普勒彩色流映射和线性阵列传感器, 产生二维, 动态图像在高频 (30 至50兆赫) 帧率。这些优势, 相比于低频超声系统和前一代高频超声21,22, 提供必要的灵敏度和分辨率, 以深入评估胎儿循环系统, 包括心脏结构的综合表征, 室功能, 以及胎儿小鼠在实验环境中的流动指标。在此, 我们概述了使用高频系统在胚胎日 E18.5体内进行体外循环和胎儿胎盘循环快速评估的方法。我们选择了一个30/45 兆赫传感器, 提供了大约60µm 的轴向分辨率和150µm 的横向分辨率。然而, 可以选择一种更高频率的传感器 (40/50 兆赫) 来分析早期的发育阶段, 方法是采用类似的方法。所选的 M 模式允许在高时间分辨率水平 (1000 帧/秒) 的运动中组织的可视化。最后, 我们证明了高超声对胎儿心血管血流动力学状态和功能的详细的综合表型描述的可行性在小鼠基线和应对产前缺氧应激。
Protocol
Representative Results
Discussion
心血管畸形和疾病在很大程度上受遗传因素和环境因素的影响19。我们以前已经表明, 孕产妇的热量限制, 开始在第二个月, 对胎儿胎盘循环流和胎儿心脏功能9的重大影响。
产前缺氧是胎儿发育过程中的另一个常见的压力因子, 可能会极大地影响胎儿-胎盘生理和循环系统。在冠心病导致围产儿适应产后生活的情况下, 产前缺氧暴露的影响可能…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢动物生理学核心, 在加州大学洛杉矶分校分子医学分部提供技术支持和开放进入 Vevo 2100 超声生物显微镜观察 (显微镜) 系统。这项研究得到了 NIH/儿童健康研究中心 (5K12HD034610/K12)、加州大学洛杉矶分校-儿童发现研究所和今天和明天儿童基金会的支持, 以及大卫-医学院研究创新奖给 m. 董诚康。
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 |
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