הדמיה באמצעות מערכת סאונד בתדירות גבוהה (30 / 45MHZ) וכלי דם עוברי העכבר
Summary
אולטראסאונד בתדירות גבוהה הדמיה של העכבר עוברית השתפרה דימות ברזולוציה, יכול לספק אפיון פולשני מדויק של התפתחות הלב, פגמים מבניים. פרוטוקול המתוארים במסמך זה מיועדת לביצוע בזמן אמת עוברי עכברים אקוקרדיוגרפיה ויוו.
Abstract
מומי לב מולדים (CHDs) הן הגורם השכיח ביותר בילדות התחלואה והתמותה מוקדם. זיהוי טרום לידתי המנגנונים המולקולריים שבבסיס של CHDs חיונית להמציא אסטרטגיות חדשות מניעתיים וטיפוליים. העכבר המוטציות הן כלים רבי-עוצמה כדי לגלות מנגנונים חדשים מכפילי עקה לנהוג לב פיתוח ושינוי הפוטנציאליים שלהם ב CHDs. נעשו מאמצים להקים את סיבתיות של אלה תורמים בשם מוגבלת ללימודים היסטולוגית ומולקולרית בניסויים על בעלי חיים ההישרדות, בפיקוח אילו הפרמטרים המפתח פיזיולוגי ו והמודינמיקה זאת, לעתים קרובות נעדר. טכנולוגיית הדמיה חיה הפך להיות כלי חיוני להקים האטיולוגיה של CHDs. בפרט, אולטראסאונד הדמיה ניתן להשתמש prenatally מבלי לחשוף בניתוח, העוברים, ומאפשר שמירה על הפיזיולוגיה הבסיסית שלהם תוך מעקב אחר השפעת עקה על ההיבטים והמודינמיקה ומבניים של חדר הלב פיתוח. במסמך זה, אנו משתמשים במערכת סאונד בתדירות גבוהה (30/45) לבחון את מערכת הלב וכלי הדם בעכברים העובר בזמן E18.5 בתוך הרחם על הבסיס, בתגובה לחשיפה היפוקסיה טרום לידתי. נדגים את הכדאיות של המערכת כדי למדוד את גודל הלב קאמרית, מורפולוגיה, תפקוד, קצב דפיקות הלב, ואת מדדי הזרימה בעורק הטבור, והשינויים שלהם בעכברים העובר חשוף היפוקסיה כרונית מערכתית בתוך הרחם אמת הגיע הזמן.
Introduction
מומים מולדים של הלב הם הטרוגנית פגמים מבניים המתרחשים במהלך התפתחות הלב מוקדמת. ההתקדמות הטכנית הנוכחי של הליכים תפעוליים הובילו לשיפור משמעותי שיעורי ההישרדות של תינוקות עם CHDs1,2. איכות חיים זאת, לעתים קרובות משני פרוץ אשפוז ממושך והצרכים עבור יזם את תיקון כירורגי הליכים1,2,3,4,5. זיהוי טרום לידתי המנגנונים המולקולריים שבבסיס של CHDs חיוני כדי לתכנן התערבויות מוקדם, כדי לבצע אסטרטגיות מניעה חדשות, וכדי לשפר את תוצאות לכל החיים6,7.
למרות היו מעורבים מספר גורמים גנטיים וסביבתיים CHDs פתוגנזה, הקמה של סיבתיות נשאר צורך לשפר את האבחון, טיפולית ואסטרטגיות מניעה1,8,9 ,10,11,12. יתר על כן, לבחון את התפקידים של גורמי הלחץ בתוך הרחם מכפילי epigenetic פתיחת מקומות חדשים בעתיד חקירות11,12. בעשור האחרון אכן חוותה ההתקדמות המהירה בטכנולוגיית הדור הבא רצפי כולל microarray פולימורפיזם (הסנ פ) נוקלאוטיד יחיד, exome כל רצף הגנום כולו מתילציה מחקרים, ניצול שלהם ללמוד את גנטי גורם למחלות בבני אדם מורכבים, כולל CHDs1,8,9,10,11 סולל את הדרך לזיהוי מוטציות הרומן והן גרסאות גנטי טרם אושרו לבדוק שלהם פתוגניות במודלים של בעלי חיים מתאימים.
בין המערכות מודל המחלה שונה, העכבר הוא המודל בעלי חיים של בחירה, לא רק על חקירת מנגנוני CHDs במהלך המוקדמות cardiogenesis13,14,15,16, אלא גם להבהיר השפעתם על התבגרות קאמרית הלב ותפקוד -בסוף ההיריון ב גורמים לנשים בהריון ולאחר הלידה. לפיכך, ביצוע ויוו פנוטיפי אפיון לב מוטציה העכבר עוברית, בשלבים גם מוקדמת וגם מאוחרת של פיתוח, חיוני להבין את התפקיד של וריאציות גנטיות אלה גורמים סביבתיים על פיתוח לב, ו ההשפעה הפוטנציאלית העתידית על תהליכי התבגרות מסוימת קאמרית בעכברים.
גילוי מוקדם, אבחון מדויק של מומי לב במהלך הפיתוח היא קריטית עבור התערבותית התכנון17,18. להיות בטוחה, פשוטה, נייד, הדיר, sonography העובר אכן הפך הסטנדרט הדמיה טכניקה להערכת לב במרפאה. הערכת זרימת הדם העוברי באמצעות אולטרסאונד דופלר כבר בשימוש נרחב באימון קליניים לא רק על הגילוי של מומי לב, אלא גם כדי לזהות חריגות בכלי הדם, אי ספיקה השליה, פיגור גדילה תוך רחמי, וכדי להעריך העובר well-being, בתגובה בתוך הרחם עלבונות כולל hypoxemia, מחלה אימהית של תרופות רעילות17,18. במקביל לערכו בהערכת האנושי מולדים ומחלות, אולטרסאונד הערכת של עוברי עכברים צברה השירות גדל והולך הגדרות ניסיוני19,20,21,22, 23. בפרט, אולטרסאונד לב העובר (אקוקרדיוגרפיה) מאפשר רציפים ויוו ויזואליזציה של הלב המתפתח. מחקרים ניסויים רבים השתמשו בטכנולוגיית אולטראסאונד-הדמיה להתבונן העוברית לב וכלי דם ב העכברים הטרנסגניים בעובר. אולטרסאונד דופלר כבר שימושי במיוחד התירי את הפרמטרים הקשורים pathophysiological, כגון דפוסי זרימת מחזור הדם העוברי תחת אתגרים פיזיולוגיים או מחלת תנאים10,19. בני אדם והן חיות, אספקת דם חריג זרימה או חמצן לעובר יכול לנבוע לתנאים שונים יכול לשבש את הסביבה העובר בתוך הרחם , להשפיע על fetoplacental הציר, לרבות ליקויים היפרדות, היפוקסיה אימהי, סוכרת הריונית, כיווץ כלי דם הם המושרה15,22. לפיכך, הקמת מתוקננת מספקת שיטות לביצוע אולטרסאונד דופלר על עכברים עוברית מאוד אטיל מחקרים עתידיים של CHDs על ידי הקלת הפיקוח תבניות זרימה ובמדד והמודינמיקה מפתח של מעגלים לב וכלי דם במהלך בשלבים שונים של פיתוח לב במודלים של העכבר גנטי.
אולטרסאונד בתדירות גבוהה התפתחה כלי רב עוצמה כדי למדוד את הפרמטרים התפתחותית ופיזיולוגיים של מערכת הלב וכלי הדם מחלות אנושיות18ובדגמי העכבר. טכנולוגיה זו היה מעודן יותר בשנים האחרונות. ואנו חוקרים אחרים הראו את הכדאיות של מערכת זו עבור מחקרים אולטרסאונד בתדירות גבוהה במיוחד על העכבר עוברית לב15,19,20,21,22 ,23. המערכת מצוידת מיפוי זרימת דופלר צבע ו מתמרים ליניארי מערך לייצר תמונות דו-ממדיות, דינמי במחירים מסגרת בתדירות גבוהה (30-50 מגה-הרץ). יתרונות אלו, לעומת מערכות אולטרסאונד בתדר נמוך של הדור הקודם של אולטרסאונד בתדירות גבוהה21,22, לספק את הצורך רגישות והרזולוציה עבור הערכה מעמיק של העובר הדם מערכת, כולל אפיון מקיף של הלב מבנים, הפונקציה קאמרית מדדי תזרים של עוברי עכברים בהגדרות ניסיוני. במסמך זה, אנחנו חלוקה לרמות שיטות לביצוע הערכה מהירה של מחזור feto-היפרדות בזמן יום עובריים E18.5 ויוו והשאלה ריאות באמצעות מערכת בתדירות גבוהה. בחרנו מתמר 30/45 מגה-הרץ מספק פתרון צירית כ-60 מיקרומטר ופתרון לרוחב של מיקרומטר 150. עם זאת, ניתן לבחור מתמר בתדר גבוה (40/50 מגה-הרץ) לנתח שלבים התפתחותיים קודם לכן על-ידי ביצוע מתודולוגי בגישה דומה. M-למצב שנבחר מאפשר את הפריט החזותי של רקמות בתנועה ברמות רזולוציה טמפורלית גבוהה (מסגרות לשנייה 1,000). לבסוף, נדגים את הכדאיות של אולטראסאונד גבוהה עבור נתונים היסטוריים אפיון פנוטיפי מקיפה של מצב והמודינמיקה לב וכלי דם העובר ותפקוד בעכברים בנקודת ההתחלה, בתגובה ללחץ היפוקסיה טרום לידתי.
Protocol
Representative Results
Discussion
Malformations לב וכלי דם ומחלות מושפעים באופן משמעותי על ידי גורמים גנטיים, גורמים סביבתיים19. בעבר הראו השפעה משמעותית של הגבלה קלורית אימהית, יזמה במהלך השליש השני, על זרימת הדם feto-היפרדות ועל תפקוד הלב העוברי9.
היפוקסיה טרום לידתי הוא גורם מתח נוסף נפוץ …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים הליבה פיזיולוגיה של בעלי חיים, חטיבת לרפואה מולקולרית באוניברסיטת קליפורניה על מתן תמיכה טכנית וגישה פתוח למערכת biomicroscopy (UBM) אולטרסאונד Vevo 2100. מחקר זה נתמך על ידי המרכז לחקר בריאות NIH/ילד (5K12HD034610/K12), מכון דיסקברי של UCLA-הילדים, היום, מחר של הילדים הקרן, ו דייוויד גפן בית הספר של רפואה מחקר פרסי מ Touma.
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).
