Плода мышь сердечнососудистой визуализации с помощью системы высокой частоты ультразвука (30/45 МГц)
Summary
ВЧ-УЗИ плода мыши улучшилась разрешающей и может предоставить точные неинвазивные характеристика сердца развития и структурных дефектов. Протокола, изложенные в настоящем документе предназначен для выполнения в реальном времени плода мышей эхокардиография в естественных условиях.
Abstract
Врожденных пороков сердца (ХПК) являются наиболее распространенной причиной детской заболеваемости и смертности, рано. Дородовой выявление основных молекулярных механизмов ХПК имеет решающее значение для изобретать новые профилактические и терапевтические стратегии. Мутант мыши модели являются мощными инструментами для себя новые механизмы и экологического стресса модификаторы, которые управляют сердца развития и их потенциальные изменения в ХПК. Однако усилия для установления причинно-следственных связей этих предполагаемых участников были ограничивается гистологические и молекулярных исследований в не выживание экспериментов на животных, в котором мониторинг ключевых физиологические и гемодинамических параметров часто отсутствует. Живой Тепловизионная технология стала важным инструментом для установления этиологии ХПК. В частности, УЗИ может использоваться пренатально без хирургическим путем разоблачения плодов, позволяя поддержание их базовых физиологии при мониторинге воздействия экологического стресса на гемодинамики и структурных аспектов сердечной камеры развития. Здесь мы используем систему высокочастотный ультразвук (30/45) для изучения сердечно-сосудистой системы плода мышей на E18.5 в утробе матери на базовой линии и в ответ на экспозиции дородовой гипоксии. Мы продемонстрируем возможности системы для измерения размер камеры сердца, морфология, функции желудочка, ЧСС плода и пуповинной артерии потока индексов и их изменения плода мышей в системных хронической гипоксии в утробе матери в реальном время.
Introduction
Врожденные пороки сердца – разнородных структурных дефектов, возникших в процессе раннего развития сердечной. Современные технические достижения оперативных процедур привели к значительным улучшениям в выживаемости новорожденных с ХПК1,2. Однако качество жизни часто является ослабленной средней длительной госпитализации и потребностям для устроили хирургического процедуры1,2,3,,45. Дородовой выявление основных молекулярных механизмов ХПК имеет решающее значение для того, чтобы план раннего вмешательства, осуществлять новые стратегии предупреждения и для улучшения жизни результаты6,7.
Хотя несколько генетических и экологических факторов были вовлечены в патогенез ХПК, установление причинно-следственная связь остается неудовлетворенный улучшить диагностические, терапевтические и превентивные стратегии1,8,9 ,10,,1112. Кроме того изучение роли в утробе матери факторов стресса и эпигеномные модификаторы открывает новые центры для будущих расследований11,12. В последнее десятилетие действительно стали свидетелями стремительного прогресса в технологии следующего поколения последовательности включая microarray Однонуклеотидный полиморфизм единичных нуклеотидных, весь exome последовательности и исследования генома общесистемной метилирования дна, их использование в изучении генетического причины сложных заболеваний человека, включая ХПК1,8,9,10,11 почву для выявления новых мутаций и генетические варианты, которые еще не были проверены на их патогенности в подходящих животных моделях.
Среди различных заболеваний модели систем мышь является животных модель выбора, не только для изучения механизмов ХПК во время ранних cardiogenesis13,14,,1516, но и для выяснения их влияние на сердечной камеры созревания и функции в конце беременности в дородовой период и перинатальных факторов стресса. Следовательно, выполнение в vivo фенотипические характеристики мутант плода мыши сердца, ранних и поздних стадиях развития, важно понять роль этих генетических вариаций и экологических факторов на развитие сердечной, и потенциального будущего воздействия на камеры созревания и конкретных процессов в мышей.
Раннее обнаружение и точная диагностика пороков сердца во время разработки имеет решающее значение для интервенционных планирования17,18. Будучи безопасной, простой, портативные и повторяемости, УЗИ плода действительно стал стандартом изображений техника для сердца оценки в клинике. Плода циркуляции оценки с использованием ультразвуковой допплерографии широко используется в клинической практике не только для обнаружения пороков сердца, но и для выявления сосудистых патологий, недостаточности плаценты и Внутриутробное ограничение роста и для оценки плода благополучия в ответ на оскорбления в утробе матери включая гипоксемия, материнской заболеваемости и наркотиков токсичности17,18. Параллельно с его значение в оценке человека дефектов и болезней оценки УЗИ плода мышей получила повышение полезности в экспериментальной параметры19,20,21,22, 23. В частности УЗИ сердца плода (эхокардиография) позволяет последовательно в vivo визуализации развивающихся сердца. Многие экспериментальные исследования использовали УЗИ технологии для наблюдения за развитие плода сердечно-сосудистой системы у трансгенных мышей плода. Ультразвуковая допплерография оказалась особенно полезной для выяснения патофизиологические параметры, такие как шаблоны потока в плода циркуляции при физиологических проблем или болезней условия10,19. В организме человека и животных ненормальное потока или кислорода кровоснабжение плода может быть результатом различных условий, которые могут нарушить среды плода в утробе матери и влияют на оси фетоплацентарной, включая плацентарных аномалии, материнской гипоксии, гестационный диабет и фармацевтически индуцированных сужение сосудов15,22. Таким образом создание стандартизированных методов для выполнения Допплер УЗИ плода мышей будет чрезвычайно возможностей будущих исследований ХПК путем облегчения мониторинга потока моделей и ключевых гемодинамических показателей сердечно цепей во время различных этапах сердечной развития в генетических мыши модели.
Высокая частота ультразвуковых стала мощным инструментом для измерения развития и физиологических параметров сердечно-сосудистой системы в модели мыши и заболеваний человека18. Эта технология были уточнены в последние годы. Мы и другие исследователи продемонстрировали возможности этой системы для проведения ультравысокой частоты ультразвуковых исследований плода мыши сердце15,19,20,21,22 ,23. Система оснащена Doppler цвет потока картирования и линейного массива преобразователей, которые генерируют двумерных, динамических изображений с частотой кадров, высокой частоты (30-50 МГц). Эти преимущества, по сравнению с низкой частоты ультразвуковых систем и предыдущего поколения высокой частоты ультразвука21,22, обеспечивают необходимую чувствительность и разрешение для углубленной оценки плода кровообращения системы, включая всеобъемлющее характеристика сердце структур, функции камеры и индексов поток плода мышей в экспериментальных условиях. Здесь мы наметим методы для выполнения быстрой оценки кардиопульмональной циркуляции и Фето плацентарного кровообращения в эмбриональных день E18.5 в естественных условиях , используя систему высокой частоты. Мы выбрали 30/45 МГц датчик, который обеспечивает осевой разрешение примерно 60 мкм и латеральное разрешение 150 мкм. Однако высокий частотный преобразователь (40/50 МГц) могут быть выбраны для анализа ранее этапах своего развития, следуя аналогичный методологический подход. M-режим позволяет визуализацию тканей в движении на уровнях высокого временного разрешения (1000 кадров в секунду). Наконец мы продемонстрировать возможности высокой УЗИ для подробного всеобъемлющего фенотипические характеристики плода сердечно гемодинамических статус и функции в мышей на базовом и в ответ на стресс дородовой гипоксии.
Protocol
Representative Results
Discussion
Сердечно-сосудистые пороки развития и заболевания существенно влиянием генетических факторов и элементов окружающей среды19. Ранее мы продемонстрировали значительное влияние матери ограничение калорий, начато во втором триместре, фето плацентарного кровообращения пото…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим ядро физиологии животных, Отдел молекулярной медицины для оказания технической поддержки и открытом доступе к системе Vevo 2100 ультразвуковая биомикроскопия (UBM) в Лос-Анджелесе. Это исследование было поддержано NIH/ребенка здоровья исследовательский центр (5K12HD034610/K12), Discovery институт UCLA-детей и сегодня и завтра Детский фонд и Дэвид Геффен школа медицины исследований инновации премии м. Тоума.
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).
