Noninvasive Vurdering av hjertefeil i Experimental Autoimmune Myokarditt ved Magnetic Resonance Mikros Imaging i mus
Summary
This study demonstrates the successful establishment of magnetic resonance microscopy imaging as a non-invasive tool to assess the cardiac abnormalities in mice affected with autoimmune myocarditis. The data indicate that the technique can be used to monitor the disease-progression in live animals.
Abstract
Myokarditt er en betennelse i hjertemuskelen, men bare ~ 10% av de som rammes viser kliniske manifestasjoner av sykdommen. Å studere immun hendelsene hjerteinfarkt skader, har ulike musemodeller av myokarditt blitt mye brukt. Denne studien involverte eksperimentell autoimmun myokarditt (EAM) indusert med hjertestans myosin tung kjede (Myhc)-α 334-352 i A / J mus; de berørte dyrene utvikler lymfatisk myokarditt, men med ingen åpenbare kliniske symptomer. I denne modellen, til nytten av magnetisk resonans mikroskopi (MRM) som en non-invasiv modalitet bestemme hjerte strukturelle og funksjonelle endringer i dyr vaksinert med Myhc-α 334-352 vises. EAM og friske mus ble fotografert ved hjelp av en 9,4 T (400 MHz) 89 mm vertikal kjerneboringen skanneren er utstyrt med en 4 cm tusenbein radio-frekvens bildebehandling sonde og 100 g / cm trippel aksen gradienter. Hjerte bildene ble kjøpt fra bedøvede dyr ved hjelp av en gradient-ekko-baserte cine puls sekvens, og animals ble overvåket av respirasjon og pulsoksymetri. Analysen viste en økning i tykkelsen av den ventrikulære veggen i EAM-mus, med en tilsvarende reduksjon i den indre diameteren til ventriklene, sammenlignet med friske mus. Dataene tyder på at morfologiske og funksjonelle endringer i de betente hjerter kan være non-invasiv overvåket av MRM i levende dyr. Som konklusjon, MRM gir en fordel av å vurdere utviklingen og regresjon av myokardiale skader i sykdommer forårsaket av smittestoffer, så vel som respons på terapi.
Introduction
Hjertesvikt er den ledende årsak til dødsfall, og myokarditt er en dominerende årsak til hjertesvikt hos unge tenåringer en. De fleste pasienter som lider av myokarditt forbli asymptomatisk og sykdommen er spontant løst to. Men, kan 10-20% av de som rammes utvikle kronisk sykdom, som fører til dilatert kardiomyopati (DCM) tre. Ulike dyremodeller har blitt utviklet for å studere immun patogenesen av myokarditt. Sykdommen kan induseres i myokarditt-følsomme A / J og Balb / c-mus ved immunisering av dyrene med kardial myosin tung kjede (Myhc)-α eller dets immunodominante peptidfragmenter eller ved infisering med patogener som coxsackievirus B3 4-9. Denne studien innebærer Myhc-α 334-352-indusert myokarditt i A / J mus. Til tross viser hjerteinfarkt infiltrasjoner, vises klinisk normal de myokarditt rammede dyr; Diagnosen er basert på histologisk evaluering av hjerter for betennelse 7 ennd ekkokardiografi 10.
Magnetisk resonans-mikroskopi (MRM) er en vanlig metode for å oppnå kardiovaskulære avbildning med høy oppløsning tredimensjonal ramme, som tillater vurdering av funksjonelle detaljer til nivået for liten blodårer (opp til 10 mm diameter), men dette nivå av oppløsningsevne er ikke er oppnåelig med den rutine magnetisk resonans imaging (MRI) scanning prosedyre, der, blir oppløsningen generelt oppnådd opp til 1 mm 11-14. MRM tilbyr en fordel, da det tillater kjøp av høyoppløselige bilder og også å utlede ytelsesparametere i de tidlige tidspunkt av sykdomsprosess 14. Klinisk, har MRM bildebehandling blitt mye brukt for å studere funksjonelle parametre for syke hjerte, lunge eller hjerne 15-17. I denne studien, er bruken av en MRM teknikk som en ikke-invasiv verktøy for å fastslå hjertefeil i A / J mus berørt med autoimmune myokarditt vist. Spesielt than MRM bildebehandling tillater kvantifisering av funksjonelle parametere som venstre ventrikkel (LV) end-diastolisk volum og ejeksjonsfraksjon (EF) med rimelig nøyaktighet 18. Definisjonene av respektive parametre er: LV ende diastolisk volum, volumet av blod i den venstre ventrikkel i enden av diastolisk syklus, og ejeksjonsfraksjon, slagvolum / ende-diastolisk volum. Dataanalysen er utført ved hjelp av fritt tilgjengelig Segment programvare utviklet for behandling av DICOM-kompatibel kardiovaskulære bilder ervervet av magnetisk resonans skannere 19. Dataene viste en økning i tykkelsen av LV vegg i myocarditic dyr, tilsvarende en reduksjon i LV fyllingsvolum, slagvolum og ejeksjonsfraksjon, sammenlignet med disse funksjonelle parametrene i friske mus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne studien beskriver MRM prosedyren og dens nytte som en ikke-invasiv verktøy for å fastslå hjertefeil hos mus berørt med autoimmune myokarditt. Siden de histologiske trekk ved EAM likne postinfectious myokarditt av mennesker, er musemodeller vanligvis benyttes til å avgrense de immune mekanismer av hjerteinfarkt skader 23-25. Men dyrene berørt med myokarditt vises klinisk normal, og diagnosen stilles basert på histologi ved opphør av eksperimenter 7. Dyrene blir vanligvis avlivet på da…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the National Institutes of Health (HL114669). CM is a recipient of a postdoctoral research fellowship grant awarded by the Myocarditis Foundation, NJ.
Materials
| Myhc-a 334-352 (DSAFDVLSFTAEEKAGVYK) | Neopeptide, Cambridge, MA | Store at 4οC | |
| CFA | Sigma Aldrich, St Louis, MO | 5881 | Store at 4οC |
| MTB H37Rv extract | Difco Laboratories, Detroit, MI | 231141 | Store at 4οC |
| PT | List Biologicals Laboratories, Campbell, CA | 181 | Store at 4οC |
| 1x PBS | Corning, Manassas, VA | 21-040-CV | Store at 4οC |
| Isoflurane | Piramal Healthcare, Mumbai, India | NDC66794-013-25 | |
| Female A/J mice | Jackson Laboratories, Bar Harbor, ME | 646 | |
| Leur-lok sterile 1 ml syrringe | BD, Franklin Lakes, NJ | 309628 | |
| Leur-lok sterile 3 ml syrringe | BD, Franklin Lakes, NJ | 309657 | |
| Sterile needle, 18 G | BD, Franklin Lakes, NJ | 305195 | |
| Sterile needle, 27 1/2 G | BD, Franklin Lakes, NJ | 305109 | |
| 3-way stopcock | Smiths Medical ASD, Inc. Dublin, OH | MX5311L | |
| Kerlix gauze bandage rolls | Covidien, Mansfield, MA | 6720 | |
| Kimwipes | Kimberly-Clark Professional, Roswell, GA | 34155 | |
| Protouch Stockinette | Medline Industries, Mundelein, IL | 30-1001 | |
| Sterile surgical scissors and forceps | INOX tool Corporation | ||
| Micro oven | GE Healthcare, | ||
| ThermiPAQ hot and cold therapy system | Theramics Corporation, Springfield, IL | ||
| Reptile heating lamp | Energy Savers Unlimited, Inc. Carson, CA | ||
| 3M Transpore tapes | Target Corporation, MN | ||
| Up and Up Polymyxin B sulfate/Bacitracin/Neomycin sulfate antibiotic ointment | Target Corporation, MN | ||
| North Safety DeciDamp-2PVC foam ear plugs | North Safety Products, Smithfield, RI | ||
| Cotton tipped applicator, 6’’ wooden stem | Jorgensen Laboratories, Inc. Loveland, CO | ||
| Anesthesia induction chamber | Summit Anesthesia Solutions, Ann Harbor, MI | ||
| Summit Anesthesia Support system for regulating flow of anesthesia | Summit Anesthesia Solutions, Ann Harbor, MI | ||
| Specially designed animal holder | Agilent Technologies, Santa Clara, CA | ||
| Bickford Omnicon F/Air anesthesia gas filter unit | A.M. Bickford, Inc. Wales Center, NY | ||
| Pulse-oximeter module, MR compatible small animal monitoring and gating system | Small Animal Instruments, Inc. Stony Brook, NY | ||
| Oxygen cylinder | Matheson-Tri Gas, North-Central Zone, Lincoln, NE | ||
| Gas regulator | Western Medica, West Lake, OH | ||
| Signal breaking module, MR compatible small animal monitoring and gating system | Small Animal Instruments, Inc. Stony Brook, NY | ||
| 9.4 T (400 MHZ) 89 mm vertical core bore MR scanner | Agilent Technologies, Santa Clara, CA | ||
| 4-cm millipede micro-imaging RF coil | Agilent Technologies, Santa Clara, CA | ||
| SAM PC monitor | Small Animal Instruments, Inc. Stony Brook, NY | ||
| Quantitative Medical Image analysis software | http://segment.heiberg.se; Segment v1.8 R1430, Medviso, Oresunds region, Sweden | ||
| Matlab software | The Mathworks, Inc. Natick, MA | ||
| Computer-Unix operating system | |||
References
- Heidenreich, P. A., et al. Forecasting the future of cardiovascular disease in the United States: a policy statement from the American Heart Association. Circulation. 123 (8), 933-944 (2011).
- Fujinami, R. S., et al. Molecular mimicry, bystander activation, or viral persistence: infections and autoimmune disease. Clin Microbiol Rev. 19 (1), 80-94 (2006).
- Cihakova, D., Rose, N. R. Pathogenesis of myocarditis and dilated cardiomyopathy. Adv Immunol. 99, 95-114 (2008).
- Donermeyer, D. L., et al. Myocarditis-inducing epitope of myosin binds constitutively and stably to I-Ak on antigen-presenting cells in the heart. J Exp Med. 182 (5), 1291-1300 (1995).
- Gangaplara, A., et al. Coxsackievirus B3 infection leads to the generation of cardiac myosin heavy chain-alpha-reactive CD4 T cells in A/J mice. Clin Immunol. 144 (3), 237-249 (2012).
- Huber, S. A., Lodge, P. A. Coxsackievirus B-3 myocarditis in Balb/c mice. Evidence for autoimmunity to myocyte antigens. Am J Pathol. 116 (1), 21-29 (1984).
- Massilamany, C., et al. Identification of novel mimicry epitopes for cardiac myosin heavy chain-alpha that induce autoimmune myocarditis in A/J mice. Cell Immunol. 271, 438-449 (2011).
- Pummerer, C. L., et al. Identification of cardiac myosin peptides capable of inducing autoimmune myocarditis in BALB/c mice. J Clin Invest. 97 (9), 2057-2062 (1996).
- Rose, N. R., Hill, S. L. The pathogenesis of postinfectious myocarditis. Clin Immunol Immunopathol. 80, (1996).
- Saraste, A., et al. Coronary flow reserve and heart failure in experimental coxsackievirus myocarditis. A transthoracic Doppler echocardiography study. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 291, (2006).
- Altes, T. A., et al. Hyperpolarized 3He MR lung ventilation imaging in asthmatics: preliminary findings. J Magn Reson Imaging. 13 (3), 378-384 (2001).
- Driehuys, B., et al. Small animal imaging with magnetic resonance microscopy. ILAR J. 49 (1), 35-53 (2008).
- Smith, B. R. Magnetic resonance microscopy with cardiovascular applications. Trends Cardiovasc Med. 6 (8), 247-254 (1996).
- Potter, K. Magnetic resonance microscopy approaches to molecular imaging: sensitivity vs specificity. J Cell Biochem Suppl. 39, 147-153 (2002).
- Benveniste, H., Blackband, S. MR microscopy and high resolution small animal MRI: applications in neuroscience research. Prog Neurobiol. 67, 393-420 (2002).
- Epstein, F. H., et al. MR tagging early after myocardial infarction in mice demonstrates contractile dysfunction in adjacent and remote regions. Magn Reson Med. 48 (2), 399-403 (2002).
- Gewalt, S. L., et al. MR microscopy of the rat lung using projection reconstruction. Magn Reson Med. 29 (1), 99-106 (1993).
- Kern, M. J. . The cardiac catheterization handbook., Edn 5th. , (2011).
- Heiberg, E., et al. Design and validation of Segment–freely available software for cardiovascular image analysis. BMC Med Imaging. 10, (2010).
- Cranney, G. B., et al. Left ventricular volume measurement using cardiac axis nuclear magnetic resonance imaging. Validation by calibrated ventricular angiography. Circulation. 82 (1), 154-163 (1990).
- Hiba, B., et al. Cardiac and respiratory double self-gated cine MRI in the mouse at 7 T. Magn Reson Med. 55 (3), 506-513 (2006).
- Bryant, D., et al. Cardiac failure in transgenic mice with myocardial expression of tumor necrosis factor-alpha. Circulation. 97 (14), 1375-1381 (1998).
- Neu, N., et al. Cardiac myosin-induced myocarditis as a model of postinfectious autoimmunity. Eur Heart J. 12 Suppl D, 117-120 (1991).
- Neumann, D. A., et al. Induction of multiple heart autoantibodies in mice with coxsackievirus B3- and cardiac myosin-induced autoimmune myocarditis. J Immunol. 152 (1), 343-350 (1994).
- Rose, N. R., et al. Postinfectious autoimmunity: two distinct phases of coxsackievirus B3-induced myocarditis. Ann N Y Acad Sci. 475, 146-156 (1986).
- Farmer, J. B., Levy, G. P. A simple method for recording the electrocardiogram and heart rate from conscious animals. Br J Pharmacol Chemother. 32 (1), 193-200 (1968).
