Noninvasive Bedömning av hjärtbiverkningar i Experimentell Autoimmun Myokardit av Magnetic Resonance Mikroskopi Imaging i musen
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
Myokardit är en inflammation i hjärtmuskeln, men bara ~ 10% av de drabbade visar kliniska manifestationer av sjukdomen. För att studera de immuna händelser av myokardiala skador, olika musmodeller av myokardit har ofta använts. Denna studie omfattade experimentell autoimmun myokardit (EAM) framkallad med hjärt myosin tung kedja (Myhc)-α 334-352 i A / J möss; de drabbade djuren utvecklar lymfatisk myokardit men utan några uppenbara kliniska tecken. I den här modellen, att nyttan av magnetisk resonans mikroskopi (MRM) som en icke-invasiv modalitet bestämma hjärt strukturella och funktionella förändringar hos djur som vaccinerats med Myhc-α 334-352 visas. EAM och friska möss avbildades med användning av en 9,4 T (400 MHz) 89 mm vertikal kärna borrningen skanner utrustad med ett 4 cm millipede radiofrekvensavbildningssonden och 100 g / cm ^ trippelaxel gradienter. Hjärtat bilder förvärvades från bedövade djur med användning av en gradient-eko-baserade cine pulssekvens och animals övervakades av andning och pulsoximetri. Analysen visade en ökning av tjockleken av den ventrikulära väggen i EAM-möss, med en motsvarande minskning av den inre diametern av ventriklarna, när jämfört med friska möss. Data tyder på att morfologiska och funktionella förändringar i de inflammerade hjärtan kan vara icke-invasivt övervakas av MRM i levande djur. Sammanfattningsvis erbjuder MRM en fördel med att bedöma progression och regression av myokardiala skador i sjukdomar som orsakas av infektiösa medel, såväl som svar på behandlingar.
Introduction
Hjärtsvikt är den vanligaste orsaken till dödsfall, och myokardit är en dominerande orsak till hjärtsvikt hos unga tonåringar 1. De flesta patienter som drabbats med myokardit förblir asymtomatiska och sjukdomen spontant löst 2. Däremot kan 10-20% av de drabbade utvecklar kronisk sjukdom, som leder till dilaterad kardiomyopati (DCM) 3. Olika djurmodeller har utvecklats för att studera immun patogenesen av myokardit. Sjukdomen kan induceras i myokardit-mottagliga A / J och BALB / c-möss genom immunisering av djuren med cardiac myosin tunga kedjan (Myhc)-α eller dess immundominanta peptidfragment eller genom infektion med patogener som coxsackievirus B3 4-9. Denna studie handlar Myhc-α 334-352-inducerad myokardit i A / J-möss. Trots visar hjärt infiltrationer, de myokardit drabbade djur verkar kliniskt normal; Diagnosen bygger på histologisk utvärdering av hjärtan för inflammation 7and ekokardiografi 10.
Magnetisk resonanstomografi mikroskopi (MRM) är en vanligt förekommande metod för att få hjärt-avbildning med hög upplösning tredimensionella plan, vilket möjliggör utvärdering av funktionella detaljer till nivån för minut blodkärl (upp till 10 mikrometer i diameter), men denna nivå av upplösningsförmåga är inte kan uppnås med den rutin magnetisk resonanstomografi (MRT) förfarande, där är upplösningen vanligen erhålls upp till 1 mm 11-14. MRM erbjuder en fördel eftersom det tillåter förvärv av högupplösta bilder och även att härleda prestandaparametrar i början punkter sjukdomsprocess 14 tid. Kliniskt har MRM bildbehandling använts i stor utsträckning för att studera de funktionella parametrar för sjuka hjärta, lunga eller hjärna 15-17. I denna studie, är användningen av en MRM teknik som ett icke-invasivt verktyg för att fastställa hjärt-abnormalities i A / J-möss som drabbats av autoimmun myokardit visas. Specifikt tHan MRM avbildning möjliggör kvantifiering av funktionella parametrar som vänster kammare (LV) slutdiastoliska volym och ejektionsfraktion (EF) med rimlig precision 18. Definitionerna av respektive parametrar är: LV slutdiastoliska volym, volymen av blod i den vänstra ventrikeln vid slutet av diastolisk cykel och ejektionsfraktion, slagvolym / slutdiastoliska volymen. Dataanalys utförs med hjälp av fritt tillgänglig Segment programvara utvecklad för bearbetning av DICOM-kompatibel hjärt bilder förvärvats av magnetresonansbildläsare 19. Data visade en ökning av tjockleken hos LV vägg i myocarditic djur, vilket motsvarar en minskning av LV slutdiastoliska volym, slagvolym och ejektionsfraktion, som jämfört med dessa funktionella parametrar hos friska möss.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie beskriver MRM förfarandet och dess användbarhet som en icke-invasiv verktyg för att ta reda på hjärtfel hos möss som drabbats med autoimmun myokardit. Eftersom de histologiska funktionerna i EAM likna postinfectious myokardit hos människor, är musmodeller vanligen för att avgränsa de immunmekanismer för hjärtskador 23-25. Men de djur som var myokardit verkar kliniskt normala, och diagnosen ställs utifrån histologi vid slutet av experiment 7. Djuren brukar offras på dag 2…
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).
