Ekkokardiografiske tilnærminger og protokoller for omfattende Fenotypisk Karakterisering av hjerteklaffsykdom i Mus

Summary

This protocol provides a detailed description of the echocardiographic approach for comprehensive phenotyping of heart and heart valve function in mice.

Abstract

The aim of this manuscript and accompanying video is to provide an overview of the methods and approaches used for imaging heart valve function in rodents, with detailed descriptions of the appropriate methods for anesthesia, the echocardiographic windows used, the imaging planes and probe orientations for image acquisition, the methods for data analysis, and the limitations of emerging technologies for the evaluation of cardiac and valvular function. Importantly, we also highlight several future areas of research in cardiac and heart valve imaging that may be leveraged to gain insights into the pathogenesis of valve disease in preclinical animal models. We propose that using a systematic approach to evaluating cardiac and heart valve function in mice can result in more robust and reproducible data, as well as facilitate the discovery of previously underappreciated phenotypes in genetically-altered and/or physiologically-stressed mice.

Introduction

Aldring er assosiert med en progressiv økning i hjerte- forkalkning ^en. Hemodynamisk signifikant aortaklaffen stenose rammer 3% av befolkningen over 65 år ^to, og pasienter med moderate aortaklaffen stenose (topphastighet på 3-4 m / s) har en 5 år overlevelse på mindre enn 40% ^3. For tiden er det ingen effektiv behandling for å bremse utviklingen av aortaventilen forkalkning, og kirurgisk pulsåreklappen erstatning er den eneste tilgjengelige behandling av avansert aorta stenosis ^4.

Studier som tar sikte på å få en dypere forståelse av mekanismene som bidrar til initiering og progresjon av aortaklaffen forkalkning er en viktig første skritt i går mot farmakologiske og ikke-kirurgiske metoder for å håndtere aortaklaffen stenose ^{5, 6.} genetiskely-endret mus har spilt en viktig rolle i utviklingen av vår forståelse av mekanismene som bidrar til en rekke sykdommer og nå kommer i forkant av mekanistiske studier som tar sikte på å forstå biologien til aortaklaffen stenose ^{6, 7, 8.} I motsetning til andre kardiovaskulære sykdommer slik som aterosklerose og hjertesvikt-, hvor standardprotokoller for evaluering av vaskulær og ventrikulær funksjon er for det meste godt etablerte-er det unike utfordringer knyttet til in vivo fenotyping av hjerteventilfunksjonen hos mus. Mens nyere vurderinger har gitt grundige diskusjoner om fordeler og ulemper for mange bildebehandling og invasive modaliteter brukes til å vurdere ventil funksjon hos gnagere ^{9, 10, 11,} til dags dato, er vi ikke klar over en publikasjon som gir en omfattende, trinn-for-trinn-protokollen for fenotyping hjerte ventil funksjon i mus.

Hensikten med dette manuskriptet er å beskrive de metoder og protokoller for å fenotype hjerteventilfunksjonen hos mus. Alle metoder og prosedyrer har blitt godkjent av Mayo Clinic Institutional Animal Care og bruk komité. Viktige komponenter i denne protokollen omfatter anestesidybden, evaluering av hjertefunksjon, og evalueringen av hjerteklaffen funksjon. Vi håper denne rapporten vil ikke bare tjene til å veilede etterforskerne interessert i å forfølge forskning innen hjerteklaffsykdommer, men vil også starte en nasjonal og internasjonal dialog knyttet til protokollen standardisering for å sikre data reproduserbarhet og validitet i dette raskt voksende feltet. Viktigere, vellykket avbildning ved hjelp høyoppløselige ultralydsystemer krever en fungerende kunnskap om prinsippene for sonography (og terminologi som vanligvis brukes i sonography), en forståelse av de grunnleggende principles av hjertefysiologi, og betydelig erfaring med sonography å tillate nøyaktig og tidseffektive vurdering av hjertefunksjon hos gnagere.

Protocol

1. Forbered Materialer og utstyr (Tabell 1 og figur 1) Slå på ultralyd maskin. Skriv inn dyret ID, dato og tid (for serie bildebehandling eksperimenter) og annen relevant informasjon. Bruk en høyfrekvent ultralyd transducer, 40 MHz for bildebehandling mus mindre enn ~ 20 g eller 30 MHz for mus større enn ~ 20 g. Koble plattformen til elektrokardiogram (EKG) overvåke EKG gating av bildebehandling for enkelte modaliteter. MERK: Kritisk, dette gjør det også mulig for den øyebli…

Representative Results

Eksempler på bilder som er rutinemessig innhentet fra dyr hjerteultralydavbildning er inkludert i dette manuskriptet. En illustrasjon av transduser plassering på dyrets bryst er anordnet for å gi leseren en klar forståelse av hvor transduseren er posisjonert for å oppnå de bildene som beskrevet. Et fotografi av ultralyd laboratorium set-up er også inkludert for å understreke viktigheten av riktig utstyr, særlig ultralyd transducer som skal brukes og metoden for anestesi. 2D / B-…

Discussion

Induksjon av anestesi

Riktig induksjon og opprettholdelse av anestesi er kritisk for nøyaktig vurdering av forandringer i hjerteklaffen og hjertefunksjon hos mus. Gitt den raske induksjon av anestesi fremkalt av isofluran og den relativt lange utvaskings tiden dette bedøvelse følgende dyp anestesi, bruker vi ikke en frittstående anestesi kammer for induksjon. I stedet, som angitt i detalj ovenfor, er dyr ført direkte til det anestesi kjeglen, noe som gir mulighet for hurti…

Materials

High resolution ultrasound machine	VisualSonics, Fujifilm	Vevo 2100
Isoflurane diffuser (capable of delivering 1 % to 1.5 % isoflurane mixed with 1 L/min 100% O2	VisualSonics, Fujifilm	N/A
Transducers for small mice (550D) or larger mice (400)	MicroScan, VisualSonics, Fujifilm	MS 550D, MS 400
Animal platform	VisualSonics, Fujifilm	11503
Advanced physiological monitoring unit	VisualSonics, Fujifilm	N/A
Isoflurane	Terrell	NDC 66794-019-10
Nose cone and tubing connected to isoflurane diffuser and 100% O2	Custom Engineered in-house	—
Hair razor	Andis Super AGR+ vet pack clipper	AD65340
Ultrasound gel	Parker Laboratories	REF 01-08
Electrode gel	Parker Laboratories	REF 15-25
Adhesive tapes	Fisher Laboratories	1590120B
Paper towels