Ekokardiografiska Tillvägagångssätt och protokoll för omfattande Fenotypisk karakterisering av Klaffsjukdom hos möss

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

Åldrande är associerat med progressiva ökningar av hjärt-förkalkning ^en. Hemodynamiskt signifikant aortaklaffen stenos drabbar 3% av befolkningen över 65 år ^2, och patienter med ännu måttlig aortaklaffen stenos (topphastighet på 3-4 m / s) har 5 års händelsefri överlevnad på mindre än 40% ^3. För närvarande finns det inga effektiva behandlingar för att bromsa utvecklingen av aortaklaff förkalkning, och kirurgiska aortaklaffen ersättning är den enda tillgängliga behandlingen för avancerad aortaklaffen stenos ^4.

Studier som syftar till att få en djupare förståelse för de mekanismer som bidrar till initiering och progression av aortaklaffen förkalkning är ett viktigt första steg i riktning mot farmakologiska och icke-kirurgiska metoder för att hantera aortaklaffen stenos ^{5, 6.} Genetiskly-förändrade möss har spelat en viktig roll i utvecklingen av vår förståelse av de mekanismer som bidrar till en mängd olika sjukdomar och nu kommer i förgrunden för mekanistiska studier som syftar till att förstå biologi aortaklaffen stenos ^{6, 7, 8.} Till skillnad från andra kardiovaskulära sjukdomar såsom ateroskleros och hjärtsvikt-där standardprotokoll för utvärdering av vaskulära och kammarfunktion är för det mesta väletablerade-det finns unika utmaningar i samband med in vivo fenotypning av hjärtklaff funktion i möss. Medan senaste omdömena har gett ingående diskussioner om fördelar och nackdelar med många avbildning och invasiva metoder används för att bedöma ventilfunktionen hos gnagare ^{9, 10, 11,} till dags dato, vi är inte medvetna om en publikation som ger en omfattande, steg-för-steg-protokoll för ventilfunktion fenotypning hjärta hos möss.

Syftet med detta manuskript är att beskriva de metoder och protokoll fenotyp funktion hjärtklaff hos möss. Alla metoder och förfaranden har godkänts av Mayo Clinic Institutional Animal Care och användning kommittén. Viktiga komponenter i detta protokoll omfattar anestesidjupet, utvärdering av hjärtfunktionen, och utvärderingen av hjärtklaffsfunktion. Vi hoppas att denna rapport kommer inte bara tjänar till att vägleda utredarna intresserade bedriver forskning inom hjärtklaffsjukdom, men kommer också att starta en nationell och internationell dialog i samband med protokoll standardisering för att garantera data reproducerbarhet och giltighet i detta snabbt växande område. Viktigt är framgångsrik avbildning med hög upplösning ultraljudssystem kräver en fungerande kunskap om principerna för ultraljud (och terminologi som vanligen används i ultraljud), en förståelse för grundläggande Principles hjärt fysiologi, och betydande erfarenhet med ultraljud för att möjliggöra noggrann och tidseffektiv bedömning av hjärtfunktionen hos gnagare.

Protocol

1. Förbered material och utrustning (Tabell 1 och Figur 1) Slå på ultraljudsmaskinen. Ange djuret ID, datum och tid (för serieavbildningsexperiment) och annan relevant information. Använd en högfrekvent ultraljudsomvandlare, 40 MHz för avbildning möss mindre än ~ 20 g eller 30 MHz för möss större än ~ 20 g. Anslut plattformen till elektrokardiogram (EKG) övervaka EKG grind av avbildning för vissa villkor. OBS: Kritiskt, ger detta även för den momentana beräkning av…

Representative Results

Exempel på bilder som rutinmässigt erhållits från animaliska cardiac ultraljudavbildning är inkluderade i detta manuskript. En illustration av transduktorn placering på djurets bröstkorg är anordnad för att ge läsaren en tydlig förståelse av var omvandlaren är placerad för att erhålla bilderna som beskrivits. Ett fotografi av ultraljudslaboratorium set-up ingår också att betona vikten av rätt utrustning, i synnerhet ultraljudsgivare som ska användas och metoden för an…

Discussion

Induktion av anestesi

Korrekt induktion och underhåll av anestesi är avgörande för korrekt bedömning av förändringar i hjärtklaff och hjärtfunktion hos möss. Med tanke på den snabba induktion av anestesi framkallas av isofluran och den relativt långa wash-out tidpunkten för denna bedövningsmedel efter djup anestesi, använder vi inte en fristående anestesi kammare för induktion. Istället, som anges i detalj ovan, djuren styrs direkt till anestesi kon, som möjl…

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