Amfibi (Ambystoma Mexicanum) 2D ve 3D ekokardiyografinin yeri
Summary
Burada ekokardiyografi protokolleri kalbi amfibi semender (Ambystoma mexicanum), kalp yeniden oluşturma işlemi bir modeli türler, iki boyutlu ve üç boyutlu görüntü edinimi için mevcut. Bu yöntemler ile kardiyak fonksiyonların yüksek bir kronolojik zamanmekansal çözünürlükte boyuna değerlendirilmesi için olanak sağlar.
Abstract
İskemik kalp hastalığı sonucunda kalp arıza büyük bir sorun olduğunu ve yüksek talep kalbine rejeneratif tedaviler vardır. Zebra balığı ve içsel kalp yenilenme yeteneğine semenderler gibi bir kaç modeli tür insan hastalar için gelecekteki rejeneratif tedaviler için sözü tutun. Cardioregenerative deneyler sonucu değerlendirmek için kalp fonksiyonunu takip edilebilir zorunludur. Amfibi semender (A. mexicanum) Biyolojide kardiyak fonksiyon değerlendirme için izin veren boyutları ulaşmak rejeneratif köklü modeli tür temsil eder. Bu iletişim kuralının amacını tekrarlanarak kardiyak patolojilerin ekokardiyografi ile değerlendirilmesi amfibi işlevinde ölçmek için yöntemleri oluşturmaktır. Farklı anestezi (benzokain, MS-222 ve propofol) uygulanması gösterdi ve imzalat ve unanesthetized axolotls iki boyutlu (2D) ekokardiyografik verilerinde edinimi açıklanmıştır. Üç boyutlu (3D) kalbin 2D ekokardiyografi-ebilmek ıstırap çekmek–dan tutarsızlık ve öznellik ölçümler ve bu fenomen sağlam bir yöntem, yani içi/arası-operator/gözlemci analiz ölçmek ve bu önyargı en aza indirmek için hafifletmek için olduğunu gösterdi. Son olarak, amfibi kalbi çok yüksek bir kronolojik zamanmekansal çözünürlükte ve belirgin kan doku kontrast ile 3D ekokardiyografik verileri elde etmek için bir yöntem açıklanır. Genel olarak, bu iletişim kuralı, kardiyak fonksiyon ve modeli anatomi değerlendirmek için gerekli yöntemleri sağlamak ve genel fizyolojik deneyler ve rejeneratif biyoloji uygulamaları ile ultrason Imaging’i kullanma amfibi dinamiklerini akış.
Introduction
İskemik kalp hastalığı, ölüm dünya çapında1,2önde gelen nedenidir. Her ne kadar çok hızlı ve ince ayar tıbbi müdahale nedeniyle akut miyokard infarktüsü hayatta, insanlarda iskemik olaylar genellikle fibrotik hipertrofisi, elektrik arıza ve kalp azalmış bir fonksiyonel kapasite ile ilişkili yara izi için yol . Bu eksikliği kalp doku rejeneratif potansiyel memeliler arasında paylaşılır ve her ne kadar tartışmalı talepleri memeli kardiyak rejenerasyon bildirilmiştir, bunlar belirli fare suşları3,4 ‘ e sınırlı olmuştur ve hipoksi fareler5tedavi. Böylece, kardiyak rejeneratif tıp ve biyoloji alanında sigara memeli hayvan modelleri iç kalp rejeneratif olayları incelemek için genellikle sınırlıdır. Zebra balığı (Danio rerio) son on yılda iç kalp rejenerasyon6,7,8,9,10 için en iyi karakterize model olarak kurulmuştur . Kolay laboratuvar bakım, kısa oluşturma süresi ve moleküler araçları geniş bir dizi nedeniyle zebra balığı de kalp geliştirme ve yenileme altta yatan genetik ve moleküler mekanizmaları için bir model olarak adapte olduğunu. Ancak, zebra balığı kalp dakika boyutları yapmak o daha az işlevsel değerlendirme için uygun ve karmaşık cerrahi prosedürler ve zebra balığı olmayan sevgilin phylogeny böylece bu tür bulgular mantıklı ekstrapolasyon sınırlar diğer büyük tetrapod modelleri kullanımını haklı. Omurgalı kalp rejenerasyon ilk modellerinden birini kaudat amfibi, Doğu newt (Notophthalmus viridescens)11, değerli model12kalır bir tür oldu.
Sahne başka bir kaudat amfibi, Meksika amfibi (A. mexicanum) son yıllarda büyük bir girmiştir (ilâ 100 g vücut kitle) ve laboratuvar uyarlanabilir hayvan modeli rejeneratif disiplinleri uzuv rejenerasyon, kapsayan geniş bir dizi için son derece Medulla Spinalis Yaralanmalarında ve kardiyak rejenerasyon13,14,15,16,17. Amfibi yüksek frekans ekokardiyografi kullanarak kalp üzerinde fonksiyonel ölçümler için son derece uysal ve kalp ventral tarafta kalsifiye yapıları yokluğu ultrason çok daha düşük seviyede resim eserler (Akustik ile görüntüleme sağlar gölgeleme ve yankı özellikle) daha kalsifiye göğüs kemiğinde ve kaburga ile diğer modeli hayvanlarda gözlenen.
Birkaç farklı yöntem ve amfibi kalp anestezi hem de tekrarlanabilir ekokardiyografik ölçümler elde etmek için hazırlıklar (Şekil 1, resim 2) aşağıdaki protokolünü açıklar (üç farklı anestezi uygulanıyor: benzokain, MS-222 ve propofol) ve anestezisiz iki hayvanlarda (3 rakam, 4 rakam, 5 rakam, 6 rakam, 7 rakam, Ek dosyaları 1-12) ve üç (Şekil 8, 9 rakam, Ek dosyaları 13-14) mekansal boyutları. Üç Odalı amfibi kalbidir (iki kulakçık ve bir tek ventrikül). Kulakçık büyük bir Sinüs Venozus tarafından sağlanır ve ventrikül konus arteriosus çıkım yolu (Şekil 2) boşaltır. Çoğu vurgu geleneksel olarak ventriküler rejenerasyon yerleştirilir ve kulakçık6,7,8,9,10,11 kurtarma daha az olduğu , 12 , 14 , 17, bu protokolü esas ölçümler ventrikül fonksiyonunun odaklanır.
Amfibi ekokardiyografi iyi literatürde tarif değil ve bu yazıda açıklanan 2B Yöntem geliştirme tahrik tarafından en iyi temsil gerek amfibi kalbi işlevselliğini verilen deneysel ayarı ve saatte. Böylece, yöntem tanımlamak burada nerede kardiyak fonksiyon sürekli bir yenilenme süreci boyunca izlenebilir kalp rejeneratif deneylerde tabidir. Ayrıca, yöntemleri genel olarak cardiophysiological deneylerde amfibi üzerinde uygulanan veya diğer kaudat veya anuran amfibi modelleri (e.g.,Xenopus) yayılmasını biraz değiştirilmiş. Amfibi birkaç farklı suşları ve renk çeşitleri (Örneğin, wildtype, melanoid, beyaz, albino, transgenik beyaz yeşil floresans protein ifadesi ile), ancak bu özellikleri uyumluluğunu etkiler mi var amfibi açıklanan protokol ile. 3D ekokardiyografik verisini almak için burada açıklanan yöntemi için geliştirilen klinik ultrason ve gelişmekte olan tavuk için daha önce açıklanan yöntemi ortalama ikinci dereceden kronolojik zamanmekansal görüntü korelasyon (STIC) tekniği, değiştirilmiş bir sürümüdür çekirdekli kırmızı kan hücreleri18,19içeren türler içinde yumuşak dokularda kan speckles sinyal geliştirmek. Bu yöntem, kardiyak kasılma ve hesaplanan akışkanlar dinamiği amfibi kalbinde gelişmiş modellenmesi için sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Amfibi ve diğer memeli olmayan türler ekokardiyografinin yeri kırmızı kan hücreleri yetişkin memeliler dışında tüm omurgalılarda çekirdekli doğası nedeniyle memeli ekokardiyografi daha temelde farklı veri verir. Bu belirgin kan sinyal ve kan doku kontrast amfibi ekokardiyografik görüntüleri Örneğin, fare veya insan ekokardiyografi ile karşılaştırıldığında daha az olur. Bu görüntü segmentasyonu işlenmemiş tek kare ultrason görüntüleri üzerinde kan dokusundan ayırt etmek zor …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Kasper Hansen, Bioscience Enstitüsü, Aarhus Üniversitesi 3D ekokardiyografik alımı için erişim ve elektronik micromanipulator ile ilgili yardım sağlamak için kabul etmek istiyoruz.
Materials
| Axolotl (Ambystoma mexicanum) | Exoterra GmbH | N/A | All strains (wildtype, melanoid, white, albino, transgenic white with GFP) can be applied for echocardiography |
| Vevo 2100 | Fujifilm, Visualsonics | Vevo 2100 | High frequency ultrasound system |
| MS700 | Fujifilm, Visualsonics | MS700 | 50 MHz center frequency, transducer |
| MS550s | Fujifilm, Visualsonics | MS550s | 40 MHz center frequency, transducer |
| Micromanipulator | Zeiss | NA | |
| Benzocain | Sigma-Aldrich | 94-09-7 | ethyl 4-aminobenzoate |
| MS-222 | Sigma-Aldrich | 886-86-2 | ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonic acid |
| Propofol | B. Braun Medical A/S | NA | 2,6-diisopropylphenol |
| Sodium chloride | Sigma-Aldrich | 7647-14-5 | NaCl |
| Calcium chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | 10035-04-8 | CaCl2·2H2O |
| Magnesium sulfate heptahydrate | Sigma-Aldrich | 10034-99-8 | MgSO4·7H2O |
| Potassium chloride | Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | KCl |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 67-64-1 | Propanone |
| Soft cloth | N/A | N/A | Any piece of soft cloth measuring appromixately 70 x 55 cm^2 e.g. a dish towel |
| Styrofoam block | N/A | N/A | Any piece of Styrofoam block measuring approximately 33 x 27 x 5 cm^3 e.g. a medium sized Styrofoam cooler lid |
| Plastic wrap | N/A | N/A | Any piece of plastic wrap e.g. food wrap |
| Tape | BSN Medical | 72359-02 | Leukoplast sleek |
| Kimwipes | Sigma-Aldrich | Z188956 | Kimwipes, disposable wipers |
| Excel 2010 | Microsoft | N/A | Excel 2010 or newer |
| ImageJ | National Institutes of Health | ImageJ 1.5e or newer. Rasband, W.S., ImageJ, U. S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, https://imagej.nih.gov/ij/, 1997-2016. | |
References
- Forouzanfar, M. H., et al. Assessing the Global Burden of Ischemic Heart Disease. Glob. Heart. 7, 331-342 (2012).
- Go, A. S., et al. Heart Disease and Stroke Statistics–2014 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 129, e28-e292 (2014).
- Leferovich, J. M., et al. Heart regeneration in adult MRL mice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98, 9830-9835 (2001).
- Leferovich, J. M., Heber-Katz, E. The scarless heart. Semin. Cell Dev. Biol. 13, 327-333 (2002).
- Nakada, Y., et al. Hypoxia induces heart regeneration in adult mice. Nature. 541, 222-227 (2017).
- Poss, K. D., Wilson, L. G., Keating, M. T. Heart regeneration in zebrafish. Science. 298, 2188-2190 (2002).
- Chablais, F., Veit, J., Rainer, G., Jazwinska, A. The zebrafish heart regenerates after cryoinjury induced myocardial infarction. BMC Dev. Biol. 11, 21 (2011).
- Gemberling, M., Bailey, T. J., Hyde, D. R., Poss, K. D. The zebrafish as a model for complex tissue regeneration. Trends. Genet. 29, 611-620 (2013).
- Gonzalez-Rosa, J. M., Martin, V., Peralta, M., Torres, M., Mercader, N. Extensive scar formation and regression during heart regeneration after cryoinjury in zebrafish. Development. 138, 1663-1674 (2011).
- Schnabel, K., Wu, C. C., Kurth, T., Weidinger, G. Regeneration of cryoinjury induced necrotic heart lesions in zebrafish is associated with epicardial activation and cardiomyocyte proliferation. PLoS One. 6 (4), e18503 (2011).
- Oberpriller, J. O., Oberpriller, J. C. Response of the adult newt ventricle to injury. J. Exp. Zool. 187, 249-260 (1974).
- Witman, N., Murtuza, B., Davis, B., Arner, A., Morrison, J. I. Recapitulation of developmental cardiogenesis governs the morphological and functional regeneration of adult newt hearts following injury. Dev. Biol. 354, 67-76 (2011).
- Gressens, J. An introduction to the Mexican axolotl (Ambystoma mexicanum). Lab Animal. 33, 41-47 (2004).
- Cano-Martínez, A., Vargas-González, A., Guarner-Lans, V., Prado-Zayago, E., León-Oleda, M., Nieto-Lima, B. Functional and structural regeneration in the axolotl heart (Ambystoma mexicanum) after partial ventricular amputation. Arch. Cardiol. Mex. 80, 79-86 (2010).
- McCusker, C., Gardiner, D. M. The axolotl model for regeneration and aging research: a mini-review. Gerontology. 57, 565-571 (2011).
- Khattak, S., et al. Optimized axolotl (Ambystoma mexicanum) husbandry, breeding, metamorphosis, transgenesis and tamoxifen-mediated recombination. Nat. Protoc. 9, 529-540 (2014).
- Nakamura, R., et al. Expression analysis of Baf60c during heart regeneration in axolotls and neonatal mice. Develop. Growth Differ. 58, 367-382 (2016).
- Tan, G. X. Y., Jamil, M., Tee, N. G. Z., Zhong, L., Yap, C. H. 3D Reconstruction of Chick Embryo Vascular Geometry Using Non-Invasive High-Frequency Ultrasound for Computational Fluid Dynamics. Ann. Biomed. Eng. 43, 2780-2793 (2015).
- Ho, S., Tan, G. X. Y., Foo, T. J., Phan-Thien, N., Yap, C. H. Organ Dynamics and Fluid Dynamics of the HH25 Chick Embryonic Cardiac Ventricle as Revealed by a Novel 4D High-Frequency Ultrasound Imaging Technique and Computational Flow Simulations. Ann. Biomed. Eng. , (2017).
- Wasmeier, G. H., et al. Reproducibility of transthoracic echocardiography in small animals using clinical equipment. Coron. Artery. Dis. 18, 283-291 (2007).
- Thygesen, M. M., Rasmussen, M. M., Madsen, J. G., Pedersen, M., Lauridsen, H. Propofol (2,6-diisopropylphenol) is an applicable immersion anesthetic in the axolotl with potential uses in hemodynamic and neurophysiological experiments. Regeneration. 4 (3), (2017).
