Proyección de imagen usando un sistema del ultrasonido de alta frecuencia (30 / 45MHZ) Cardiovascular fetal ratón
Summary
Proyección de imagen de ultrasonido de alta frecuencia del ratón fetal ha mejorado la resolución de imagen y puede proporcionar la precisa caracterización no invasiva de desarrollo cardíaco y defectos estructurales. El protocolo descrito en este documento está diseñado para realizar la ecocardiografía ratones fetales en tiempo real en vivo.
Abstract
Defectos congénitos del corazón (CHDs) son la causa más común de morbilidad de la niñez y la mortalidad temprana. Detección prenatal de los mecanismos moleculares subyacentes de CHDs es crucial para inventar nuevas estrategias preventivas y terapéuticas. Modelos de ratón mutante son poderosas herramientas para descubrir nuevos mecanismos y modificadores de tensión ambiental que impulsan el desarrollo cardíaco y su posible alteración en el CHDs. Sin embargo, esfuerzos para establecer la causalidad de estos supuestos colaboradores han sido limitado a estudios histológicos y moleculares en experimentos con animales no supervivencia, en la que la vigilancia de los parámetros hemodinámicos y fisiológicos clave es a menudo ausente. En tecnología de imagen se ha convertido en una herramienta esencial para establecer la etiología del CHDs. En particular, la proyección de imagen de ultrasonido se puede utilizar prenatally sin exponer quirúrgicamente a los fetos, lo que permite mantener su fisiología de línea de base y monitoreo del impacto del estrés ambiental en los aspectos hemodinámicos y estructurales de la cámara cardiaca desarrollo. Aquí, utilizamos el sistema de ultrasonido de alta frecuencia (30/45) para examinar el sistema cardiovascular en ratones fetales en E18.5 en el útero en la línea de base y en respuesta a la hipoxia prenatal exposición. Demostrar la viabilidad del sistema para medir el tamaño de la cámara cardiaca, morfología, función ventricular, la frecuencia cardíaca fetal e índices de flujo de arteria umbilical y sus alteraciones en ratones fetales expuestos a hipoxia crónica sistémica en el útero en real tiempo.
Introduction
Malformaciones congénitas del corazón son los defectos estructurales heterogéneos que se producen durante el desarrollo cardiaco temprano. Avances técnicos de los procedimientos operativos han llevado a mejoras significativas en las tasas de supervivencia de los recién nacidos con el CHDs1,2. Sin embargo, calidad de vida es a menudo comprometido secundario a la hospitalización prolongada y las necesidades de reparación quirúrgica procedimientos1,2,3,4,5en escena. Detección prenatal de los mecanismos moleculares subyacentes de CHDs es crucial para planificar intervenciones tempranas, para llevar a cabo nuevas estrategias de prevención y para mejorar los resultados de toda la vida6,7.
Aunque múltiples factores genéticos y ambientales han sido implicados en la patogenesia del CHDs, establecer la causalidad sigue siendo una necesidad para mejorar el diagnóstico, terapéutica y estrategias preventivas1,8,9 ,10,11,12. Por otra parte, examinar el papel de factores de estrés en el útero y modificadores epigenéticos abre nuevos espacios para futuras investigaciones11,12. La última década ha sido testigo de hecho de rápidos avances en secuencia de la tecnología de última generación incluyendo un solo nucleótido polimorfismo (SNP) microarrays, secuenciación del exoma completo y estudios de metilación del genoma, su utilización en el estudio de la genética causas de enfermedades humanas complejas, incluyendo CHDs1,8,9,10,11 allanando el camino para identificar mutaciones y variantes genéticas que aún no han sido la prueba de su patogenicidad en modelos animales adecuados.
Entre los sistemas del modelo de enfermedad diferentes, el ratón es el modelo animal de la opción, no sólo para investigar mecanismos de CHDs durante cardiogenesis precoz13,14,15,16, sino también para aclarar su impacto en la maduración de la cámara cardíaca y función en la gestación tardía en factores de estrés prenatal y perinatal. Por lo tanto, realizar en vivo caracterización fenotípica de un corazón de ratón mutante fetal, durante etapas tempranas y tardías del desarrollo, es fundamental entender el papel de estas variaciones genéticas y factores ambientales en el desarrollo cardiaco, y el futuro impacto potencial en los procesos de maduración específica de cámara en ratones.
La detección temprana y diagnóstico preciso de defectos cardiacos durante el desarrollo es fundamental para intervención planificación17,18. Ser seguro, simple, portable y repetible, sonografía fetal se ha convertido de hecho en la norma técnica para la evaluación cardiaca en la clínica de la proyección de imagen. Evaluación de la circulación fetal mediante ecografía Doppler ha sido ampliamente utilizado en la práctica clínica no sólo para la detección de defectos cardiacos, sino también para detectar anormalidades vasculares, insuficiencia placentaria y restricción del crecimiento intrauterino y para evaluar el bienestar fetal en respuesta a en el útero insultos incluyendo hipoxemia, enfermedad materna y drogas toxicidad17,18. En paralelo a su valor en la evaluación de enfermedades y defectos humanos, evaluación de ultrasonido de ratones fetales ha ganado cada vez mayor utilidad en la configuración experimental19,20,21,22, 23. En particular, el ultrasonido fetal del corazón (ecocardiografía) permite visualización secuencial en vivo del corazón en desarrollo. Muchos estudios experimentales han utilizado la tecnología de imágenes por ultrasonido para observar el desarrollo cardiovascular fetal en ratones transgénicos fetales. Ecografía Doppler ha sido particularmente útil para aclarar los parámetros fisiopatológicos, tales como los patrones de flujo en la circulación fetal en problemas fisiológicos o enfermedad condiciones10,19. En los seres humanos y animales, anormal flujo o el oxígeno sanguíneo en el feto puede resultar de diversas afecciones que pueden perturbar entorno fetal en el útero y afectar el eje fetoplacentarias, incluyendo anormalidades placentarias, hipoxia materna, diabetes gestacional y constricción vascular farmacéuticamente inducida15,22. Por lo tanto, establecer métodos estandarizados para realizar ultrasonidos Doppler en ratones fetales tremendamente empoderará a los estudios futuros de CHDs, facilitando patrones de flujo de control y principales índices hemodinámicos de los circuitos cardiovasculares durante diferentes etapas del desarrollo cardíaco en modelos de ratón genético.
Ultrasonido de alta frecuencia ha surgido como una poderosa herramienta para medir los parámetros fisiológicos y de desarrollo del sistema cardiovascular en modelos de ratón y enfermedades humanas18. Esta tecnología ha sido perfeccionada en los últimos años. Nosotros y otros investigadores hemos demostrado la viabilidad de este sistema para la realización de estudios de ultrasonido de alta frecuencia el ratón fetal corazón15,19,20,21,22 ,23. El sistema está equipado con transductores de matriz lineal que generan imágenes bidimensionales, dinámicas a velocidades de fotogramas de alta frecuencia (30 a 50 MHz) y mapeo de flujo Doppler color. Estas ventajas, en comparación con sistemas de ultrasonido de baja frecuencia y de la generación anterior de alta frecuencia ultrasonido21,22, proporcionan la sensibilidad necesaria y la resolución para la evaluación en profundidad de la fetal circulatorio sistema, incluyendo la caracterización completa de las estructuras del corazón, función de cámara e índices de flujo de ratones fetales en configuraciones experimentales. En este documento, describiremos los métodos para realizar una evaluación rápida de la circulación cardiopulmonar y circulación feto-placentaria en el día embrionario E18.5 en vivo mediante un sistema de alta frecuencia. Elegimos un transductor de 30/45 MHz que proporciona una resolución axial de aproximadamente 60 μm y una resolución lateral de 150 μm. Sin embargo, un transductor de frecuencia más alta (40/50 MHz) puede ser elegido para analizar etapas anteriores de desarrollo siguiendo una metodología similar. El seleccionado M-modo permite la visualización de los tejidos en movimiento en la niveles de alta resolución temporal (1.000 fotogramas/s). Finalmente, demostramos la factibilidad de ultrasonido de alta detallada caracterización fenotípica completa de estado hemodinámico cardiovascular fetal y función en ratones en condiciones basales y en respuesta a la hipoxia prenatal.
Protocol
Representative Results
Discussion
Enfermedades y malformaciones cardiovasculares están influenciadas sustancialmente por factores genéticos y ambientales elementos19. Previamente hemos demostrado un impacto significativo de la restricción calórica, iniciada durante el segundo trimestre, el feto-placentario flujo circulatorio y la función cardiaca fetal9.
La hipoxia prenatal es otro factor de estrés común durante el desarrollo fetal que puede afectar tremendamente la fisiol…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a la base de la fisiología animal, División de medicina molecular en la UCLA para proporcionar soporte técnico y acceso libre al sistema Vevo 2100 ultrasonido biomicroscopy (UBM). Este estudio fue apoyado por el centro de investigación de salud NIH, niño (5K12HD034610/K12), UCLA-infantil Discovery Institute y fondo de hoy y mañana de los niños y David Geffen escuela de medicina investigación innovación Premio a M. Touma.
Materials
| Vevo 2100 | VisualSonics, Toronto, Ontario, Canada | N/A | High Freequency Ultrasound Biomicroscopy. The set up is available in animal physiology core facility, division of molecular medicine, UCLA. USA |
| inbred mice (c57/BL6) | Charles River Laboratories | N/A | Inbread wild type mouse strain |
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