I livmodern Mätning av hjärtfrekvens i mus genom Noninvasive M-mode ekokardiografi
Summary
Ultra-hög frekvens ultraljud är en kraftfull live-imaging verktyg för att undersöka hjärtfel i små djur. Dess noninvasiveness gör upprätthålla den fysiologiska tillstånd av embryon. Häri visar vi användning av M-mode-ultraljud för att mäta hjärtfrekvenser från embryon vid E18.5 i livmodern.
Abstract
Medfödd hjärtsjukdom (CHD) är den vanligaste icke smittsamma dödsorsaken vid födseln. Förekomsten av CHD varierar från 4 till 50/1 000 födslar (sjukdomar och skador regionala beräkningar, Världshälsoorganisationen, 2004). Operationer som ofta äventyrar livskvaliteten krävs för att korrigera hjärtfel, påminner oss om hur viktigt det är att finna orsakerna till CHD. Mutant musmodeller och levande bildteknik har blivit viktiga verktyg för att studera etiologin av denna sjukdom. Även om avancerade metoder tillåter live-avbildning av onormala hjärtan i embryon, är de fysiologiska och hemodynamiska tillstånd av den senare ofta nedsatt på grund av kirurgiska och / eller långdragna förfaranden. Noninvasive ultraljudsavbildning, kan dock användas utan kirurgiskt exponera embryon och därigenom bibehålla deras fysiologi. Häri använder vi enkla M-mode ultraljud för att bedöma hjärtfrekvenser av embryon vid E18.5 i livmodern. Registreringen av onormala hjärtfrekvenser är verkligen en bra indicator av dysfunktion av hjärtat och därmed utgör ett första steg i identifieringen av utvecklingsdefekter som kan leda till hjärtsvikt.
Introduction
CHD är den vanligaste icke smittsamma dödsorsaken vid födseln 1. Flera operationer är ofta behövs för att rätta till de strukturella brister i patienter vars livskvalitet kan förbli äventyras 1. Barn med CHD utvecklas ofta neurologiska sjukdomar, även om de inte har genomgått kirurgi, vilket indikerar viktiga i livmodern konsekvenser för utvecklings 2,3. Både genetiska faktorer och miljöfaktorer, såsom exponering för virus eller kemikalier (alkohol) under graviditeten, orsakar CHD. Att studera de genetiska bidragsgivarna är fortfarande i ett tidigt skede, men växer snabbt. För att identifiera dessa bidragsgivare och förstå deras roll i hjärtutveckling, fenotypning muterade möss med ett enkelt och kraftfullt verktyg kommer att vara till stor nytta.
Musen är verkligen en djurmodell av val att studera CHD, och de flesta av de mänskliga fall kan reproduceras i möss 4,5. Följaktligen har fetal mus cardiac fenotypning bli increasingly viktigt att undersöka etiologin av mänskliga CHD och kräver lämpliga verktyg. Även histologiska studier på fasta prover är ovärderliga, är i realtid avbildning av levande djur viktigt att förstå fysiologi hjärtat. Video mikroskopi erbjuder levande avbildning. Det kräver dock laparotomi att exponera embryon, och därmed äventyra deras fysiologiska och hemodynamiska tillstånd. Nyligen har ekokardiografi blivit standard bildteknik för hjärt bedömningar i kliniken och i möss.
Mus foster ekokardiografi utförs med hjälp av vanliga kliniska ultraljudssystem samt extremt högfrekventa ultraljudssystem. De senare ger 30 MHz eller högre frekvensomvandlare som genererar tvådimensionella bilder och möjliggör utvärdering av tidiga embryonala stadier. Dessa givare har en relativt dålig penetrationsdjup (~ 13 mm), vilket är emellertid tillräckligt för att erhålla adekvat avbildningsplan och bestämma grundläggande hjärta paparametrar såsom hjärtfrekvens, vänster och höger kammare inre diameter vid diastole och systole och septum och väggtjocklek, utan att utföra laparotomi.
I vår studie har vi använt en ultrahög frekvens ultraljudssystem för att bedöma hjärtfrekvenser från musembryon på embryonala dag E18.5. Vi valde en 30 MHz omvandlare, som ger ett fält vy av 20 mm x 20 mm, vilket är idealiskt med tanke på storleken av fostren, med en brännvidd av 12,7 mm. Dock kan en givare högre frekvens väljas för att analysera tidigare utvecklingsstadier. Det valda M-läge tillåter visualisering av vävnad i rörelse tack vare en hög temporal upplösning på 1000 bilder / sek. Hela proceduren är enkel och bör utföras så snabbt som möjligt för att undvika störning av de fysiologiska och hemodynamiska tillstånd av fostret. Analysen av cirka 8 embryon kräver ungefär en timme.
Protocol
Representative Results
Discussion
M-mode ekokardiografi är en effektiv och enkel metod för att mäta in utero hjärtfrekvens av musembryon. Kommersiellt tillgängliga givare ger tillräcklig upplösning för att visualisera små slående hjärtan. Således de tillåter en mycket exakt hjärtfrekvensmätning, jämfört med andra metoder, såsom pulsmätning, och kan ersätta högupplöst video mikroskopi. Däremot behöver de nuvarande verktygen inte tillåter samtidig analys av alla embryon, vilket innebär en omständlig procedur för att vi…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Manon Laprise för utbildning inom ekokardiografi och Ann Chamber för att ta de bilder som visas i figurerna 1 och 2. Detta arbete stöddes av kanadensiska Institutes of Health Research bidrag MOP 44363 och Kanada Chair 950-216.684.
Materials
| Isoflurane | Pharmaceutical Partners of Canada Inc. | CP0406v2 | 1-chloro-2,2,2-trifluoroethyl difluoromethyl ether |
| Ultrasound gel | Parker Laboratories Inc. | Aquasonic Clear | |
| Electrode gel | Parker Laboratories Inc. | Spectra 360 | |
| Ophthalmic gel | Novartis | Tear-Gel | |
| Depilatory cream | Church & Dwight Co., Inc. | Nair | |
| Hair clipper | |||
| Gauze/cotton swap | Q-tips | ||
| Permanent marker | |||
| High-Resolution In vivo Ultrasound Imaging System | Visual Sonics | Vevo770 | |
| 30 MHz Transducer | Visual Sonics | RMV707B | |
| Imaging platform and physiology controller unit | Visual Sonics | ||
| Anesthetic System | Cyprane North America Inc. | 312462 | |
| Infrared heating lamp |
Riferimenti
- Hoffman, J. I., Kaplan, S. The incidence of congenital heart disease. J. Am. Coll. Cardiol. 39, 1890-1900 (2002).
- Miller, S. P., et al. Abnormal brain development in newborns with congenital heart disease. N. Engl. J. Med. 357, 1928-1938 (2007).
- Bruneau, B. G. The developmental genetics of congenital heart disease. Nature. 451, 943-948 (2008).
- Wessels, A., Sedmera, D. Developmental anatomy of the heart: a tale of mice and. 15, 165-176 (2003).
- Yu, Q., et al. ENU induced mutations causing congenital cardiovascular anomalies. Development. 131, 6211-6223 (2004).
- Seidah, N. G., Prat, A. The biology and therapeutic targeting of the proprotein convertases. Nat. Rev. Drug Discov. 11, 367-383 (2012).
- Roebroek, A. J., et al. Failure of ventral closure and axial rotation in embryos lacking the proprotein convertase Furin. Development. 125, 4863-4876 (1998).
- Roebroek, A. J., et al. Limited redundancy of the proprotein convertase furin in mouse liver. J. Biol. Chem. 279, 53442-53450 (2004).
- Kisanuki, Y. Y., et al. Tie2-Cre transgenic mice: a new model for endothelial cell-lineage analysis in vivo. Dev. Biol. 230, 230-242 (2001).
- Kim, W., et al. Loss of endothelial furin leads to cardiac malformation and early postnatal death. Mol. Cell Biol. 32, 3382-3391 (2012).
