تقييم موسع من القلب شذوذ في التجريبية المناعة الذاتية التهاب عضلة القلب بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي المجهر في ماوس
Summary
This study demonstrates the successful establishment of magnetic resonance microscopy imaging as a non-invasive tool to assess the cardiac abnormalities in mice affected with autoimmune myocarditis. The data indicate that the technique can be used to monitor the disease-progression in live animals.
Abstract
التهاب عضلة القلب هو التهاب عضلة القلب، ولكن فقط ~ 10٪ من تلك تظهر المظاهر السريرية للمرض المتضررة. لدراسة الأحداث المناعي للإصابات عضلة القلب، وقد استخدمت على نطاق واسع نماذج الماوس مختلفة من التهاب عضلة القلب. تشارك هذه الدراسة التجريبية التهاب عضلة القلب المناعة الذاتية (EAM) التي يسببها مع ميوسين القلب السلسلة الثقيلة (Myhc) α 334-352 في الفئران A / J؛ الحيوانات تتأثر تطوير عضلة القلب لمفاوي ولكن مع عدم وجود علامات سريرية واضحة. في هذا النموذج، فائدة المجهر بالرنين المغناطيسي (MRM) كطريقة غير الغازية لتحديد التغيرات الهيكلية والوظيفية القلب في الحيوانات تحصين مع Myhc-α 334-352 يظهر. تم تصوير وزير الشؤون الخارجية والفئران صحية باستخدام 9.4 T (400 ميغاهيرتز) 89 مم تتحمل الأساسية العمودي الماسح الضوئي مجهزة 4 سم العصر الألفي السعيد الترددات الراديوية التحقيق التصوير و100 G / سم التدرجات المحور الثلاثي. تم الحصول على صور من القلب تخدير الحيوانات باستخدام تسلسل نبض سينمائية مقرها التدرج الصدى، وأنيماتم رصدها ليرة سورية عن طريق التنفس والنبض التأكسج. وكشف التحليل زيادة في سماكة جدار البطين في الفئران زير الشئون الخارجية، مع انخفاض مماثل في قطر الداخلية من البطينين، بالمقارنة مع الفئران السليمة. وتشير البيانات إلى أن التغيرات المورفولوجية والوظيفية في قلوب ملتهبة يمكن أن تكون مراقبة غير جراحية بواسطة MRM في الحيوانات الحية. في الختام، MRM يقدم ميزة لتقييم التقدم والتراجع عن وقوع اصابات في عضلة القلب الأمراض التي تسببها العوامل المعدية، وكذلك ردا على العلاجات.
Introduction
قصور القلب هو السبب الرئيسي للوفيات، والتهاب عضلة القلب هو السبب الرئيسي واحد من قصور في القلب لدى المراهقين الشباب 1. معظم المرضى المصابين بالتهاب في عضلة القلب تظل أعراض ويتم حل هذا المرض عفويا 2. ومع ذلك، يمكن 10-20٪ من المصابين تطوير مرض مزمن، مما يؤدي إلى تمدد عضلة القلب (DCM) 3. وقد تم تطوير نماذج حيوانية مختلفة لدراسة إمراض المناعة من التهاب عضلة القلب. يمكن أن يتسبب المرض في التهاب عضلة القلب عرضة A / J والفئران BALB / ج بتحصين الحيوانات مع ميوسين القلب السلسلة الثقيلة (Myhc) α أو شظاياه الببتيد سائد مناعيا أو عن طريق إصابة مع مسببات الأمراض مثل فيروس كوكساكي B3 4-9. ويشمل هذا دراسة Myhc-α التهاب عضلة القلب الناجم عن 334-352 في الفئران A / J. على الرغم من عمليات التسلل تظهر عضلة القلب، والتهاب عضلة القلب المتضررة من الحيوانات تبدو طبيعية سريريا؛ ويستند التشخيص على التقييم النسيجي للقلوب لالتهاب 7 لالثانية ضربات القلب 10.
المجهر بالرنين المغناطيسي (MRM) هي طريقة تستخدم عادة للحصول على القلب والأوعية الدموية التصوير بطائرات عالية الدقة ثلاثية الأبعاد، مما يتيح تقييم التفاصيل الفنية إلى مستوى الأوعية الدموية الدقيقة (تصل إلى 10 ميكرون قطر)، ولكن هذا المستوى من حل السلطة هو لا يمكن تحقيقه مع التصوير بالرنين المغناطيسي الروتينية (MRI) إجراء المسح الضوئي، والتي يتم الحصول عليها القرار عادة ما يصل إلى 1 مم 11-14. يقدم MRM ميزة لأنها تسمح اقتناء صور عالية الدقة وأيضا لاشتقاق معايير الأداء في نقاط زمنية مبكرة من عملية المرض 14. سريريا، وقد تم تطبيقها على نطاق واسع MRM التصوير لدراسة المعلمات الوظيفية للقلب المريضة، الرئة أو الدماغ 15-17. في هذه الدراسة، يظهر استخدام تقنية MRM كأداة غير الغازية للتأكد من تشوهات قلبية في الفئران A / J تتأثر مع التهاب عضلة القلب المناعة الذاتية. على وجه التحديد، ريسمح التصوير انه MRM الكمي من المعلمات وظيفية مثل البطين (LV) حجم نهاية الانبساط والكسر القذفي (EF) غادر بدرجة معقولة من الدقة 18. تعاريف المعلمات منها هي: نهاية LV حجم الانبساطي، وحجم الدم في البطين الأيسر في نهاية دورة الانبساطي، وطرد جزء، حجم المخ / حجم نهاية الانبساط. يتم تنفيذ تحليل البيانات باستخدام برنامج القطاع متاحة بحرية وضعت لمعالجة الصور DICOM المتوافقة القلب والأوعية الدموية التي حصل عليها بالرنين المغناطيسي والماسحات الضوئية 19. وكشفت البيانات زيادة في سماكة الجدار LV في الحيوانات التهاب عضل القلب، المقابلة إلى انخفاض في حجم نهاية الانبساط LV، حجم المخ والكسر القذفي، بالمقارنة مع هؤلاء المعلمات وظيفية في الفئران السليمة.
Protocol
Representative Results
Discussion
توضح هذه الدراسة إجراء MRM وفائدتها كأداة غير الغازية للتأكد من تشوهات قلبية في الفئران المتأثرة مع التهاب عضلة القلب المناعة الذاتية. منذ ميزات نسيجية من EAM تشبه التهاب عضلة القلب عدوى من البشر، يتم توظيف نماذج الماوس عادة لتحديد الآليات المناعية للإصابات عضلة القلب…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the National Institutes of Health (HL114669). CM is a recipient of a postdoctoral research fellowship grant awarded by the Myocarditis Foundation, NJ.
Materials
| Myhc-a 334-352 (DSAFDVLSFTAEEKAGVYK) | Neopeptide, Cambridge, MA | Store at 4οC | |
| CFA | Sigma Aldrich, St Louis, MO | 5881 | Store at 4οC |
| MTB H37Rv extract | Difco Laboratories, Detroit, MI | 231141 | Store at 4οC |
| PT | List Biologicals Laboratories, Campbell, CA | 181 | Store at 4οC |
| 1x PBS | Corning, Manassas, VA | 21-040-CV | Store at 4οC |
| Isoflurane | Piramal Healthcare, Mumbai, India | NDC66794-013-25 | |
| Female A/J mice | Jackson Laboratories, Bar Harbor, ME | 646 | |
| Leur-lok sterile 1 ml syrringe | BD, Franklin Lakes, NJ | 309628 | |
| Leur-lok sterile 3 ml syrringe | BD, Franklin Lakes, NJ | 309657 | |
| Sterile needle, 18 G | BD, Franklin Lakes, NJ | 305195 | |
| Sterile needle, 27 1/2 G | BD, Franklin Lakes, NJ | 305109 | |
| 3-way stopcock | Smiths Medical ASD, Inc. Dublin, OH | MX5311L | |
| Kerlix gauze bandage rolls | Covidien, Mansfield, MA | 6720 | |
| Kimwipes | Kimberly-Clark Professional, Roswell, GA | 34155 | |
| Protouch Stockinette | Medline Industries, Mundelein, IL | 30-1001 | |
| Sterile surgical scissors and forceps | INOX tool Corporation | ||
| Micro oven | GE Healthcare, | ||
| ThermiPAQ hot and cold therapy system | Theramics Corporation, Springfield, IL | ||
| Reptile heating lamp | Energy Savers Unlimited, Inc. Carson, CA | ||
| 3M Transpore tapes | Target Corporation, MN | ||
| Up and Up Polymyxin B sulfate/Bacitracin/Neomycin sulfate antibiotic ointment | Target Corporation, MN | ||
| North Safety DeciDamp-2PVC foam ear plugs | North Safety Products, Smithfield, RI | ||
| Cotton tipped applicator, 6’’ wooden stem | Jorgensen Laboratories, Inc. Loveland, CO | ||
| Anesthesia induction chamber | Summit Anesthesia Solutions, Ann Harbor, MI | ||
| Summit Anesthesia Support system for regulating flow of anesthesia | Summit Anesthesia Solutions, Ann Harbor, MI | ||
| Specially designed animal holder | Agilent Technologies, Santa Clara, CA | ||
| Bickford Omnicon F/Air anesthesia gas filter unit | A.M. Bickford, Inc. Wales Center, NY | ||
| Pulse-oximeter module, MR compatible small animal monitoring and gating system | Small Animal Instruments, Inc. Stony Brook, NY | ||
| Oxygen cylinder | Matheson-Tri Gas, North-Central Zone, Lincoln, NE | ||
| Gas regulator | Western Medica, West Lake, OH | ||
| Signal breaking module, MR compatible small animal monitoring and gating system | Small Animal Instruments, Inc. Stony Brook, NY | ||
| 9.4 T (400 MHZ) 89 mm vertical core bore MR scanner | Agilent Technologies, Santa Clara, CA | ||
| 4-cm millipede micro-imaging RF coil | Agilent Technologies, Santa Clara, CA | ||
| SAM PC monitor | Small Animal Instruments, Inc. Stony Brook, NY | ||
| Quantitative Medical Image analysis software | http://segment.heiberg.se; Segment v1.8 R1430, Medviso, Oresunds region, Sweden | ||
| Matlab software | The Mathworks, Inc. Natick, MA | ||
| Computer-Unix operating system | |||
Riferimenti
- Heidenreich, P. A., et al. Forecasting the future of cardiovascular disease in the United States: a policy statement from the American Heart Association. Circulation. 123 (8), 933-944 (2011).
- Fujinami, R. S., et al. Molecular mimicry, bystander activation, or viral persistence: infections and autoimmune disease. Clin Microbiol Rev. 19 (1), 80-94 (2006).
- Cihakova, D., Rose, N. R. Pathogenesis of myocarditis and dilated cardiomyopathy. Adv Immunol. 99, 95-114 (2008).
- Donermeyer, D. L., et al. Myocarditis-inducing epitope of myosin binds constitutively and stably to I-Ak on antigen-presenting cells in the heart. J Exp Med. 182 (5), 1291-1300 (1995).
- Gangaplara, A., et al. Coxsackievirus B3 infection leads to the generation of cardiac myosin heavy chain-alpha-reactive CD4 T cells in A/J mice. Clin Immunol. 144 (3), 237-249 (2012).
- Huber, S. A., Lodge, P. A. Coxsackievirus B-3 myocarditis in Balb/c mice. Evidence for autoimmunity to myocyte antigens. Am J Pathol. 116 (1), 21-29 (1984).
- Massilamany, C., et al. Identification of novel mimicry epitopes for cardiac myosin heavy chain-alpha that induce autoimmune myocarditis in A/J mice. Cell Immunol. 271, 438-449 (2011).
- Pummerer, C. L., et al. Identification of cardiac myosin peptides capable of inducing autoimmune myocarditis in BALB/c mice. J Clin Invest. 97 (9), 2057-2062 (1996).
- Rose, N. R., Hill, S. L. The pathogenesis of postinfectious myocarditis. Clin Immunol Immunopathol. 80, (1996).
- Saraste, A., et al. Coronary flow reserve and heart failure in experimental coxsackievirus myocarditis. A transthoracic Doppler echocardiography study. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 291, (2006).
- Altes, T. A., et al. Hyperpolarized 3He MR lung ventilation imaging in asthmatics: preliminary findings. J Magn Reson Imaging. 13 (3), 378-384 (2001).
- Driehuys, B., et al. Small animal imaging with magnetic resonance microscopy. ILAR J. 49 (1), 35-53 (2008).
- Smith, B. R. Magnetic resonance microscopy with cardiovascular applications. Trends Cardiovasc Med. 6 (8), 247-254 (1996).
- Potter, K. Magnetic resonance microscopy approaches to molecular imaging: sensitivity vs specificity. J Cell Biochem Suppl. 39, 147-153 (2002).
- Benveniste, H., Blackband, S. MR microscopy and high resolution small animal MRI: applications in neuroscience research. Prog Neurobiol. 67, 393-420 (2002).
- Epstein, F. H., et al. MR tagging early after myocardial infarction in mice demonstrates contractile dysfunction in adjacent and remote regions. Magn Reson Med. 48 (2), 399-403 (2002).
- Gewalt, S. L., et al. MR microscopy of the rat lung using projection reconstruction. Magn Reson Med. 29 (1), 99-106 (1993).
- Kern, M. J. . The cardiac catheterization handbook., Edn 5th. , (2011).
- Heiberg, E., et al. Design and validation of Segment–freely available software for cardiovascular image analysis. BMC Med Imaging. 10, (2010).
- Cranney, G. B., et al. Left ventricular volume measurement using cardiac axis nuclear magnetic resonance imaging. Validation by calibrated ventricular angiography. Circulation. 82 (1), 154-163 (1990).
- Hiba, B., et al. Cardiac and respiratory double self-gated cine MRI in the mouse at 7 T. Magn Reson Med. 55 (3), 506-513 (2006).
- Bryant, D., et al. Cardiac failure in transgenic mice with myocardial expression of tumor necrosis factor-alpha. Circulation. 97 (14), 1375-1381 (1998).
- Neu, N., et al. Cardiac myosin-induced myocarditis as a model of postinfectious autoimmunity. Eur Heart J. 12 Suppl D, 117-120 (1991).
- Neumann, D. A., et al. Induction of multiple heart autoantibodies in mice with coxsackievirus B3- and cardiac myosin-induced autoimmune myocarditis. J Immunol. 152 (1), 343-350 (1994).
- Rose, N. R., et al. Postinfectious autoimmunity: two distinct phases of coxsackievirus B3-induced myocarditis. Ann N Y Acad Sci. 475, 146-156 (1986).
- Farmer, J. B., Levy, G. P. A simple method for recording the electrocardiogram and heart rate from conscious animals. Br J Pharmacol Chemother. 32 (1), 193-200 (1968).
