Noninvasiv Vurdering af abnormaliteter i hjertet i Experimental Autoimmune myocarditis ved Magnetic Resonance Imaging Microscopy i mus
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
Myocarditis er en betændelse i myokardiet, men kun ~ 10% af de berørte viser kliniske manifestationer af sygdommen. At studere immun begivenheder myokardie skader, har forskellige musemodeller af myocarditis været meget anvendt. Denne undersøgelse omfattede eksperimentel autoimmun myocarditis (EAM) induceret med hjerte-myosin tung kæde (MyHC)-α 334-352 i A / J-mus; de berørte dyr udvikle lymfatisk myocarditis, men uden nogen tilsyneladende kliniske tegn. I denne model, at nytten af magnetisk resonans mikroskopi (MRM) som en ikke-invasiv modalitet bestemme hjertets strukturelle og funktionelle ændringer i dyr immuniseret med MyHC-α 334-352 vises. EAM og sunde mus blev afbildet under anvendelse af en 9,4 T (400 MHz) 89 mm lodret kerne boring scanner udstyret med en 4 cm tusindben radiofrekvens imaging probe og 100 G / cm tredobbelte akse gradienter. Hjerte billeder blev erhvervet fra bedøvede dyr ved hjælp af en gradient-ekko-baserede cine pulssekvens og animals blev overvåget af respiration og pulsoximetri. Analysen afslørede en forøgelse i tykkelsen af ventrikelvæggen i EAM mus, med et tilsvarende fald i den indvendige diameter af hjertekamrene, når sammenlignet med raske mus. Dataene tyder på, at morfologiske og funktionelle ændringer i den betændte hjerter kan være ikke-invasivt overvåget af MRM i levende dyr. Afslutningsvis MRM tilbyder en fordel for at vurdere progression og regression af myocardiale skader i sygdomme forårsaget af infektiøse midler, såvel som reaktion på behandlinger.
Introduction
Hjertesvigt er den hyppigste årsag til dødsfald og myocarditis er en overvejende årsag til hjertesvigt hos unge teenagere 1. De fleste patienter, der lider med myocarditis forblive asymptomatiske og sygdommen er spontant 2. 10-20% af dem, der berøres, kan imidlertid udvikle kronisk sygdom, der fører til dilateret kardiomyopati (DCM) 3. Forskellige dyremodeller er blevet udviklet til at studere immun patogenesen af myocarditis. Sygdommen kan induceres i myocarditis modtagelige A / J og Balb / c-mus ved immunisering af dyrene med kardial myosin tung kæde (MyHC)-α eller dets immundominante peptidfragmenter eller ved at inficere med patogener som coxsackievirus B3 4-9. Denne undersøgelse indebærer MyHC-α 334-352-induceret myocarditis i A / J-mus. Trods viser myokardie infiltrationer de myocarditis-ramte dyr forekommer klinisk normal; diagnosen er baseret på histologisk vurdering af hjerter for inflammation 7 and ekkokardiografi 10.
Magnetic resonance mikroskopi (MRM) er en almindeligt anvendt metode til at opnå kardiovaskulære billeddannelse med høj opløsning tredimensionale fly, tillader vurdering af funktionelle detaljer til niveauet for minut blodkar (op til 10 um i diameter), men dette niveau af opløsningsevne er ikke kan opnås med den rutinemæssige magnetisk resonans (MR) scanning procedure, hvor der er opløsningen generelt opnås op til 1 mm 11-14. MRM tilbyder en fordel, da den tillader erhvervelse af billeder i høj opløsning, og også at udlede performance parametre i de tidlige tidspunkter af sygdom proces 14. Klinisk har MRM billeddannelse blevet grundigt anvendes til at studere de funktionelle parametre for syge hjerte, lunge eller hjerne 15-17. I denne undersøgelse, er brugen af en MRM teknik som en ikke-invasiv redskab til at fastslå hjerteanomalier i A / J-mus smittet med autoimmun myocarditis vist. Specifikt than MRM billeddannelse tillader kvantificering af funktionelle parametre såsom venstre ventrikel (LV) slutdiastoliske volumen og uddrivningsfraktion (EF) med rimelig nøjagtighed 18. Definitionerne af de respektive parametre er: LV slutdiastolisk volumen, volumen af blod i venstre hjertekammer ved afslutningen af det diastoliske cyklus, og uddrivningsfraktion, slagvolumen / slutdiastoliske volumen. Dataanalysen udføres ved hjælp af frit tilgængelig Segment software udviklet til behandling af DICOM-kompatible kardiovaskulære billeder erhvervet af magnetisk resonans-scannere 19. Dataene afslørede en stigning i tykkelsen af LV mur i myocarditic dyr, svarende til et fald i LV slutdiastolisk volumen, slagvolumen og uddrivningsfraktion sammenlignet med disse funktionelle parametre hos raske mus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne undersøgelse beskriver MRM proceduren og dens anvendelighed som en non-invasiv værktøj til at konstatere hjerteanomalier i mus ramt med autoimmun myocarditis. Da de histologiske træk EAM ligne postinfectious myocarditis af mennesker er musemodeller almindeligvis anvendes til at afgrænse de immunmekanismer myokardie skader 23-25. Men de ramte med myocarditis dyr forekommer klinisk normale, og diagnosen stilles baseret på histologi ved afslutningen af forsøgene 7. Dyrene sædvanligvis af…
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).
