Nicht-invasive Beurteilung der Herzfehlbildungen in experimentellen autoimmunen Myokarditis von Magnetic Resonance Imaging Microscopy in der Maus
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
Myokarditis ist eine Entzündung des Herzmuskels, aber nur ca. 10% der Betroffenen zeigen klinische Manifestationen der Erkrankung. Um die Immun Ereignisse der myokardialen Verletzung zu untersuchen, wurden verschiedene Mausmodelle der Myokarditis weit verbreitet. Diese Studie umfasste experimentellen autoimmunen Myokarditis (EAM) mit Herz Myosin schwere Kette (Myhc)-α 334-352 in A / J-Mäusen; die betroffenen Tiere entwickeln lymphatischer Myokarditis, aber ohne offensichtliche klinische Zeichen. In diesem Modell wird der Nutzen der Magnetresonanzmikroskopie (MRM) als eine nicht-invasive Modalität der Herz strukturelle und funktionelle Veränderungen bei Tieren mit Myhc-α 334-352 immunisiert bestimmen dargestellt. EAM und gesunden Mäusen wurden mit einem 9.4 T (400 MHz) 89 mm vertikale Kernbohrung Scanner mit einem 4 cm Tausendfüßler Hochfrequenz-Bildgebung Sonde und 100 G / cm Dreifachachse Gradienten ausgestattet abgebildet. Cardiac Bilder wurden von betäubten Tieren erworben mit einem Gradienten-Echo-basierte cine Impulsfolge, und der Animals wurden von Atmung und Pulsoxymetrie überwacht. Die Analyse ergab eine Erhöhung der Dicke der Kammerwand in EAM Mäusen, mit einer entsprechenden Abnahme des Innendurchmessers der Kammern, wenn sie mit gesunden Mäusen verglichen. Die Daten legen nahe, dass morphologische und funktionelle Änderungen in den entzündeten Herzen können nicht-invasiv überwacht MRM in lebenden Tieren sein. Abschließend bietet einen Vorteil MRM Beurteilung der Progression und Regression der myokardialen Verletzung in Krankheiten, die durch infektiöse Agenzien verursacht werden, sowie als Reaktion auf Therapien.
Introduction
Herzinsuffizienz ist die häufigste Ursache für Todesfälle und Myokarditis ist eine Hauptursache von Herzversagen bei Jugendlichen ein. Die meisten Patienten mit Herzmuskelentzündung betroffen asymptomatisch bleiben und die Krankheit spontan beschlossen 2. Allerdings können 10-20% der Betroffenen chronische Krankheit zu entwickeln, was zu dilatative Kardiomyopathie (DCM) 3. Verschiedene Tiermodelle entwickelt worden, um die Immunpathogenese von Myokarditis studieren. Die Krankheit kann in Myokarditis anfälligen A / J-und Balb / c Mäusen durch Immunisierung der Tiere mit Herz-Myosin schwere Kette (Myhc)-α oder seine immundominanten Peptidfragmente oder durch Infektion mit Pathogenen wie Coxsackievirus B3 4-9 induziert werden. Diese Studie beinhaltet Myhc-α 334-352 induzierte Myokarditis in A / J-Mäusen. Trotz zeigt myokardiale Infiltrationen, erscheinen die Myokarditis betroffenen Tiere klinisch normal; Diagnose auf histologische Beurteilung von Herzen für eine Entzündung 7 Basisnd 10 Echokardiographie.
Magnet-Resonanz-Mikroskopie (MRM) ist eine häufig verwendete Methode, um Herz-Kreislauf-Bildgebung mit hoher Auflösung dreidimensionale Flugzeuge zu erhalten, wodurch Beurteilung der funktionellen Details auf das Niveau der Blutgefäße Minuten (bis zu 10 Mikrometer Durchmesser), aber dieses Niveau der Auflösungsvermögen nicht mit der Routine der Magnetresonanztomographie (MRI) Verfahren, bei dem die Auflösung in der Regel bis zu 1 mm erhalten 11-14 erzielbar. MRM bietet einen Vorteil, da es ermöglicht Erwerb von hochauflösenden Bildern und auch auf Leistungsparameter in den frühen Zeitpunkten des Krankheitsprozesses 14 abzuleiten. Klinisch hat MRM-Bildgebung wurde ausgiebig angewendet, um die Funktionsparameter von erkrankten Herz-, Lungen-oder Hirn 15-17 studieren. In dieser Studie wird die Verwendung eines MRM-Technik als ein nicht-invasives Herzanomalien in A / J-Mäusen, die mit Autoimmun-Myocarditis betroffen ermitteln gezeigt. Insbesondere ter MRM Bildgebung ermöglicht die Quantifizierung von Funktionsparametern wie linksventrikuläre (LV) enddiastolischen Volumens und der Auswurffraktion (EF) 18 mit ausreichender Genauigkeit. Die Definitionen der jeweiligen Parameter sind: LV enddiastolischen Volumen, Volumen von Blut in der linken Herzkammer am Ende der diastolischen Zyklus und der Auswurffraktion, Schlagvolumen / enddiastolische Volumen. Die Auswertung der Daten erfolgt mit dem für die Verarbeitung von Magnet-Resonanz-Scanner 19 erworben DICOM-konforme Bilder Herz-Kreislauf entwickelt, frei verfügbaren Software-Segment. Die Daten zeigten einen Anstieg in der Dicke der Wand in den LV myocarditic Tieren, entsprechend einer Abnahme der LV enddiastolischen Volumens, des Schlagvolumens und der Auswurffraktion, verglichen mit diesen funktionellen Parameter in gesunden Mäusen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Studie beschreibt die MRM-Verfahren und seine Nützlichkeit als ein nicht-invasives Herzanomalien bei Mäusen mit Autoimmun-Myocarditis betroffen ermitteln. Da die histologischen Merkmale der EAM ähneln post Myokarditis von Menschen, sind Mausmodelle häufig eingesetzt, um die Immunmechanismen der myokardialen Verletzungen 23-25 abzugrenzen. Doch die mit Myokarditis betroffenen Tiere klinisch normal erscheinen, und die Diagnose wird auf der Grundlage der Histologie bei der Beendigung von Versuche…
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).
