자기 공명 영상을 이용한 실험용 뇌 말라리아 모델에서의 부종 발달 및 미세 혈관 병리학 적 추적
Summary
We describe a mouse model of experimental cerebral malaria and show how inflammatory and microvascular pathology can be tracked in vivo using magnetic resonance imaging.
Abstract
Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of cerebral malaria can be difficult. We present an experimental mouse model of cerebral malaria that shares multiple features of the human disease, including edema and microvascular pathology. Using magnetic resonance imaging (MRI), we can detect and track the blood-brain barrier disruption, edema development, and subsequent brain swelling. We describe multiple MRI techniques that can visualize these pertinent pathological changes. Thus, we show that MRI represents a valuable tool to visualize and track pathological changes, such as edema, brain swelling, and microvascular pathology, in vivo.
Introduction
말라리아는 전 세계적으로 심각한 건강 문제입니다. 중증 말라리아는 부분적으로 뇌의 침범으로 특징 지어지며 흔히 예후가 나쁜 요인입니다. 대뇌 침범은 말라리아 전염이 심한 지역에서 5 세 미만의 어린이에게 흔히 발생하며 그 연령대에서 말라리아 관련 사망의 주요 원인을 나타냅니다. 공격적인 치료가 생명을 구할 수 있지만 특히 초기 단계의 뇌 말라리아의 검출은 어려울 수 있습니다. 뇌 말라리아와 관련된 병리학 적 과정은 심한 뇌의 부종으로 이어질 수있는 미세 혈관 파괴 및 뇌부종을 포함합니다. 이 기사에서는 실험적 대뇌 말라리아 (ECM)의 전체 뇌 생체 내 이미징을 허용하는 자기 공명 영상 (MRI) 프로토콜을 제시합니다. ECM이 중앙에서 어떻게 시작되는지에 대해서는 거의 알려지지 않았지만 전체 뇌 고해상도 이미징 방법은이 질병에서 널리 활용되지 못했습니다.신경계 또는 어떤 메커니즘이이 질병을 일으키는 지 확인하십시오. 생체 내 (in vivo) MRI는 전뇌를 포괄하며 ECM 병리를 더 잘 이해할 수있는 중요한 연구 도구입니다. MRI는 세계적 뇌 뇌 팽창을 평가할 수 있는데, 이는 최근 ECM뿐만 아니라 인간 대뇌 말라리아에서 중요한 사망 예측 인자로 인식되고 있습니다. 심한 뇌의 부종은 치명적인 질병에서 발생하며 ECM 모델과 인간 질병 (염증성 및 미세 혈관계 변화가 특징 인 질환) 사이의 여러 병리학 적 특징 중 하나를 나타냅니다. 4
치명적인 Plasmodium berghei ANKA 감염에 의해 CBA 또는 C57BL 생쥐에서 ECM을 유도 할 수 있습니다 . ECM의 발병은 전형적으로 감염 후 6 일에서 10 일 사이에 발생하며 피팅, 운동 장애, 호흡 곤란 및 혼수 상태를 초래하여 랩이드의 죽음. Rapid Murine Coma and Behavior Scale (RMCBS)은 ECM의 임상 증상을 평가하는데 도움이되는 점수입니다. 그것은 0에서 2까지 점수가 매겨진 10 개의 매개 변수로 구성되며 가능한 최대 점수는 20입니다. 6 최근에 ECM 마우스의 RMCBS 점수와 MRI로 입증 된 병리학 적 변화의 정도간에 좋은 일치를 보였습니다. 7 이 프로토콜에서 우리는 생쥐의 ECM 유도와 ECM이있는 마우스의 생체 내 자기 공명 영상을 설명합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 기사에서는 실험적인 대뇌 말라리아의 변화를 묘사하기위한 전체 뇌 MRI 프로토콜에 대해 설명합니다. 우리는 지금까지 말라리아 연구에서 MRI가 제대로 활용되지 않았으며 우리의 프로토콜이 다른 수사관을 도울 것이라고 희망합니다. 도움이 될 수있는 몇 가지 추가 점을 설명하고자합니다.
심하게 아픈 생쥐가 이미징 된 경우, 위치 결정이 중요합니다. 두개 내압이 증가…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
미리 암 레이 닉 (Miriam Reinig)의 전문가 기술 지원은 감사하게 생각합니다. AH는 하이델베르그 대학 (University of Heidelberg)의 의과 대학의 박사후 연구원으로부터 기금을 받았다. MP는 Else-Kröner-Fresenius Foundation의 기념비에 의해 지원됩니다. AKM은 독일 감염 연구소 (DZIF)의 DZIF 아카데미에 의해 출산 휴가를받습니다. JP는 분자 의학 (HRCMM) 경력 개발 펠로우쉽을위한 하이델베르그 연구 센터의 수령인이다. 우리는 또한 sporozoite 운동의 모범적 인 영화를 제공 한 Julia M. Sattler와 Friedrich Frischknecht에게 감사를 표합니다.
Materials
| Isoflurane | Baxter | 1001747 | for anesthesia |
| Dotarem | Guebert | 1086923 | Gd-DTPA contrast agent; 0.5mmol/ml |
| Amira (Image Processing Program) | FEI Group | Version Amira 5.3.2 | |
| MATLAB | The MathWorks, Inc., | Release 2012b | |
| FDT toolbox | FMRIB's Software Library | http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fdt/index.html | |
Riferimenti
- World Health Organization. . World Malaria Report. , (2014).
- Seydel, K. B., et al. Brain swelling and death in children with cerebral malaria. N Engl J Med. 372 (12), 1126-1137 (2015).
- Penet, M. F., et al. Imaging experimental cerebral malaria in vivo: significant role of ischemic brain edema. J Neurosci. 25 (32), 7352-7358 (2005).
- de Souza, J. B., Riley, E. M. Cerebral malaria: the contribution of studies in animal models to our understanding of immunopathogenesis. Microbes Infect. 4 (3), 291-300 (2002).
- Curfs, J. H., van der Meide, P. H., Billiau, A., Meuwissen, J. H., Eling, W. M. Plasmodium berghei: recombinant interferon-gamma and the development of parasitemia and cerebral lesions in malaria-infected mice. Exp Parasitol. 77 (2), 212-223 (1993).
- Carroll, R. W., et al. A rapid murine coma and behavior scale for quantitative assessment of murine cerebral malaria. PLoS One. 5 (10), (2010).
- Hoffmann, A., et al. Experimental Cerebral Malaria Spreads along the Rostral Migratory Stream. PLoS Pathog. 12 (3), e1005470 (2016).
- Mueller, A. K., Behrends, J., Blank, J., Schaible, U. E., Schneider, B. E. An experimental model to study tuberculosis-malaria coinfection upon natural transmission of Mycobacterium tuberculosis and Plasmodium berghei. J Vis Exp. (84), e50829 (2014).
- Hynynen, K., McDannold, N., Sheikov, N. A., Jolesz, F. A., Vykhodtseva, N. Local and reversible blood-brain barrier disruption by noninvasive focused ultrasound at frequencies suitable for trans-skull sonications. Neuroimage. 24 (1), 12-20 (2005).
- Nag, N., Mellott, T. J., Berger-Sweeney, J. E. Effects of postnatal dietary choline supplementation on motor regional brain volume and growth factor expression in a mouse model of Rett syndrome. Brain Res. 1237, 101-109 (2008).
- Giri, S., et al. T2 quantification for improved detection of myocardial edema. J Cardiovasc Magn Reson. 11, 56 (2009).
- Engwerda, C., Belnoue, E., Gruner, A. C., Renia, L. Experimental models of cerebral malaria. Curr Top Microbiol Immunol. 297, 103-143 (2005).
- Zhao, H., et al. Olfactory plays a key role in spatiotemporal pathogenesis of cerebral malaria. Cell Host Microbe. 15 (5), 551-563 (2014).
- Nacer, A., et al. Experimental cerebral malaria pathogenesis–hemodynamics at the blood brain barrier. PLoS Pathog. 10 (12), e1004528 (2014).
- Nacer, A., et al. Neuroimmunological blood brain barrier opening in experimental cerebral malaria. PLoS Pathog. 8 (10), e1002982 (2012).
- Pai, S., et al. Real-time imaging reveals the dynamics of leukocyte behaviour during experimental cerebral malaria pathogenesis. PLoS Pathog. 10 (7), e1004236 (2014).
- Shaw, T. N., et al. Perivascular Arrest of CD8+ T Cells Is a Signature of Experimental Cerebral Malaria. PLoS Pathog. 11 (11), e1005210 (2015).
- Potchen, M. J., et al. Acute brain MRI findings in 120 Malawian children with cerebral malaria: new insights into an ancient disease. AJNR Am J Neuroradiol. 33 (9), 1740-1746 (2012).
