태아 마우스 심장 혈관 이미징 높은 주파수 초음파 (30/45 m h Z) 시스템을 사용 하 여

Summary

태아 마우스의 높은 주파수 초음파 이미징 영상 해상도 개선 하 고 심장 개발 및 구조적 결함의 정확한 비-침략 적 특성을 제공할 수 있습니다. 여기에 설명 된 프로토콜은 실시간 태아 쥐 심장 초음파에서 vivo에서수행 하도록 설계 되었습니다.

Abstract

선 천 성 심장 결함 (CHDs) 어린 시절 병 적 상태와 초기 사망률의 가장 일반적인 원인입니다. 태아 기 탐지 CHDs의 기본 분자 메커니즘의 새로운 예방 및 치료 전략을 발명에 대 한 결정적 이다. 돌연변이 마우스 모델은 새로운 메커니즘 및 심장 발달 및 그들의 잠재적인 CHDs 드라이브 환경 스트레스 한정자를 강력한 도구입니다. 그러나, 이러한 putative 참여자의 인과 관계를 설정 하는 노력 되었습니다 조직학 및 분자 비 생존 동물 실험에서 연구 하는 주요 생리 및 hemodynamic 매개 변수를 모니터링 하는 결 석. 라이브 이미징 기술을 CHDs의 병 인을 설정 하는 필수적인 도구가 되고있다. 특히, 초음파 영상 없이 사용할 수 있습니다 prenatally 수술 노출 태아, 심장 챔버의 hemodynamic 및 구조 측면에서 환경 스트레스의 영향을 모니터링 하는 동안 그들의 기준선 생리학을 유지 수 개발입니다. 여기, 높은-주파수 초음파 (30/45) 시스템 사용 하 여 심장 혈관 시스템 E18.5에서 utero에 기준선에 태아 쥐에 태아 hypoxia 노출에 대 한 응답에서을 검사 하. 우리 심장 챔버 크기, 형태, 심 실 기능, 태아 심장 박동, 그리고 탯 줄 동맥 흐름 인덱스, 그리고 조직의 만성 산소에 utero에서 진짜에서에 노출 태아 쥐에 그들의 변경 측정 시스템의 타당성 입증 시간입니다.

Introduction

심장의 선 천 성 기형의 조기 심장 개발 하는 동안 발생 하는 다른 유형의 구조적 결함이 있습니다. 운영 절차의 현재 기술 진보는 CHDs^1,2유아의 생존 율에 상당한 개선을 이끌어 냈다. 그러나, 삶의 질입니다 종종 장기간된 입원을 필요 손상 된 보조 외과 수리 절차^1,2,3,,45을 벌였다. CHDs의 기본 분자 메커니즘의 태아 기 탐지 계획 초기 개입, 새로운 예방 전략을 실시 하 고 평생 결과^6,7을 개선 하기 위해 결정적 이다.

여러 유전과 환경 요인 CHDs 병에 연루 되어, 비록 unmet 필요가 개선 진단, 치료, 그리고 예방 전략^{1,8,9 남아는 인과 관계를 설정 ,10,,1112}. 또한, 미래의 조사^11,12에 대 한 새로운 장소 열립니다 utero에 스트레스 요인과 epigenetic 한정자의 역할을 검토. 지난 10 년간 실제로 차세대 시퀀싱 기술 등 단일 염기 다형성 (SNP) microarray, 전체 exome 시퀀싱, 게놈 전체 메 틸 화 연구, 유전자 연구에 그들의 사용에서에서 급속 한 발전을 목격 했다 CHDs^1,,89,10,11 소설 돌연변이 아직 되지 않은 유전 이체를 식별 하는 방법은 포장을 포함 하 여 복잡 한 인간의 질병의 원인 그들의 pathogenicity 적절 한 동물 모델에 대 한 테스트.

다른 질병 모델 시스템 가운데 마우스는 선택, 뿐만 아니라 초기 cardiogenesis^13,14,,1516, 동안 뿐만 아니라 명료 CHDs의 메커니즘을 조사 동물 모델 임산부 및 주 스트레스 요인에 늦은 임신에서 기능과 심장 챔버 성숙에 그들의 영향. 따라서, vivo에서 phenotypic 특성 돌연변이 태아 마우스 심 혼의 개발 초기와 후반 단계를 수행 하는 것은 이러한 유전자 변이 심장 개발에 환경 요인의 역할을 이해 하는 중요 한 고 약 실 특정 성숙에 잠재적인 미래 영향 쥐에 처리합니다.

조기 발견 및 개발 하는 동안 심장 결함의 정확한 진단이 중재 계획^17,18에 대 한 중요 합니다. 안전, 간단 하 고, 휴대용 하 고 반복 되 고, 태아 초음파 실제로 되고있다 이미징 병원에서 심장 평가 위한 기술 표준. 태아 순환 평가 도플러 초음파를 사용 하 여 널리 사용 되었습니다 임상 연습 심장 결함의 검출을 위한 뿐만 아니라 뿐만 아니라 혈관 이상, 태 반 부족 및 자궁내 성장 금지를 감지 하 고 평가 하 태아 복지 utero에 모욕 hypoxemia, 모성 질환 및 약물 독성^17,18를 포함 하 여에 대 한 응답. 인간의 결함과 질병 평가에서 그 가치를 병렬로 태아 쥐의 초음파 평가 실험 설정^{19,20,,2122에서 증가 유틸리티를 얻고 있다 23}. 특히, 태아 심장 초음파 (심장 초음파) 개발의 순차적 vivo에서 시각화를 수 있습니다. 많은 실험 연구 유전자 변형 태아 쥐에 태아 심장 혈관 개발 관찰을 초음파 이미징 기술을 사용. 도플러 초음파는 특히 유용 생리 적 문제 또는 질병 조건^10,19태아 순환의 흐름 패턴 같은 pathophysiological 매개 변수를 명료 하 게 되었습니다. 둘 다 인간과 동물, 태아에 게 비정상적인 혈액 흐름이 나 산소 공급 utero에서 태아 환경 중단 하 고 fetoplacental 축, 태 반 이상를 포함 하 여 어머니 산소에 영향을 미칠 수 있는 다양 한 조건에서 발생할 수 있습니다. 임신 성 당뇨병, 고 약물 유도 혈관 수축^15,22. 따라서 태아 쥐에 도플러 초음파를 수행 하기 위한 표준화 된 방법을 수립 강화할 것입니다 대단히 CHDs의 미래 연구 모니터링 흐름 패턴 및 동안 심혈 관 회로의 주요 hemodynamic 인덱스를 촉진 하 여 유전 마우스 모델. 에 심장 개발의 다른 단계

높은 주파수 초음파 마우스 모델 및 인간 질병¹⁸에서 심장 혈관 시스템의 개발 및 생리 적 매개 변수를 측정 하는 강력한 도구로 떠오르고 있다. 이 기술은 최근 몇 년 동안에서 더 세련 되어 있다. 우리와 다른 연구자는 태아 마우스 심 혼^{15,19,20,21,22에 매우 높은 주파수 초음파 연구 수행을 위한이 시스템의 타당성을 증명 하고있다 ,23}. 시스템은 도플러 컬러 흐름 매핑 및 높은 주파수 (30 ~ 50 m h z) 프레임 레이트에서 2 차원, 동적 이미지를 생성 하는 선형 배열 센서를 갖추고 있습니다. 낮은 주파수 초음파 시스템 및²², 높은 주파수의 초음파^21,이전 세대에 비해 이러한 이점을 제공 심층 평가 태아 순환에 대 한 필요한 감도 및 해상도 시스템, 심장 구조, 챔버 기능 및 태아 쥐의 흐름 지 수의 포괄적인 묘사를 포함 하 여 실험 설정에서. 여기, 우리가 높은 주파수 시스템을 사용 하 여 심장과 순환 및 배아 하루 E18.5에서 vivo에서 에서 feto 태 반 순환의 급속 한 평가 수행 하는 방법을 설명 합니다. 우리는 약 60 µ m의 축 분해능과 – 150 µ m의 수평 해상도 30/45 MHz 트랜스듀서를 선택 했다. 그러나, 유사한 방법론 접근에 따라 이전 발달 단계를 분석 하는 더 높은 주파수 변환기 (40/50 MHz)를 선택할 수 있습니다. M 모드는 선택 된 높은 시간 해상도 수준 (1, 000 프레임/s)에서 모션 조직의 시각화 수 있습니다. 마지막으로, 우리가 태아 심장 혈관 hemodynamic 상태 및 기능 기준선에 쥐에 있는 태아 hypoxia 스트레스에 대 한 응답에서의 상세한 포괄적인 phenotypic 특성에 대 한 높은 초음파의 타당성을 보여줍니다.

Protocol

캘리포니아 대학, 로스 앤젤레스, 동물 관리 및 사용 위원회는이 프로토콜에 표시 된 모든 절차를 승인 했습니다. 실험은 활성 동물 프로토콜 승인 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 캘리포니아 대학, 로스 앤젤레스, 캘리포니아, 미국에서 진행 중인 연구의 일환으로 실시 되었다. 동물 처리 및 치료 관리 및 실험 동물의 사용에 대 한 가이드의 기준에 따 랐 다. 1. 높은 주파수 초…

Representative Results

심장 및 hemodynamic 인덱스의 통계 분석은 오프 라인으로 수행 되었습니다. 3 최적의 이미지에서 5 연속 측정 수단을 계산 했다. 데이터는 ± SEM. 학생의 t의미 표현 했다-테스트 intergroup 비교 유추 하는 데 사용 되었다. P 값이 0.05 통계적으로 간주 되었다. 위의 프로토콜에 따라 우리 특징 태아 쥐의 심장 혈관 상태에 ?…

Discussion

심장 혈관 기형 및 질병 실질적으로 유전 요인과 환경 요소¹⁹에 의해 좌우 된다. 우리 이전 두 번째 임신의 feto 태 반 순환 흐름 및 태아 심장 기능⁹중 시작 모성 열 량 제한의 상당한 영향을 설명 했다.

태아 저 산소 증은 대단히 feto placental 생리학 및 순환 시스템에 영향을 미칠 수 있습니다 태아 개발 중 또 다른 일반적인 스트레스 요소 이다…

Materials

Vevo 2100	VisualSonics, Toronto, Ontario, Canada	N/A	High Freequency Ultrasound Biomicroscopy. The set up is available in animal physiology core facility, division of molecular medicine, UCLA. USA
inbred mice (c57/BL6)	Charles River Laboratories	N/A	Inbread wild type mouse strain