Niet-invasieve evaluatie van cardiale afwijkingen in experimentele autoimmuun Myocarditis door Magnetic Resonance Imaging Microscopy in de muis
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 is een ontsteking van de hartspier, maar slechts ~ 10% van de getroffenen tonen klinische manifestaties van de ziekte. Om de immuun gebeurtenissen van myocardiale verwondingen bestuderen, werden verschillende muismodellen van myocarditis grote schaal gebruikt. Deze studie betrokken experimentele auto-immune myocarditis (EAM) geïnduceerd met cardiale myosine zware keten (Myhc)-α 334-352 in A / J muizen; de zieke dieren ontwikkelen lymfatische myocarditis, maar zonder duidelijke klinische symptomen. In dit model, het nut van magnetische resonantie microscopie (MRM) als een niet-invasieve modaliteit om de cardiale structurele en functionele veranderingen bij dieren geïmmuniseerd met Myhc-α 334-352 bepalen weergegeven. EAM en gezonde muizen werden afgebeeld met een 9,4 T (400 MHz) 89 mm verticale kernboring scanner uitgerust met een 4 cm millipede radiofrequente afbeeldingsonde en 100 G / cm triple as verlopen. Cardiale beelden werden overgenomen van verdoofde dieren met behulp van een gradiënt-echo-gebaseerde cine pulssequentie, en de animals werden gecontroleerd door ademhaling en pulsoximetrie. De analyse liet een toename van de dikte van de ventriculaire wand EAM muizen, met een overeenkomstige afname van de binnendiameter van ventrikels, vergeleken met gezonde muizen. De gegevens suggereren dat morfologische en functionele veranderingen in de ontstoken harten niet-invasief bewaakt door MRM kan in levende dieren. Concluderend, MRM biedt een voordeel van de beoordeling van de progressie en regressie van myocardiale verwondingen bij ziekten veroorzaakt door infectieuze agentia, en reactie op therapie.
Introduction
Hartfalen is de belangrijkste oorzaak van sterfgevallen en myocarditis is een overheersende oorzaak van hartfalen bij jonge adolescenten 1. De meeste patiënten getroffen met myocarditis blijven asymptomatisch en de ziekte is verdwenen spontaan 2. Echter, 10-20% van de getroffenen chronische ziekte te maken waaruit gedilateerde cardiomyopathie (DCM) 3. Diverse diermodellen zijn ontwikkeld om de immune pathogenese van myocarditis bestuderen. De ziekte kan in myocarditis-gevoelige A / J en Balb / c muizen worden geïnduceerd door immunisatie van de dieren met cardiale myosine zware keten (Myhc)-α of de immunodominante peptide fragmenten of door infectie met pathogenen zoals coxsackievirus B3 4-9. Deze studie omvat Myhc-α 334-352-geïnduceerde myocarditis in A / J muizen. Ondanks het tonen myocard infiltraties, de-myocarditis getroffen dieren lijken klinisch normaal; diagnose gebaseerd op histologisch onderzoek van harten voor ontsteking 7 eennd echocardiografie 10.
Magnetische resonantie microscopie (MRM) is een veelgebruikte methode om cardiovasculaire beeldvorming met hoge resolutie driedimensionale vlakken te verkrijgen, waardoor beoordeling van functionele gegevens op het niveau van kleine bloedvaten (tot 10 urn diameter), maar dit niveau van oplossend vermogen niet haalbaar met de routine magnetische resonantie beeldvorming (MRI) scanproces, waarin de resolutie wordt algemeen verkregen tot 1 mm 11-14. MRM biedt een voordeel omdat het toelaat overname van hoge-resolutie afbeeldingen en ook naar de prestaties parameters af te leiden in de vroege tijdstippen van de ziekte-proces 14. Klinisch, MRM beeldvorming is uitgebreid toegepast op de studie van de functionele parameters van zieke hart, longen of hersenen 15-17. In deze studie is het gebruik van een MRM techniek als niet-invasief hulpmiddel cardiale afwijkingen in A / J muizen aangetaste autoimmuun myocarditis bepalen getoond. Specifiek, thij MRM beeldvorming maakt kwantificering van functionele parameters zoals linker ventrikel (LV) eind-diastolische volume en ejectiefractie (EF) met een redelijke nauwkeurigheid 18. De definities van de respectieve parameters: LV einddiastolische volume, het volume van bloed in het linker ventrikel eind diastolische cyclus en ejectiefractie, slagvolume / eind-diastolische volume. De data-analyse wordt uitgevoerd met behulp van de vrij beschikbare Segment software die is ontwikkeld voor het verwerken van DICOM-compliant cardiovasculaire beelden verkregen door middel van magnetische resonantie scanners 19. De gegevens bleek een verhoging van de dikte van de LV wand in de myocarditic dieren, overeenkomend met een afname in LV eind-diastolisch volume, slagvolume en ejectiefractie, vergeleken met deze functionele parameters bij gezonde muizen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie beschrijft de MRM procedure en nuttig te zijn als een niet-invasieve tool om cardiale afwijkingen vast te stellen bij muizen beïnvloed met auto myocarditis. Aangezien de histologische kenmerken van EAM lijken postinfectieuze myocarditis van mensen worden muismodellen gewoonlijk toegepast om de immune mechanismen voor myocardiale verwondingen 23-25 bakenen. De aangetaste myocarditis dieren lijken klinisch normaal en de diagnose wordt gemaakt op basis van histologie bij beëindiging experimen…
Disclosures
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 | |||
References
- 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).
