Неинвазивная оценка сердечной патологии в экспериментальном аутоиммунного миокардита при магнитно-резонансной микроскопии изображений в мышь
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
Миокардит это воспаление миокарда, но только ~ 10% из тех, пострадавших шоу клинических проявлений заболевания. Для изучения иммунных события миокарда травм, различные модели мыши миокардита были широко использованы. Это исследование включало экспериментального аутоиммунного миокардита (EAM), индуцированных сердечной тяжелой цепи миозина (MyHC)-α 334-352 в / J мышей; пораженные животные развивать лимфоцитарный миокардит, но без явных клинических признаков. В этой модели, полезность магнитно-резонансной микроскопии (MRM) как неинвазивного модальности определить сердечные структурные и функциональные изменения у животных, иммунизированных MyHC-α 334-352 показана. EAM и здоровые мыши были обследованы с использованием 9,4 T (400 МГц) 89 мм по вертикали ядро отверстие сканера оснащен радиочастотным датчиком изображения 4 см многоножки и 100 г / см тройных градиентов оси. Сердечные изображения были получены с наркозом животных используется последовательность импульсов киношный градиент-эхо на базе, и АнимаLs контролировались дыхания и пульсоксиметрии. Анализ показал увеличение толщины стенки желудочка у мышей EAM, с соответствующим уменьшением внутреннего диаметра желудочков, по сравнению с здоровых мышей. Эти данные свидетельствуют о том, что морфологические и функциональные изменения в воспаленных сердцах может быть неинвазивным контролируется MRM в живых животных. В заключение MRM обеспечивает преимущество оценки прогрессирования и регрессии миокарда травм в заболеваний, вызванных инфекционными агентами, а также ответ на терапию.
Introduction
Сердечная недостаточность является ведущей причиной смерти и миокардит является одним основной причиной сердечной недостаточности у молодых подростков 1. Большинство пациентов страдают от миокардита, симптомов заболевания болезнь спонтанно решил 2. Тем не менее, 10-20% из них могут развиваться хронические заболевания, что приводит к дилатационной кардиомиопатии (DCM) 3. Различные модели на животных были разработаны для изучения иммунной патогенез миокардита. Заболевание может быть вызвано в миокардит подвержены A / J и линии BALB / C мышей путем иммунизации животных с сердечной тяжелой цепи миозина (MyHC)-α или его пептидные фрагменты иммунодоминантные или заражение патогенами, как Коксаки В3 4-9. Это исследование включает MyHC-α 334-352-индуцированный миокардит в / J мышей. Несмотря на показ миокарда проникновение, миокардит пострадавших животных появляются клинически здоровыми; Диагноз основывается на гистологического исследования сердца для воспаления 7 ай эхокардиография 10.
Магнитно-резонансная микроскопия (MRM) является широко используемым методом получения сердечно-сосудистой визуализации с высоким разрешением трехмерных плоскостей, что позволяет оценку функциональных деталей до уровня мелких кровеносных сосудов (диаметр до 10 мкм), но этот уровень разрешающей способности является недостижимо при рутинной магнитно-резонансной томографии (МРТ) процедуры сканирования, в котором, разрешение, как правило, полученного до 1 мм 11-14. MRM имеет преимущество, так как позволяет приобретение изображений с высоким разрешением, а также для получения параметров производительности в ранние моменты времени процесса болезни 14. Клинически изображений МРМ была широко применяются для изучения функциональных параметров больного сердца, легких или мозга 15-17. В этом исследовании, использование в технике MRM как неинвазивного инструмента для выяснения сердечные аномалии в / J мышей, пораженных аутоиммунного миокардита показано. В частности, тон MRM изображения позволяет количественное функциональных параметров, таких как левого желудочка (ЛЖ) конечно-диастолического объема и фракции выброса (ФВ) с достаточной степенью точности 18. Определения соответствующих параметров: LV конец диастолический объем, объем крови в левом желудочке в конце диастолической цикла и фракции выброса, ударный объем / конечный диастолический объем. Анализ данных выполняется с использованием свободно распространяемого программного обеспечения сегмента, разработанный для обработки DICOM-совместимых сердечно-сосудистых изображений, полученных с помощью магнитных резонансных сканеров 19. Данные показали увеличение толщины стенки ЛЖ в миокардитического животных, что соответствует уменьшению Л.В. конечного диастолического объема, ударного объема и фракции выброса, по сравнению с этими функциональными параметрами у здоровых мышей.
Protocol
Representative Results
Discussion
Это исследование описывает процедуру MRM и его полезность в качестве неинвазивного инструмента для установления нарушения сердечной у мышей, пораженных аутоиммунного миокардита. С гистологические особенности EAM напоминают Постинфекционный миокардит из людей, мышиные модели обычно и?…
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).
