In Vivo Отслеживание развития отек и микрососудистая патология в модели экспериментальной церебральной малярии с использованием магнитно-резонансной томографии
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
Малярия является серьезной проблемой глобального здравоохранения. 1 Тяжелая малярия характеризуется, в частности, вовлечением головного мозга и часто является плохим прогностическим фактором. Участие в мозге распространено у детей в возрасте до пяти лет в районах с высокой передачей малярии и является основной причиной смерти от малярии в этой возрастной группе. 1 Хотя агрессивное лечение может быть жизненно важным, выявление церебральной малярии, особенно на ранних стадиях, может быть затруднено. Патологические процессы, связанные с церебральной малярией, включают микрососудистые нарушения и отек мозга, что может привести к серьезному отеку мозга. В этой статье мы представляем протокол магнитно-резонансной томографии (МРТ), который позволяет полностью мозговой визуализации in vivo экспериментальной церебральной малярии (ECM). В этом заболевании широко использовались методы визуализации с высоким разрешением с высоким разрешением, хотя мало что известно о том, как ECM инициирует в центральнойНервной системы или какие конкретные механизмы приводят к заболеванию. МРТ in vivo , охватывающая весь мозг, представляет собой важный исследовательский инструмент для лучшего понимания патологии ECM. МРТ способна оценить глобальную головную мозговую опухоль, которая в последнее время признана важным предсказателем смерти не только в ECM, но также и при церебральной малярии. 2 , 3 Тяжелая опухоль головного мозга возникает при смертельных заболеваниях и представляет собой одну из нескольких патологических особенностей между моделями ECM и болезнями человека, заболеванием, которое характеризуется как воспалительными, так и микрососудистыми изменениями. 4
ECM может индуцироваться у мышей CBA или C57BL путем заражения летальным плазмодием berghei ANKA. 5 Начало ECM обычно происходит между 6 и 10 днями после инфицирования и приводит к фитингу, атаксии, респираторному дистрессу и коме, что приводит к рэпуId смерть. 4 Быстрая шкала комы и поведения (RMCBS) – это полезный показатель для оценки клинических симптомов ECM. Он состоит из 10 параметров, каждый из которых оценивается от 0 до 2, с максимально возможной оценкой 20. 6 Недавно мы показали хорошее согласие между степенью оценки RMCBS у мышей ECM и патологическими изменениями, продемонстрированными с помощью МРТ. 7 В этом протоколе мы описываем индукцию ECM у мышей и визуализацию in vivo магнитно-резонансной томографии мышей с ECM.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этой статье мы описываем МРТ-протокол всего мозга для определения изменений в экспериментальной церебральной малярии. Мы считаем, что МРТ до сих пор недостаточно используется в исследованиях малярии и надеемся, что наши протоколы помогут другим исследователям. Мы хотели бы описать ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
С благодарностью признается экспертная техническая помощь Мириам Рейниг. AH получил финансирование от постдокторской стипендии медицинского факультета Гейдельбергского университета. MP поддерживается мемориальной стипендией фонда Else-Kröner-Fresenius. АКМ является получателем стипендии по беременности и родам Академии DZIF Немецкого центра инфекционных исследований (DZIF). JP является получателем научного центра Heidelberg Research Molecular Medicine (HRCMM) по развитию карьеры. Кроме того, мы с благодарностью признаем Джулию М. Саттлер и Фридриха Фришкнехта за предоставление образцового фильма о спорозоите.
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 | |
References
- 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).
