Fetal fare bir yüksek frekans ultrason (30/45 MHZ) sistemi kullanarak Imaging kardiyovasküler
Summary
Yüksek frekanslı ultrason görüntüleme fetal fare görüntüleme çözümü geliştirdi ve hassas bir non-invaziv kalp geliştirme ve yapısal kusur karakterizasyonu sağlar. Burada özetlenen Protokolü gerçek zamanlı fetal fareler Ekokardiyografi vivo içindegerçekleştirmek için tasarlanmıştır.
Abstract
Konjenital kalp kusurları (CHDs) en yaygın çocukluk morbidite ve erken mortalite nedenidir. Doğum öncesi CHDs temel moleküler mekanizmaları tespiti yeni önleyici ve tedavi edici stratejiler icat için önemlidir. Mutant fare modelleri yeni mekanizmaları ve kalp geliştirme ve onların potansiyel tadilat CHDs içinde sürücü çevresel stres değiştiriciler keşfetmek için güçlü araçlardır. Ancak, bu sözde katkıda bulunan nedensellik kurmak için çaba olmuştur hayatta olmayan hayvan deneyleri, histolojik ve moleküler çalışmalar sınırlı hangi anahtar fizyolojik ve hemodinamik parametreler izleme kez yoktur. Canlı görüntüleme teknolojisi CHDs etyolojisinde kurmak için gerekli bir araç haline gelmiştir. Özellikle, ultrason görüntüleme prenatally cerrahi olarak fetüsler maruz kalmadan kullanılabilir süre kardiyak odası, hemodinamik ve yapısal özellikleriyle ilgili çevresel stres etkisi izleme onların temel fizyolojisi Bakımı sağlayan geliştirme. Burada, yüksek frekanslı ultrason (30/45) sistem kardiyovasküler sistem E18.5 rahim içinde temel yönü, fetal farelerde ve prenatal hipoksi pozlama karşılık olarak incelemek için kullanın. Biz kalp Oda boyutu, Morfoloji, ventrikül fonksiyonları, fetal kalp hızı ve Umbilikal arter akışı endeksleri ve sistemik kronik hipoksi rahim içinde gerçek maruz fetal farelerde onların değişiklikleri ölçmek için sistem fizibilite göstermek zaman.
Introduction
Kalp Konjenital malformasyonlar erken kalp geliştirme sırasında oluşan heterojen yapısal kusurları vardır. İşlem yordamlarını geçerli teknik gelişmeler, bebeklerin CHDs1,2ile sağkalım oranları önemli artışlar açmıştır. Ancak, yaşam kalitesi genellikle uzamış yatış ve ihtiyaçları için güvenliği aşılan ikincil cerrahi onarım prosedürleri1,2,3,4,5sahnelenen içindir. CHDs temel moleküler mekanizmaları doğum öncesi algılama erken müdahaleler, yeni önleme stratejileri taşımak ve ömür boyu sonuçları6,7artırmak için planı için çok önemli olduğunu.
Birden çok genetik ve çevresel faktörler CHDs patogenezinde karıştığı olmuştur rağmen nedensellik kurulması bir karşılanmamış ihtiyaç geliştirmek için tanı, tedavi ve Önleme stratejileri1,8,9 kalır ,10,11,12. Ayrıca, rolleri epigenetik değiştiriciler ve rahim içinde stres faktörlerinin incelenmesi için gelecekteki araştırmalar11,12yeni yerleri açılır. Son on yılda gerçekten tek nükleotit polimorfizmi (SNP) Mikroarray, Bütün exome sıralama ve genom çapında metilasyonu çalışmaları, dahil olmak üzere yeni nesil sıralama teknolojisi genetik eğitim onların kullanımı hızlı gelişmeler tanıklık etmiş CHDs1,8,9,10,11 yeni mutasyonlar ve henüz henüz genetik varyantların tanımlamak için önünü de dahil olmak üzere karmaşık insan hastalıkları neden olur onların patojenitesi uygun hayvan modellerinde test.
Farklı hastalık modeli sistemleri arasında sadece CHDs mekanizmaları sırasında erken cardiogenesis13,14,15,16, aynı zamanda aydınlatmak için soruşturma için tercih, hayvan modeli faredir Kardiyak odası olgunlaşma ve fonksiyon için geç gebelik prenatal ve perinatal stres faktörleri üzerindeki etkilerini. Bu nedenle, bir mutant fetal fare kalp içinde vivo fenotipik karakterizasyonu geliştirme, erken ve geç aşamalarında gerçekleştirmek bu genetik varyasyonları ve kalp geliştirme, çevresel faktörlerin rolü anlamak çok önemlidir ve olası gelecekteki etkisi odası belirli olgunlaşma süreçleri farelerde.
Erken teşhis ve kalp kusurları geliştirme sırasında doğru tanı Girişimsel planlama17,18için kritik. Güvenli, basit, taşınabilir ve tekrarlanabilir olmak, cenin ultrason gerçekten tekniği klinikte Kardiyak değerlendirme için Imaging standart haline gelmiştir. Fetal dolaşım değerlendirme Doppler ultrason kullanarak yaygın klinik pratikte sadece kalp hataları algılama için ama aynı zamanda vasküler anormallikler, plasenta yetmezliği ve intrauterin büyüme kısıtlama algılamak ve değerlendirmek için kullanılmıştır fetal iyilik yanıt olarak rahim içinde hakaret hipoksemi, maternal hastalık ve ilaç toksisitesi17,18de dahil olmak üzere. İnsan hataları ve hastalıkların değerlendirilmesinde değerine paralel olarak artan yardımcı programında deneysel ayarları19,20,21,22ultrason değerlendirmesi fetal farelerin kazanmıştır, 23. Özellikle, fetal kalp ultrason (Ekokardiyografi) gelişmekte olan kalp sıralı vivo içinde görselleştirme sağlar. Birçok deneysel çalışma fetal transgenik farelerde fetal kalp-damar gelişim gözlemlemek için ultrason görüntüleme teknoloji kullanılmıştır. Doppler ultrason gibi fizyolojik sorunları veya hastalık koşulları10,19altında fetal dolaşımda akışı desenleri patofizyolojik parametreleri aydınlatmak özellikle yararlı olmuştur. Hem insan ve hayvanlarda, anormal kan akışı veya oksijen kaynağına fetus fetal çevre rahim içinde bozabilir ve fetoplacental eksen, anne hipoksi plasental anormallikler, dahil olmak üzere etkileyen çeşitli şartlarından neden olabilir, Gestasyonel diyabet ve pharmaceutically indüklenen vasküler daralma15,22. Bu nedenle, Doppler ultrasonlardan fetal fareler üzerinde gerçekleştirmek için standart yöntem oluşturma muazzam CHDs gelecekteki çalışmaların izleme akış desen ve sırasında kardiyovasküler devrelerin anahtar hemodinamik endeksleri kolaylaştırarak güçlendirmek farklı gelişimin kardiyak genetik fare modelleri.
Yüksek frekans ultrason fare modelleri ve insan hastalıkları18Kardiyovasküler sistemde gelişimsel ve fizyolojik parametrelerini ölçmek için güçlü bir araç olarak ortaya çıkmıştır. Bu teknoloji son yıllarda daha da rafine. Biz ve diğer araştırmacılar ultra yüksek frekans ultrason çalışmalar fetal fare kalp15,19,20,21,22 yürütmek için bu sistemin fizibilite göstermiştir ,23. Sistem Doppler renk akışı haritalama ve yüksek frekans (30-50 MHz) kare hızları, iki boyutlu, dinamik görüntüler oluşturmak doğrusal dizi dönüştürücüleri bulunuyor. Düşük frekans ultrason sistemleri ve yüksek frekans ultrason21,22, önceki nesil ile karşılaştırıldığında bu avantajları, gerekli duyarlılık ve kararlılık derinlemesine değerlendirme cenin için dolaşım sağlar Sistem, kalp yapıları, odası fonksiyon ve akışı endeksi fetal farelerin kapsamlı karakterizasyonu deneysel ayarları dahil olmak üzere. Burada, bir yüksek frekans sistemi kullanılarak hızlı değerlendirme Kardiyopulmoner dolaşım ve embriyonik gün E18.5 vivo içinde feto plasental kan dolaşımı gerçekleştirmek için yöntemleri anahat. Yaklaşık 60 µm Aksiyel bir çözünürlüğe ve 150 µm yanal çözünürlük sağlar bir 30/45 MHz transducer seçtik. Ancak, daha yüksek bir frekans çevirici (40/50 MHz) benzer bir metodolojik yaklaşım takip ederek daha önce gelişim aşamalarında çözümlemek için seçilebilir. Seçili M-modu hareketli yüksek zamansal çözünürlük seviyeleri (1000 kare/sn), dokuların görselleştirme sağlar. Son olarak, biz yüksek ultrason detaylı kapsamlı fenotipik karakterizasyonu fetal kalp kapaklarının hemodinamik durum ve işlevi satır taban çizgisi, farelerde ve prenatal hipoksi stres yanıt için fizibilite göstermek.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hastalıkları ve kardiyovasküler malformasyonlar önemli ölçüde genetik faktörlerin ve çevre öğeleri19tarafından etkilenmiştir. Biz daha önce İkinci trimesterde, feto plasental kan dolaşımı akışı ve fetal kardiyak fonksiyon9tarihinde başlatılan anne kalori kısıtlaması önemli bir etkisi gösterdi.
Prenatal hipoksi muazzam feto plasental fizyolojisi ve dolaşım sistemi etkileyebilir fetal gelişim sırasında başka bir or…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz hayvan fizyolojisi çekirdek, Anabilim Dalı moleküler tıp UCLA teknik destek ve Vevo 2100 ultrason biomicroscopy (UBM) sistem açık erişim sağlamak için teşekkür ederiz. Bu çalışmada NIH/çocuk sağlığı Araştırma Merkezi (5K12HD034610/K12), UCLA çocuk Discovery Enstitüsü ve bugün ve yarın Çocuk Fonu tarafından desteklenen ve David Geffen School tıp araştırma yenilik ödülü için M. Touma.
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 |
References
- Touma, M., Reemtsen, B., Halnon, N., Alejos, J., Finn, J. P., Nelson, S. F., Wang, Y. A Path to Implement Precision Child Health Cardiovascular Medicine. Front Cardiovasc Med. 4, 36 (2017).
- Triedman, J. K., Newburger, J. W. Trends in Congenital Heart Disease. The Next Decade. Circulation. 133, 2716-2733 (2016).
- Gilboa, S. M., et al. Congenital Heart Defects in the United States Estimating the Magnitude of the Affected Population in 2010. Circulation. 134, 101-109 (2016).
- Pruetz, J. D., et al. Outcomes of critical congenital heart disease requiring emergent neonatal cardiac intervention. Prenat Diagn. 34, 1127-1132 (2014).
- Peterson, C., et al. Mortality among Infants with Critical Congenital Heart Disease: How Important Is Timely Detection?. Birth Defects Res A Clin Mol Teratol. 97 (10), 664-672 (2013).
- Atz, A. M., et al. Prenatal Diagnosis and Risk Factors for Preoperative Death in Neonates with Single Right Ventricle and Systemic Outflow Obstruction: Screening Data from the Pediatric Heart Network Single Ventricle Reconstruction Trial. J Thorac Cardiovasc Surg. 140 (6), 1245-1250 (2010).
- Lalani, S. R., Belmont, J. W. Genetic Basis of Congenital Cardiovascular Malformations. Eur J Med Genet. 57 (8), 402-413 (2014).
- Hanchard, N. A., Swaminathan, S., Bucasas, K., Furthner, D., Fernbach, S., Azamian, M. S., et al. A genome-wide association study of congenital cardiovascular left-sided lesions shows association with a locus on chromosome 20. Hum Mol. 11, 2331-2341 (2016).
- Arsenijevic, V., Davis-Dusenbery, B. N. Reproducible, Scalable Fusion Gene Detection from RNA-Seq. Methods Mol Biol. 1381, 223-237 (2016).
- LaHaye, S., Corsmeier, D., Basu, M., Bowman, J. L., Fitzgerald-Butt, S., Zender, G., et al. Utilization of Whole Exome Sequencing to Identify Causative Mutations in Familial Congenital Heart Disease. Circ Cardiovasc Genet. 9 (4), 320-329 (2016).
- Zaidi, S., Choi, M., Wakimoto, H., Ma, L., Jiang, J., Overton, J. D., et al. De novo mutations in histone modifying genes in congenital heart disease. Nature. 498 (7453), 220-223 (2016).
- Leirgul, E., Brodwall, K., Greve, G., Vollset, S. E., Holmstrom, H., Tell, G. S., et al. Maternal Diabetes, Birth Weight, and Neonatal Risk of Congenital Heart Defects in Norway, 1994-2009. Obstet Gynecol. 128 (5), 1116-1125 (2016).
- Garry, D. J., Olson, E. N. A Common Progenitor at the Heart of Development. Cell. 127 (6), 1101-1104 (2006).
- Postma, A. V., Bezzina, C. R., Christoffels, V. M. Genetics of congenital heart disease: the contribution of the noncoding regulatory genome. J Hum Genet. 61, 13-19 (2016).
- Ganguly, A., Touma, M., Thamotharan, S., De Vivo, D. C., Devaskar, S. U. Maternal Calorie Restriction Causing Uteroplacental Insufficiency Differentially Affects Mammalian Placental Glucose and Leucine Transport Molecular Mechanisms. Endocrinology. Oct. 157 (10), 4041-4054 (2016).
- Lluri, G., Huang, V., Touma, M., Liu, X., Harmon, A. W., Nakano, A. Hematopoietic progenitors are required for proper development of coronary vasculature. J Mol Cell Cardiol. 86, 199-207 (2015).
- Bishop, K. C., Kuller, J. A., Boyd, B. K., Rhee, E. H., Miller, S., Barker, P. Ultrasound Examination of the Fetal Heart. Obstet Gynecol Surv. 72 (1), 54-61 (2017).
- He, H., Gan, J., Qi, H. Assessing extensive cardiac echography examination for detecting foetal congenital heart defects during early and late gestation: a systematic review and meta-analysis. Acta Cardiol. 71 (6), 699-708 (2016).
- Hobbs, C. A., Cleves, M. A., Karim, M. A., Zhao, W., MacLeod, S. L. Maternal Folate-Related Gene Environment Interactions and Congenital Heart Defects. Obstet Gynecol. 116 (2 Pt 1), 316-322 (2016).
- Gabbay-Benziv, R., et al. A step-wise approach for analysis of the mouse embryonic heart using 17.6 Tesla MRI. Magn Reson Imaging. 35, 46-53 (2017).
- Kim, G. H. Murine fetal echocardiography. J Vis Exp. (72), e4416 (2013).
- Zhou, Y. Q., Cahill, L. S., Wong, M. D., Seed, M., Macgowan, C. K., Sled, J. G. Assessment of flow distribution in the mouse fetal circulation at late gestation by high-frequency Doppler ultrasound. Physiol Genomics. 46 (16), 602-614 (2014).
- Greco, A., Coda, A. R., Albanese, S., Ragucci, M., Liuzzi, R., Auletta, L., Gargiulo, S., Lamagna, F., Salvatore, M., Mancini, M. High-Frequency Ultrasound for the Study of Early Mouse Embryonic Cardiovascular System. Reprod Sci. 22 (12), 1649-1655 (2015).
- Deneke, T., Lawo, T., von Dryander, S., Grewe, P. H., Germing, A., Gorr, E., Hubben, P., Mugge, A., Shin, D. I., Lemke, B. Non-invasive determination of the optimized atrioventricular delay in patients with implanted biventricular pacing devices. Indian Pacing Electrophysiol J. 10 (2), 73-85 (2010).
- Kono, M., Kisanuki, A., Ueya, N., Kubota, K., Kuwahara, E., Takasaki, K., Yuasa, T., Mizukami, N., Miyata, M., Tei, C. Left ventricular global systolic dysfunction has a significant role in the development of diastolic heart failure in patients with systemic hypertension. Hypertens Res. 33 (11), 1167-1173 (2010).
