Fetale kardiovaskuläre Bildgebung mit einem Hochfrequenz-Ultraschall (30 / 45MHZ) Maus
Summary
Hochfrequenz-Ultraschall-Bildgebung der fetalen Maus bildgebenden Auflösung verbessert und bieten präzise nicht-invasive Charakterisierung der kardialen Entwicklung und strukturelle Mängel. Die hier beschriebenen Protokoll soll in Echtzeit fetalen Mäuse Echokardiographie in Vivodurchführen.
Abstract
Angeborene Herzfehler (CHDs) sind die häufigste Ursache von Morbidität Kindheit und frühe Sterblichkeit. Vorgeburtliche Erkennung der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen von CHDs ist entscheidend für neue präventive und therapeutische Strategien zu erfinden. Mutierte Maus-Modellen sind mächtige Werkzeuge zu entdecken, neue Mechanismen und Umweltstress Modifikatoren, die kardiale Entwicklung und deren mögliche Veränderung im CHDs fahren. Bemühungen um die Kausalität von diesen vermeintlichen Mitwirkende gewesen ist jedoch beschränkt auf histologische und molekularbiologische Untersuchungen in Tierversuchen nicht überleben, in denen die Überwachung die wichtigsten physiologischen und hämodynamischen Parameter oft abwesend. Live-imaging-Technologie ist ein wesentliches Instrument herstellen die Ätiologie der CHDs geworden. Vor allem Ultraschall-Bildgebung kann ohne chirurgisch die Föten pränatal eingesetzt werden so dass Aufrechterhaltung ihrer Grundlinie Physiologie während der Überwachung der Auswirkungen von Umweltbelastungen auf die hämodynamische und strukturellen Aspekte der kardialen Kammer Entwicklung. Hier benutzen wir das Hochfrequenz-Ultraschall (30/45)-System, um das Herz-Kreislauf-System im fetalen Mäuse beim E18.5 in Utero an der Grundlinie und als Reaktion auf pränatale Hypoxie Exposition zu untersuchen. Wir zeigen die Machbarkeit des Systems, kardiale kammergröße, Morphologie, linksventrikulären Funktion, fetale Herzfrequenz und Nabelarterie Fluss Indizes und deren Veränderungen im fetalen Mäuse ausgesetzt systemischen chronischen Hypoxie in Utero in Echtzeit zu messen Zeit.
Introduction
Angeborene Fehlbildungen des Herzens sind heterogene strukturelle Mängel, die während der frühen kardiale Entwicklung auftreten. Aktuelle technische Fortschritte der betrieblichen Abläufe führten zu signifikanten Verbesserungen in den Überlebensraten von Säuglingen mit CHDs1,2. Lebensqualität ist jedoch oft gefährdeten sekundär zu längeren Krankenhausaufenthalt und Bedürfnisse für chirurgische Reparatur Verfahren1,2,3,4,5in Szene gesetzt. Vorgeburtliche Erkennung der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen von CHDs ist entscheidend, um frühe Interventionen, neue Präventionsstrategien durchzuführen und die lebenslange Ergebnisse6,7zu verbessern planen.
Obwohl mehrere genetische und umweltbedingte Faktoren in der Pathogenese der CHDs verwickelt waren, bleibt zur Gründung der Kausalität ein ungedeckter Bedarf zur Verbesserung der diagnostischen, therapeutischen und präventiven Strategien1,8,9 ,10,11,12. Darüber hinaus öffnet untersuchen die Rolle der in Utero Stressfaktoren und epigenetische Modifikatoren neue Schauplätze für künftige Untersuchungen11,12. Das letzte Jahrzehnt erlebte in der Tat schnelle Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie der nächsten Generation wie Einzel-Nukleotid Polymorphie (SNP) Microarray, ganze Exome Sequenzierung und genomweite Methylierung Studien, deren Nutzung bei der Untersuchung der genetischen Ursachen der komplexen menschlichen Krankheiten, einschließlich CHDs1,8,9,10,11 ebnet den Weg zu identifizieren, neue Mutationen und genetische Varianten, die bislang nicht für ihre Pathogenität in geeigneten Tiermodellen getestet.
Unter die andere Krankheit Modellsystemen ist Maus Tiermodell der Wahl, nicht nur für die Untersuchung von Mechanismen der CHDs während der frühen Cardiogenesis13,14,15,16, sondern auch zu erläutern deren Auswirkungen auf kardiale Kammer Reifung und Funktion am späten Schwangerschaft im pränatalen und perinatalen Stressfaktoren. Durchführung von in-Vivo phänotypischen Charakterisierung eines mutierte Maus fetalen Herzens während der frühen und späten Stadien der Entwicklung, ist daher wichtig zu verstehen, die Rolle dieser genetischen Variationen und Umweltfaktoren auf kardiale Entwicklung und die möglichen zukünftigen Auswirkungen auf Kammer spezifischen Reifung Prozesse bei Mäusen.
Früherkennung und Diagnose von Herzfehlern während der Entwicklung ist entscheidend für interventionelle Planung17,18. Als sichere, einfache, portable und wiederholbare, fetale Sonographie in der Tat die Standard imaging Technik für kardiale Beurteilung in der Klinik geworden. Fetalen Kreislauf Bewertung mittels Doppler-Ultraschall hat in der klinischen Praxis nicht nur für den Nachweis von Herzfehlern, sondern auch, vaskulären Anomalien, Plazenta-Insuffizienz und intrauterine Wachstumsretardierung zu erkennen und zu beurteilen, verbreitet Die fetalen Wohlbefinden als Reaktion auf in Utero Beleidigungen einschließlich Hypoxämie, mütterliche Erkrankung und Drogen Toxizität17,18. Parallel zu seinen Wert bei der Bewertung von menschlichen Fehlern und Krankheiten hat Ultraschall Beurteilung der fetalen Mäuse zunehmende Dienstprogramm in experimentelle Einstellungen19,20,21,22gewonnen, 23. Insbesondere kann fetale Herz-Ultraschall (Echokardiographie) sequentielle in Vivo Visualisierung des Herzens entwickeln. Viele experimentelle Studien haben Ultraschall-Imaging-Technologie verwendet, um fetale Herz-Kreislauf-Entwicklung in fetalen Transgene Mäuse zu beobachten. Doppler-Ultraschall ist besonders nützlich, um die pathophysiologische Parameter, wie die Strömungsmuster im fetalen Kreislauf unter physiologischen Herausforderungen oder Krankheit Bedingungen10,19aufzuklären gewesen. Bei Mensch und Tier kann abnormale Flow oder Sauerstoff Blutversorgung für den Fötus aus verschiedenen Bedingungen führen, die fetalen Umwelt in der Gebärmutter stören und beeinflussen die Fetoplacental Achse, einschließlich der plazentare Auffälligkeiten, mütterliche Hypoxie, Schwangerschafts-Diabetes und pharmazeutisch induzierten vaskulären Zusammenziehung15,22. Daher wird Etablierung standardisiertere Methoden zum Ausführen von Doppler Ultraschall auf fetale Mäuse enorm Zukunftsstudien CHDs stärken durch die Erleichterung der Überwachung fließstrukturen und wichtige hämodynamische Indizes der Herz-Kreislauf-Schaltungen während verschiedenen Entwicklungsstadien kardiale in genetischer Mausmodelle.
Hochfrequenz-Ultraschall ist ein leistungsstarkes Tool zum Messen der Entwicklungs- und physiologische Parameter des Herz-Kreislauf-Systems in Mausmodellen und menschliche Krankheiten18entstanden. Diese Technologie hat in den letzten Jahren weiterentwickelt worden. Wir und andere Forscher haben die Machbarkeit dieses Systems zur Durchführung von Ultrahochfrequenz Ultraschall Studien über die fetalen Maus Herz15,19,20,21,22 gezeigt. ,23. Das System ist ausgestattet mit Doppler Fluss Farbzuordnung und linear-Array-Sensoren, die zweidimensionale, dynamische Bilder bei hoher Frequenz (30 bis 50 MHz) Frameraten zu generieren. Diese Vorteile, im Vergleich zu niederfrequenten Ultraschall-Systeme und die vorherige Generation der Hochfrequenz Ultraschall21,22, bieten die notwendige Empfindlichkeit und Auflösung für eingehende Beurteilung der fetalen Kreislauf System, inklusive umfassende Charakterisierung von Herzen Strukturen, Kammer-Funktion und Fluss-Indizes der fetalen Mäuse in experimentelle Einstellungen. Hier erläutern wir Methoden, um schnelle Beurteilung der Herz-Lungen-Kreislauf und Feto-plazentaren Zirkulation an embryonalen Tag E18.5 in Vivo mit einem Hochfrequenz-System durchführen. Wir entschieden uns für einen 30/45 MHz Wandler, der einer axialen Auflösung von etwa 60 µm und einer lateralen Auflösung von 150 µm bietet. Jedoch kann ein höhere Frequenz-Wandler (40/50 MHz), früher Entwicklungsstadien zu analysieren, indem Sie folgen einen ähnlichen methodischen Ansatz gewählt werden. Die ausgewählten M-Modus ermöglicht die Visualisierung von Gewebe mit hoher zeitlicher Auflösung Ebenen (1.000 Bilder/s) in Bewegung. Zu guter Letzt zeigen wir die Machbarkeit der hohen Ultraschall für detaillierte umfassende phänotypischen Charakterisierung der fetalen Herz-Kreislauf-hämodynamischen Status und Funktion bei Mäusen zu Studienbeginn und in Reaktion auf Stress pränatale Hypoxie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Herz-Kreislauf-Fehlbildungen und Krankheiten werden von genetischen Faktoren und Umwelteinflüssen19wesentlich beeinflusst. Wir haben bisher einen signifikanten Einfluss der mütterlichen kalorische Restriktion, initiiert während des zweiten Trimesters auf Feto-plazentaren Kreislauf fließen und fetalen Herzfunktion9gezeigt.
Pränatale Hypoxie ist eine weitere gemeinsame Stressfaktor während der fetalen Entwicklung, die Ungeheuer der Feto-plaze…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken den Tierphysiologie Kern, Abteilung für Molekulare Medizin an der UCLA für die Bereitstellung von technischer Unterstützung und freien Zugang zu der Vevo 2100-Ultraschall-biomikroskopie (UBM)-System. Diese Studie wurde unterstützt durch das NIH/Child Health Research Center (5K12HD034610/K12), die UCLA-Kinder Discovery Institute und heute und Morgen Kinder Fonds und David Geffen School of Medicine Research Innovation Award, 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 |
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