הערכה לא פולשנית של לב חריגות בניסויית אוטואימוניות דלקת שריר לב על ידי תהודה מגנטית מיקרוסקופית הדמיה בעכבר
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
דלקת שריר הלב היא דלקת של שריר הלב, אבל רק ~ 10% מביטויים אלו שנפגעו מופע קליניים של המחלה. כדי לחקור את האירועים חיסוניים של פציעות בשריר הלב, מודלים עכבר שונים של שריר הלב היו בשימוש נרחב. מחקר זה כלל דלקת שריר הלב אוטואימוניות ניסיונית (EAM) מושרה עם שרשרת שרירן כבדה לב (Myhc)-α 334-352 בעכברים / י; בעלי החיים המושפעים לפתח דלקת שריר הלב לימפוציטית אך ללא סימנים קליניים ברורים. במודל זה, השירות של מיקרוסקופיה בתהודה מגנטית (MRM) כשיטה לא פולשנית כדי לקבוע את השינויים מבניים ותפקודיים של הלב בבעלי חיים שחוסנו עם Myhc-α 334-352 מוצג. EAM ועכברים בריאים שצלמו באמצעות 9.4 T (400 MHz) 89 מ"מ סורק נשא ליבה אנכית מצוידים בבדיקה מרבה רגליים 4 סנטימטר בתדר רדיו הדמיה ו100 / שיפועים משולשים סנטימטר G ציר. תמונות לב נרכשו מבעלי החיים הרדים באמצעות רצף דופק קולנוע המבוסס על שיפוע הד, והאנימהls היה במעקב על ידי נשימה והדופק oximetry. הניתוח חשף עלייה בעובי הקיר של החדר בעכברי EAM, עם ירידה מקבילה בקוטר הפנימי של חדרי לב, בהשוואה לעכברים בריאים. הנתונים מראים כי שינויים מורפולוגיים ופונקציונליים בלבם הדלקתי יכולים להיות הלא פולשני במעקב על ידי MRM בבעלי חיים. לסיכום, MRM מציע את יתרון של הערכת ההתקדמות ונסיגה של פציעות בשריר הלב במחלות הנגרמות על ידי חומרים מזהמים, כמו גם תגובה לטיפולים.
Introduction
אי ספיקת לב הוא הגורם המוביל למוות, ודלקת שריר הלב היא סיבה העיקרית אחת של אי ספיקת לב בקרב מתבגרים צעירים 1. רוב החולים שנפגעו בשריר לב יישארו ללא תסמינים והמחלה באופן ספונטני נפתרה 2. עם זאת, 10-20% מאלה שנפגעו יכולים לפתח מחלה כרונית, מה שמוביל לcardiomyopathy מורחב (DCM) 3. מודלים של בעלי חיים שונים פותחו כדי לחקור את היווצרות המחלה החיסונית של שריר הלב. המחלה יכולה להיגרם בדלקת שריר הלב, רגישה / J ועכברי BALB / ג על ידי חיסון החיות עם שרשרת שרירן כבדה לב (Myhc)-α או שברי פפטיד immunodominant או על ידי הדבקה עם פתוגנים כמו B3 coxsackievirus 4-9. מחקר זה כרוך Myhc-α דלקת שריר הלב הנגרם 334-352 בעכברים / י. למרות מראה חדירות שריר הלב, החיות מושפעות דלקת שריר הלב מופיעות קליני רגילות; אבחנה מתבססת על הערכה היסטולוגית של לב ל7 דלקתnd אקו 10.
מיקרוסקופיה תהודה מגנטית (MRM) היא שיטה נפוץ לקבלת הדמיה לב וכלי דם עם מטוסים תלת ממדים ברזולוציה גבוהה, המאפשרת הערכה של פרטים פונקציונליים לרמה של כלי דם דק (עד 10 מיקרומטר קוטר), אבל זה ברמה של פתרון הכוח היא לא בר השגה עם ההדמיה השגרתית תהודה מגנטית הליך (MRI) סריקה, שבו, ההחלטה מתקבלת בדרך כלל עד 1 מ"מ 11-14. MRM מציע יתרון כפי שהוא מאפשר רכישה של תמונות ברזולוציה גבוהה וגם לגזור פרמטרים ביצועים בנקודות הזמן המוקדמות של תהליך המחלה 14. מבחינה קלינית, ההדמיה MRM כבר מיושמת באופן נרחב כדי ללמוד את הפרמטרים תפקודיים של לב חולה, ריאות או המוח 15-17. במחקר זה, השימוש בטכניקת MRM ככלי לא פולשנית כדי לברר מומים לב בעכברים / J מושפעים עם דלקת שריר הלב אוטואימוניות מוצגת. באופן ספציפי, לאהוא ההדמיה MRM מאפשרת כימות של פרמטרים תפקודיים כגון חדר השמאלי (LV) קצה דיאסטולי מקטע פליטה של נפח ו( EF) עם דיוק סביר 18. ההגדרות של פרמטרים המתאימים הן: נפח סוף דיאסטולי LV, נפח דם בחדר השמאלי בסוף מחזור דיאסטולי, ומקטע פליטה, נפח פעימה / סוף דיאסטולי נפח. ניתוח הנתונים מתבצע באמצעות תוכנת המגזר זמינה באופן חופשי שפותחה עבור עיבוד תמונות DICOM תואם לב וכלי דם שנרכשו על ידי סורקי תהודה מגנטיים 19. נתוני המחקר מראה עלייה בעובי קיר LV בבעלי החיים myocarditic, המקביל לירידה בLV סוף דיאסטולי נפח, נפח פעימה ומקטע פליטה, בהשוואה לפרמטרים תפקודיים אלה בעכברים בריאים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מחקר זה מתאר את הליך MRM והשירות שלה ככלי לא פולשנית כדי לברר מומים לב בעכברים נגועים בדלקת שריר הלב אוטואימוניות. מאז התכונות היסטולוגית של EAM להידמות דלקת שריר הלב postinfectious של בני אדם, מודלים עכבר הם בדרך כלל מועסקים על מנת להתוות את מנגנוני החיסון של פציעות שריר הלב <su…
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).
