In vivo Tracking van Oedema Ontwikkeling En Microvasculaire Patologie In Een Model Van Experimentele Cerebrale Malaria Met Magnetic Resonance Imaging
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
Malaria is een belangrijk wereldwijd gezondheidsprobleem. 1 Ernstige malaria wordt in het bijzonder gekenmerkt door cerebrale betrokkenheid en is vaak een slechte prognostische factor. Cerebrale betrokkenheid is gebruikelijk bij kinderen jonger dan vijf jaar in gebieden met een hoge transmissie van malaria en vertegenwoordigt de belangrijkste oorzaak van malariaverwante dood in die leeftijdsgroep. 1 Terwijl agressieve behandeling levensreddend kan zijn, kan het opsporen van cerebrale malaria, vooral in vroege fasen, moeilijk zijn. De pathologische processen die betrokken zijn bij cerebrale malaria omvatten microvasculaire verstoring en cerebrale oedeem, die kan leiden tot ernstige hersenzwelling. In dit artikel presenteren we een magnetisch resonantiebeeldvorming (MRI) protocol dat de gehele hersenen in vivo beeldvorming van experimentele cerebrale malaria (ECM) mogelijk maakt. Gehele hersenen met hoge resolutie beeldvormingsmethoden zijn in deze ziekte wijd ondergebracht, alhoewel weinig bekend is over de manier waarop ECM in de centrale startZenuwstelsel of welke specifieke mechanismen leiden tot de ziekte. In vivo MRI, die de hele hersenen bedekt, vertegenwoordigt een belangrijk onderzoeksinstrument om een beter begrip van ECM pathologie te krijgen. MRI is in staat om wereldwijde cerebrale hersenswelling te beoordelen, die onlangs werd erkend als een belangrijke voorspeller van de dood, niet alleen bij ECM, maar ook bij menselijke cerebrale malaria. 2 , 3 Ernstige hersenzwelling komt voor bij dodelijke ziekte en vertegenwoordigt één van verschillende pathologische kenmerken tussen de ECM-modellen en de menselijke ziekte, een ziekte die wordt gekenmerkt door zowel inflammatoire als microvasculaire veranderingen. 4
ECM kan geïnduceerd worden in CBA- of C57BL-muizen door infectie met dodelijke Plasmodium berghei ANKA. 5 Het ontstaan van ECM komt meestal voor tussen de dagen 6 en 10 na infectie en resulteert in montage, ataxie, ademhalingsstoornissen en coma, die tot rap leidenId dood. 4 De Rapid Murine Coma and Behavior Scale (RMCBS) is een nuttige score om klinische symptomen van ECM te evalueren. Het bestaat uit 10 parameters, elk gescoord van 0 tot 2, met een maximale score van 20. 6 Onlangs hebben we een goede afspraak gemaakt tussen de ernst van de RMCBS scores in ECM muizen en pathologische veranderingen aangetoond door MRI. 7 In dit protocol beschrijven we ECM-inductie bij muizen en in vivo magnetische resonantiebeeldvorming van muizen met ECM.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dit artikel beschrijven we een volledig hersen MRI protocol om veranderingen in experimentele cerebrale malaria te definiëren. Wij zijn ervan overtuigd dat MRI tot op heden onvoldoende benut is in het onderzoek naar malaria en hoop dat onze protocollen andere onderzoekers zullen helpen. We willen graag enkele extra punten omschrijven die nuttig kunnen zijn.
Als ernstig zieke muizen worden afgebeeld, is positionering van cruciaal belang. Vanwege de verhoogde intracraniale druk zijn muizen…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De deskundige technische bijstand van Miriam Reinig wordt dankbaar erkend. AH heeft financiering ontvangen van een postdoctorale beurs van de Medische Faculteit van de Universiteit van Heidelberg. MP wordt ondersteund door een memorandum van de Stichting Else-Kröner-Fresenius. AKM is een ontvanger van een moederschapsverlof van de DZIF Academie van het Duitse Centrum voor Infectie Onderzoek (DZIF). JP is de ontvanger van een Heidelberg Research Center for Molecular Medicine (HRCMM) Loopbaanontwikkelingsgenootschap. We erkennen ook dankbaar Julia M. Sattler en Friedrich Frischknecht voor het verschaffen van een voorbeeldige film van sporozoite beweging.
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).
