Manyetik Rezonans Görüntüleme Kullanarak Deneysel Serebral Sıtma Bir Modelinde Ödem Gelişimi ve Mikrovasküler Patolojinin İn Vivo Takibi
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
Sıtma önemli bir küresel sağlık sorundur. 1 Şiddetli sıtma kısmen serebral tutulum ile karakterizedir ve genellikle kötü bir prognostik faktördür. Serebral tutulum, yüksek sıtma iletim alanlarında beş yaşın altındaki çocuklarda görülür ve bu yaş grubunda sıtmaya bağlı ölümün ana nedenini temsil eder. 1 Agresif tedavi hayatı kurtarabilirken, serebral sıtmanın özellikle erken safhalarda saptanması zor olabilir. Serebral sıtma ile ilgili patolojik süreçler mikrovasküler bozulma ve ciddi beyin şişmesine neden olabilen serebral ödemleri içerir. Bu yazıda, deneysel serebral sıtmanın (ECM) in vivo tüm beyin görüntülemesine olanak tanıyan bir manyetik rezonans görüntüleme (MRI) protokolü sunulmuştur. ECM'nin merkezde nasıl başlattığı hakkında çok az şey bilinmesine rağmen, tüm beyinli yüksek çözünürlüklü görüntüleme yöntemleri bu hastalıkta yaygın şekilde kullanılmamaktadır.Sinir sistemi veya hastalığa yol açan belirli mekanizmalar. Bütün beyni kapsayan in vivo MRG, ECM patolojisini daha iyi anlamak için önemli bir araştırma aracıdır. MR, yakın zamanda sadece ECM'de değil, aynı zamanda insan serebral sıtmada ölümün önemli bir belirteçi olduğu kabul edilen küresel beyin beyin şişmesini de değerlendirebilir. 2 , 3 Ağır beyin şişmesi ölümcül hastalıkta ortaya çıkar ve ECM modelleri ile inflamatuar ve mikrovasküler değişikliklerle karakterize edilen bir hastalık olan çeşitli patolojik özelliklerden birini temsil eder. 4
ECM, ölümcül Plasmodium berghei ANKA ile enfeksiyon yoluyla CBA veya C57BL farelerinde indüklenebilir. ECM'nin başlangıcı tipik olarak enfeksiyon sonrası 6. ve 10. günlerde ortaya çıkar ve uyuşma, ataksi, solunum sıkıntısı ve komaya neden olur ki bu da rap oluştururÖlüm id 4 Hızlı Murin Koma ve Davranış Ölçeği (RMCBS), ECM'nin klinik belirtilerini değerlendirmek için yararlı bir noktadır. Her biri 0 ile 2 arasında puan alan 10 parametreden oluşuyor ve olası maksimum skor 20'dir. 6 Yakın zamanda, ECM farelerindeki RMCBS skorlarının şiddeti ile MR ile gösterilen patolojik değişiklikler arasında iyi bir uyum gösterdik. 7 Bu protokolde, farelerde ECM indüksiyonu ve ECM'ye sahip farelerin in vivo manyetik rezonans görüntülemesini tarif ederiz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makalede, deneysel serebral sıtma değişikliklerini tanımlamak için bütün beyin MR protokolünü açıklıyoruz. MRA'nın sıtma araştırmasında bugüne kadar az kullanıldığına ve protokollerimizin diğer araştırmacılara yardımcı olacağını umduğuna inanıyoruz. Yararlı olabilecek bazı ek noktalar açıklamak isteriz.
Ağır hasta fareler görüntülendiğinde, konumlandırma çok önemlidir. İntrakranyal basıncın artması nedeniyle farelerin ölümüne duyarl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Miriam Reinig'in uzman teknik yardımı minnetle kabul edilmektedir. AH, Heidelberg Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde doktora sonrası bir bağıştan kaynak ayırdı. MP, Else-Kröner-Fresenius Vakfı'ndan bir anma masrafı ile desteklenmektedir. AKM, Alman Enfeksiyon Araştırma Merkezi (DZIF) DZIF Akademisi tarafından doğum izninin ödenmesi için bir alıcının geliridir. JP, Heidelberg Moleküler Tıp Araştırma Merkezi (HRCMM) Kariyer Geliştirme Kardeşliği alanın sahibidir. Ayrıca, sporozoit hareketi için örnek bir film olan Julia M. Sattler ve Friedrich Frischknecht'e minnettarız.
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).
