एक उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड (30/45MHZ) प्रणाली का उपयोग भ्रूण माउस हृदय इमेजिंग
Summary
भ्रूण माउस के उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड इमेजिंग इमेजिंग संकल्प में सुधार हुआ है और हृदय विकास और संरचनात्मक दोषों के सटीक गैर इनवेसिव लक्षण वर्णन प्रदान कर सकते हैं । यहां उल्लिखित प्रोटोकॉल वीवो मेंरीयल-टाइम भ्रूण चूहों इकोकार्डियोग्राफी करने के लिए डिज़ाइन किया गया है ।
Abstract
जन्मजात हृदय दोष (CHDs) बचपन की रुग्णता और शीघ्र मृत्यु दर का सबसे आम कारण हैं । CHDs के अंतर्निहित आणविक तंत्र का जंम के पूर्व का पता लगाने के नए निवारक और चिकित्सीय रणनीतियों की खोज के लिए महत्वपूर्ण है । उत्परिवर्ती माउस मॉडल शक्तिशाली उपकरण के लिए नए तंत्र और पर्यावरण तनाव संशोधक है कि CHDs में हृदय विकास और उनके संभावित परिवर्तन ड्राइव की खोज कर रहे हैं । हालांकि, इन ख्यात योगदानकर्ताओं के कारण स्थापित करने के प्रयासों को ऊतकवैज्ञानिक और गैर जीवन रक्षा पशु प्रयोगों, जिसमें मुख्य शारीरिक और hemodynamic मानकों की निगरानी अक्सर अनुपस्थित है में आणविक अध्ययन करने के लिए सीमित किया गया है । लाइव इमेजिंग तकनीक CHDs के एटियलजि को स्थापित करने के लिए एक अनिवार्य उपकरण बन गया है । विशेष रूप से, अल्ट्रासाउंड इमेजिंग शल्य चिकित्सा के रूप में भ्रूण को उजागर बिना इस्तेमाल किया जा सकता है, उनकी आधारभूत फिजियोलॉजी को बनाए रखने की अनुमति जबकि hemodynamic और कार्डियक चैंबर के संरचनात्मक पहलुओं पर पर्यावरणीय तनाव के प्रभाव की निगरानी विकास. इस के साथ साथ, हम उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड (30/45) प्रणाली का उपयोग ई 18.5 में utero में आधार पर भ्रूण चूहों में हृदय प्रणाली की जांच करने के लिए आधारभूत और जंम के पूर्व हाइपोक्सिया जोखिम के जवाब में । हम कार्डियक चैंबर आकार, आकृति विज्ञान, वेंट्रिकुलर समारोह, भ्रूण दिल की दर, और नाल धमनी प्रवाह सूचकांक को मापने के लिए प्रणाली की व्यवहार्यता का प्रदर्शन, और वास्तविक में utero में प्रणालीगत जीर्ण हाइपोक्सिया को उजागर भ्रूण चूहों में उनके परिवर्तन समय.
Introduction
हृदय की जन्मजात विकृतियों विषम संरचनात्मक दोष है कि जल्दी हृदय विकास के दौरान होते हैं । परिचालन प्रक्रियाओं के वर्तमान तकनीकी प्रगति CHDs1,2के साथ शिशुओं के जीवित रहने की दरों में उल्लेखनीय सुधार करने के लिए प्रेरित किया है । हालांकि, जीवन की गुणवत्ता अक्सर लंबे समय तक अस्पताल में भर्ती करने के लिए माध्यमिक समझौता किया है और चरणबद्ध शल्य चिकित्सा की मरंमत प्रक्रियाओं के लिए की जरूरत है1,2,3,4,5। CHDs के अंतर्निहित आणविक तंत्र के जंम के पूर्व का पता लगाने के क्रम में जल्दी हस्तक्षेप की योजना के लिए महत्वपूर्ण है, के लिए बाहर नई रोकथाम रणनीतियों ले, और आजीवन परिणामों में सुधार6,7।
हालांकि कई आनुवंशिक और पर्यावरणीय कारकों CHDs रोगजनन में फंसाया गया है, कारण की स्थापना एक unmet नैदानिक, चिकित्सकीय, और निवारक रणनीतियों में सुधार करने की आवश्यकता है रहता है1,8,9 ,10,11,12. इसके अलावा, utero तनाव कारकों और epigenetic संशोधक में की भूमिकाओं की जांच भविष्य की जांच11,12के लिए नए स्थानों को खोलता है । पिछले दशक वास्तव में एकल न्यूक्लियोटाइड बहुरूपता (SNP) microarray, पूरे exome अनुक्रमण सहित अगली पीढ़ी अनुक्रमण प्रौद्योगिकी में तेजी से प्रगति देखी गई है, और जीनोम-व्यापक मिथाइल अध्ययन, आनुवंशिक अध्ययन में उनके उपयोग जटिल मानव रोगों के कारण, सहित CHDs1,8,9,10,11 रास्ता उपंयास उत्परिवर्तनों और आनुवंशिक वेरिएंट है कि अभी तक नहीं किया गया है की पहचान करने के लिए फ़र्श उपयुक्त पशु मॉडलों में उनके pathogenicity के लिए परीक्षण किया ।
विभिंन रोग मॉडल प्रणालियों के अलावा, माउस की पसंद के पशु मॉडल, जल्दी cardiogenesis13,14,15,16के दौरान CHDs के तंत्र की जांच के लिए नहीं है, लेकिन यह भी स्पष्ट के लिए हृदय कक्ष परिपक्वता और जंम के पूर्व और प्रसवकालीन तनाव कारकों में देर से हमल पर कार्य पर उनके प्रभाव । इसलिए, एक उत्परिवर्ती भ्रूण माउस दिल के phenotypic लक्षण वर्णन में प्रदर्शन, विकास के दोनों प्रारंभिक और देर चरणों के दौरान, इन आनुवंशिक विविधताओं और हृदय विकास पर पर्यावरणीय कारकों की भूमिका को समझने के लिए महत्वपूर्ण है, और चैंबर विशिष्ट परिपक्वता पर संभावित भविष्य प्रभाव चूहों में प्रक्रियाओं.
विकास के दौरान हृदय दोषों के शीघ्र पता लगाने और सही निदान के लिए17,18के लिए हस्तक्षेप योजना महत्वपूर्ण है । सुरक्षित, सरल, पोर्टेबल और दोहराया जा रहा है, भ्रूण सोनोग्राफी वास्तव में क्लिनिक में हृदय मूल्यांकन के लिए मानक इमेजिंग तकनीक बन गया है । भ्रूण परिसंचरण आकलन डॉपलर अल्ट्रासाउंड का उपयोग व्यापक रूप से न केवल हृदय दोष का पता लगाने के लिए नैदानिक अभ्यास में इस्तेमाल किया गया है, लेकिन यह भी संवहनी विषमताओं, अपरा कमी और अंतर्गर्भाशयी वृद्धि प्रतिबंध का पता लगाने के लिए, और का आकलन करने के लिए भ्रूण अच्छी तरह से hypoxemia, मातृ बीमारी, और नशीली दवाओं विषाक्तता17,18सहित utero अपमान में के जवाब में जा रहा है । मानव दोषों और रोगों के मूल्यांकन में अपने मूल्य के समानांतर में, भ्रूण चूहों के अल्ट्रासाउंड आकलन प्रयोगात्मक सेटिंग्स में वृद्धि उपयोगिता प्राप्त की है19,20,21,22, 23. विशेष रूप से, भ्रूण दिल अल्ट्रासाउंड (इकोकार्डियोग्राफी) विकासशील दिल के vivo दृश्य में अनुक्रमिक अनुमति देता है । कई प्रयोगात्मक अध्ययन अल्ट्रासाउंड इमेजिंग प्रौद्योगिकी का इस्तेमाल किया है ट्रांसजेनिक भ्रूण चूहों में भ्रूण हृदय विकास का पालन । डॉपलर अल्ट्रासाउंड pathophysiological पैरामीटर स्पष्ट करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी किया गया है, जैसे कि शारीरिक चुनौतियों या रोग की स्थिति के तहत भ्रूण परिसंचरण में प्रवाह पैटर्न10,19. दोनों मनुष्यों और जानवरों में, असामान्य रक्त प्रवाह या भ्रूण को ऑक्सीजन की आपूर्ति विभिन्न स्थितियों है कि utero में भ्रूण पर्यावरण को बाधित कर सकते हैं और अपरा विषमता, मातृ हाइपोक्सिया सहित fetoplacental अक्ष, को प्रभावित करने से परिणाम कर सकते हैं, गर्भावधि मधुमेह, और फार्मास्युटिकल प्रेरित संवहनी कसना15,22. इसलिए, भ्रूण चूहों पर डॉपलर अल्ट्रासाउंड प्रदर्शन के लिए मानकीकृत तरीकों की स्थापना काफी के दौरान हृदय सर्किट की निगरानी प्रवाह पैटर्न और कुंजी hemodynamic सूचकांक को सुविधाजनक बनाने के द्वारा CHDs के भविष्य के अध्ययन को सशक्त करेगा आनुवंशिक माउस मॉडल में कार्डिएक विकास के विभिंन चरणों।
उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड माउस मॉडल और मानव रोगों18में हृदय प्रणाली के विकासात्मक और शारीरिक मापदंडों को मापने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण के रूप में उभरा है । इस तकनीक को हाल के वर्षों में और परिष्कृत किया गया है । हम और अंय शोधकर्ताओं ने भ्रूण माउस पर अल्ट्रा उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड अध्ययन के आयोजन के लिए इस प्रणाली की व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया है दिल15,19,20,21,22 ,23. प्रणाली डॉपलर रंग प्रवाह मानचित्रण और रैखिक सरणी ट्रांसड्यूसर कि उच्च आवृत्ति (30 से ५० मेगाहर्ट्ज) फ्रेम दर पर दो आयामी, गतिशील छवियों को उत्पन्न के साथ सुसज्जित है । ये फायदे, कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड प्रणालियों और उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड21,22के पूर्व पीढ़ी की तुलना में, भ्रूण संचार की गहराई से आकलन के लिए आवश्यक संवेदनशीलता और संकल्प प्रदान प्रणाली, हृदय संरचनाओं के व्यापक लक्षण वर्णन सहित, चैंबर समारोह, और प्रयोगात्मक सेटिंग्स में भ्रूण चूहों के प्रवाह सूचकांक. साथ ही, हम एक उच्च आवृत्ति प्रणाली का उपयोग करके कार्डियोपल्मोनरी परिसंचरण और feto-अपरा में भ्रूण दिवस ई 18.5. vivo में रक्त परिसंचरण का तेजी से मूल्यांकन करने के लिए तरीकों रूपरेखा । हम एक 30/45 मेगाहर्ट्ज transducer है कि लगभग ६० µm और १५० µm के एक पार्श्व संकल्प के एक अक्षीय संकल्प प्रदान करता है चुना है । हालांकि, एक उच्च आवृत्ति transducer (40/50 मेगाहर्ट्ज) एक समान methodological दृष्टिकोण का पालन करके पहले विकास चरणों का विश्लेषण करने के लिए चुना जा सकता है । चयनित एम मोड उच्च लौकिक संकल्प के स्तर पर गति में ऊतकों के दृश्य की अनुमति देता है (१,००० फ्रेम/ अंत में, हम आधारभूत पर चूहों में भ्रूण हृदय hemodynamic स्थिति और समारोह के विस्तृत व्यापक phenotypic लक्षण वर्णन के लिए उच्च अल्ट्रासाउंड की व्यवहार्यता का प्रदर्शन और जंम के पूर्व हाइपोक्सिया तनाव के जवाब में ।
Protocol
Representative Results
Discussion
हृदय विकृतियों और रोगों काफी आनुवंशिक कारकों और पर्यावरण तत्वों से प्रभावित कर रहे है19। हम पहले मातृ गरमी प्रतिबंध का एक महत्वपूर्ण प्रभाव का प्रदर्शन किया है, दूसरी तिमाही के दौरान शुरू की, fe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम पशु फिजियोलॉजी कोर, UCLA में तकनीकी सहायता और Vevo २१०० अल्ट्रासाउंड के लिए खुला उपयोग प्रदान करने के लिए आणविक चिकित्सा के विभाजन का धंयवाद (UBM) प्रणाली । इस अध्ययन के NIH/बाल स्वास्थ्य अनुसंधान केंद्र (5K12HD034610/K12), UCLA-बच्चों की खोज संस्थान और आज और कल बच्चों के कोष, और डेविड Geffen स्कूल ऑफ मेडिसिन रिसर्च इनोवेशन अवार्ड द्वारा एम. Touma को समर्थन दिया गया था ।
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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