小鼠实验性自身免疫性心肌炎中心脏异常的磁共振显微成像无创评估

本实验的总体目标是通过成像患有炎症性心脏病的活体动物心脏，来确定心脏功能异常。首先诱导疾病，例如心肌炎；第二步是准备动物以进行磁共振显微成像，并将其放入动物固定装置中。

接下来，将小鼠置于磁体内部以获取心脏图像。最后一步是使用 Segment 软件分析心脏功能参数。最终，该技术用于计算患自身免疫性心肌炎小鼠的舒张末期容积和射血分数。

与现有的组织病理学等方法相比，该技术的主要优势在于其具有非侵入性，并能提供心脏的三维高分辨率图像。该方法有助于回答心脏病学领域中涉及炎症性心脏病诊断的关键问题。通常，刚接触该技术的研究人员会因不熟悉动物磁共振显微成像前的准备工作而遇到困难。

因此，该方法的可视化演示至关重要。首先准备诱导自身免疫性心肌炎的多肽溶液：将心脏肌球蛋白重链α多肽334至352溶解于磷酸盐缓冲液中，使其终浓度为每1.5毫升含2毫克。接着，通过向含有50微克冻干百日咳毒素的小瓶中加入1毫升无菌1×磷酸盐缓冲液，制备百日咳毒素溶液。

获得50纳克/微升的储备浓度。然后取20微升储备液加入无菌的1.5毫升离心管中，加入980微升无菌的1×磷酸盐缓冲液，以获得1纳克/微升的工作浓度。同时，通过将40毫克结核分枝杆菌H37RV（MTB）提取物加入10毫升完全弗氏佐剂（CFA）中，制备完全弗氏佐剂（CFA），使终浓度为5毫克/毫升。

现在配制肽类CFA乳剂，以制备1.5毫升乳剂分装液：取750微升心肌肌球蛋白重链α肽3 34至3 52的肽溶液，加入一个1.5毫升离心管中，另取等体积的含MTB提取物的CFA加入另一个1.5毫升离心管中。然后使用一支3毫升螺口注射器，先吸取肽溶液，再吸取CFA-MTB提取物。将该注射器连接至一个三通旋塞阀，并将旋塞阀的另一出口连接至一支空的3毫升注射器。

调节止血钳的松紧度，使肽段与CFA的混合物能够以适中的阻力从一个注射器流入另一个注射器。通过反复将内容物在两个注射器之间推注约1分钟进行混合，然后将整个装置置于冰上静置约3分钟。

至少重复此操作10次。通过将少量液滴小心地滴入100毫升玻璃烧杯中的静水上，以检测乳液的均匀性。若液滴在水中未发生分散，则说明已达到所需的一致性；若发生分散，则需继续混合直至达到理想状态。

将三个3毫升注射器中的乳剂转移至一个1毫升注射器中。通过将连接在旋塞阀上的两个3毫升注射器中的一个替换为1毫升注射器，实现锁定。然后连接一个27.5号规格的针头。

将150微升肽-CFA乳剂分次皮下注射至6至8周龄雌性aj小鼠的两个腹股沟区域。在免疫后第0天和第2天，每只动物分别腹腔注射100微升百日咳毒素悬液。于第7天重复免疫程序，将150微升肽-CFA乳剂分次皮下注射至胸骨两侧。

按所述方法新鲜配制该乳剂。然后在第21天，对动物进行MRM成像以准备影像学检查。首先将每只小鼠放入含有2%异氟烷空气混合物的麻醉诱导室中，并使用加热垫以维持体温。

然后将动物转移至特制的动物固定装置中。使用咬合杆固定头部，使动物保持俯卧位并固定不动。鼻部应插入鼻罩中以维持麻醉状态。

实验过程中，将空气吹加热器的出口软管插入扫描仪的垂直板内，以维持动物的体温。整个成像过程中，以每分钟2毫升的流速维持1%至2%异氟烷的麻醉状态。通过脚趾夹捏测试确认麻醉效果。

接下来，设置一个气动枕式传感器和直肠温度探头，以在整个成像过程中监测呼吸和体温。还应将光纤血氧饱和度传感器连接至左脚踝，并使用线圈固定足部位置，再用胶带固定。成像将通过门控呼吸和心脏信号实现，无需使用任何对比剂。

应使用大孔径9.4特斯拉垂直磁体以获得高分辨率的三维磁共振显微图像。制备动物后，将小鼠放入扫描仪中，使其心脏位于视野中心。然后运行成像界面，在命令栏中选择新建研究类型菜单，调出调谐页面，随后选择启动探头、调谐和自动缩放。

使用线圈末端的远程调谐匹配旋钮，将射频线圈调谐至 400 兆赫的质子共振频率。接着，进入预扫描页面。点击 X、Y、Z 快捷按钮，调出匀场页面，以进行频率和功率校准。

然后选择所有迭代并执行自动匀场。选择一个定位序列。将视野更改为35毫米。

保持其他默认设置并运行序列。如果心脏不在视野中心，则调整动物固定装置的位置，重新调谐射频线圈并重新采集定位像。然后选择 gem 序列。

在采集选项卡中输入此处所示的采集参数，以获取沿心脏短轴和长轴的两个正交平面。接下来，选择电影序列以采集脉搏血氧计门控的短轴电影图像，并测量左心室的解剖和功能参数。输入此处所示的参数，以获得梯度回波电影序列。

根据心脏长轴视图调整成像层面的位置和角度，然后运行序列。成像完成后。

使用 IO 选项卡将获取的图像转换为 DICOM 格式，并将相应文件传输至数据中心进行处理。成像过程结束后，将动物置于带滤膜顶盖的笼子中，使其从麻醉状态恢复。在小鼠恢复足够的意识以维持胸卧位之前，不得离开无人看护状态。

此处使用 Segment 软件分析左心室的解剖和功能参数。首先将 DICOM 格式的电影图像载入软件，然后选择 MRGE 作为成像技术，电影图像作为图像类型，并选择短轴中段心室切面。

在图像视图平面中，分别使用编辑菜单下的“将当前时间帧设为舒张末期”和“将当前时间帧设为收缩末期”子菜单，指定用于舒张末期和收缩末期的时间帧。接下来，使用右下方面板中的左心室（LV）按钮，然后依次使用心内膜（endo）和心外膜（EPI）命令按钮。为手动绘制左心室、心内膜和心外膜，可通过点击相应的命令按钮去除乳头肌。

为了提高计算的准确性，请在右上方面板读取定量的左心室参数，例如舒张期容积、收缩期容积、每搏输出量和射血分数。然后依次点击“mis”命令按钮和“measurement caliper”命令按钮，测量左心室参数，如室壁厚度和心室直径。最后，务必选择“保存图像堆栈和分割结果”选项，将图像（包括以 dot mat 格式保存的分割结果）进行保存，以便根据需要重新处理图像。

此处可观察到为获取两腔心切面图像而对心脏进行切片的角度。我们可以看到，与健康小鼠相比，实验性自身免疫性心肌炎小鼠的心脏左心室壁厚度大约增加了1.5倍，提示存在心脏结构缺陷。与健康小鼠相比，自身免疫性心肌炎小鼠的每搏输出量（基于左心室舒张末期容积和射血分数测定）有所降低。

最后，通过苏木精-伊红染色对上述处理组的心脏进行炎症评估，结果显示心肌炎小鼠而非健康小鼠的心脏出现多灶性淋巴细胞浸润。在进行该操作时，重要的是要确保动物的体温保持恒定，以使心率和呼吸频率在实验过程中不发生显著变化。这对于获得可重复的结果至关重要。

观看本视频后，您应该能够较好地理解磁共振显微技术在评估心肌炎等炎症性心脏病及小鼠功能异常中的应用。但请务必注意，高磁场环境可能极其危险，因此动物固定装置及其他组件必须采用无磁性材料。