在心肌结构，功能的体内定量评估，灌注与活力使用心脏微型计算机断层扫描
2016年2月16日
该方法概述了使用量子微型计算机断层扫描 （MicroCT） 来评估实验诱导的心肌缺血小鼠的心脏形态、功能、灌注、代谢和碘造影剂的活力。该技术可应用于各种人类心脏病动物模型的无损高通量纵向体内成像。
该程序的总体目标是展示高速显微计算机断层扫描在内源性心肺门控成像中的应用，以评估小鼠心肌缺血模型中的整体和区域心肌功能。这种方法可以帮助回答心脏病理生理学中的关键问题，例如对病理学或 malfa 治疗对整体和区域心肌功能有什么影响？该技术的主要优点是它提供了对最重要的心脏参数的快速、纵向、无创评估，非专家也可以轻松进行。
该技术的意义延伸到心血管疾病的治疗。As 可用作获得对心脏病发展的深入见解的临床前工具。演示该程序的技术人员 Nicole van Vliet、博士后 Elza van Deel 和我们实验室的另一位技术人员 Yanto Ridwan 将负责演示该程序。
首先在第二根和第三根肋骨之间的 12 周龄小鼠的皮肤上做一个小切口。然后用小钩子拉开胸部肌肉，露出肋间肌。接下来，使用弯曲的两毫米刀片弹簧剪刀小心地切开第三肋间肌，而不会损坏肺部。
然后用镊子撕破心包，用一块湿纱布把肺推到一边。将钩子重新定位到胸腔内侧，以便可以看到左心室游离壁的大部分和左心房的一部分。然后利用心房定位左冠状动脉，在左冠状动脉下方插入七零丝手术缝合线，并在左心房边缘下方 2 毫米处打结，以标准化梗死面积。
在通过左心室游离壁的苍白目视确认梗塞诱导成功后，小心地给肺再充气，并用六零丝手术缝合线紧紧闭合胸部。用生理盐水清洁伤口，使用更多的丝缝合线闭合皮肤，然后使用伤口喷雾剂刺激愈合和预防感染。然后将鼠标放在加热垫上的笼子里，直到它完全恢复。
手术后 3 到 4 小时，打开 microCT 扫描仪，打开 microCT 控制软件并预热 X 射线管。然后用 70% 酒精处理碘酸盐造影剂容器的橡胶瓶塞，并使用低死腔注射器每克动物体重抽取 5 至 10 微升试剂。清除气泡后，用 70% 酒精擦拭麻醉小鼠的尾巴，并加热扩张尾静脉。
将造影剂注射到侧尾静脉中。当控制软件中出现实时模式按钮时，X 射线管已准备就绪。插入小口径盖和小动物床。
单击数据库窗口中的 new database 按钮，然后输入新数据库的名称。当对话框出现时，单击 browse 按钮并导航到将保存数据库的驱动器。然后单击 确定 并在数据库窗口中观察新数据库。
要设置扫描条件，请选择相应的参数。现在将注射的麻醉小鼠放在扫描仪的动物床上，并向右滑动仪器门以接合安全联锁。单击实时模式按钮可实时查看拍摄对象并观察 X 拍摄窗口和动物。
来回按下舞台 Z 轴控件按钮可移动动物床，直到鼠标胸部位于视野内。然后使用动物床控件的左右箭头将动物定位在蓝色边界框内。从控制软件窗口的旋转控制下拉列表中选择 90，然后单击设置按钮旋转龙门架，确保动物保持在 X 捕获窗口的蓝色边界框内。
在 X 捕获窗口中，左键单击鼠标以调整感兴趣的心肺区域的大小。拖动边缘，以便心肺轨迹在同步视图中清晰可见。按下起始位置并调整心肺呼吸感兴趣区域的大小。
确保感兴趣区域在所有机架位置都覆盖了心脏的隔膜和根尖部分。然后将机架旋转 90 度，以确保心肺痕迹仍然清晰可见。当动物就位时，单击 CT 扫描按钮以初始化采集。
此时将显示 CT 扫描确认消息。单击 Yes。红色 X 射线激励指示灯将打开仪器并开始扫描。
在扫描结束时，在 2D 查看器软件中观察重建的经轴、冠状和矢状视图。最后，从扫描仪中取出动物并对其进行监控，直到它完全恢复。这里显示了心肌梗死小鼠心脏的代表性血池短轴舒张末期和收缩末期横截面。
在这些图像中，无心肌梗死的小鼠心脏的短轴舒张末期和收缩末期横截面表现出极好的左心室腔勾画，背景噪声很小。请注意对应于心肌梗死的造影剂稀疏区域如何在接受左前降支冠状动脉结扎术的小鼠心脏的短轴图像上很好地划分。但在假手术的动物中不是。
根据 17 节美国心脏协会模型，左心室可细分为基底、中腔和根尖短轴部分。在这些代表性的圆周极坐标图中，与假手术动物相比，心肌梗死小鼠的中前段、中下外侧段、中前外侧段、顶端前外侧段和顶端外侧段清晰可见不同的丰富。一旦掌握，心肌梗死的诱导可以在 45 分钟内完成，而随后的 microCT 成像需要 4 小时。
在尝试此程序时，重要的是要记住心脏功能表现取决于麻醉的类型和程度。因此，为了进行准确测量，在图像采集过程中应尽可能保持心率的生理值。开发后，这项技术为药理学领域的研究人员探索小鼠干预策略和分析水平治疗策略对疾病进展的影响铺平了道路。
看完这个视频后，您应该对心肌梗塞手术有很好的了解，并知道如何将高速 micro CT 系统与碘基血池造影剂结合使用。不要忘记，使用 Isoflurane 可能很危险，并且在执行此程序时应始终采取预防措施，例如良好的通风。
概述
该方法概述了使用量子微型计算机断层扫描（MicroCT）评估心脏形态、功能、灌注、代谢和活力，在实验性诱导心肌缺血的小鼠中使用碘化造影剂。该技术提供了对关键心脏参数的快速、纵向、无创评估。
关键研究组成部分
科学领域
- 心脏病学
- 成像技术
- 临床前研究
背景
- 心肌缺血是研究心脏病的重要模型。
- 无创成像技术对纵向研究至关重要。
- MicroCT允许对心脏功能和结构进行详细评估。
- 了解心脏病理生理学对开发治疗方法至关重要。
研究目的
- 展示MicroCT在评估心肌功能中的应用。
- 评估治疗对心脏病理的影响。
- 提供对心脏病发展的洞察。
使用的方法
- 通过手术技术在小鼠中诱导心肌梗死。
- 使用碘化造影剂进行成像。
- 使用MicroCT捕捉心脏图像。
- 通过成像软件分析心脏形态和功能。
主要结果
- 通过视觉确认了心肌梗死的成功诱导。
- MicroCT提供了左心室腔的清晰描绘。
- 对应于梗死的对比稀疏区域被很好地标记。
- 在梗死和假手术心脏之间观察到灌注的差异。
结论
- MicroCT是一种有价值的无创心脏成像工具。
- 该技术可以增强对心脏疾病的理解。
- 它允许在临床前模型中快速评估心脏功能。
常见问题
Executive Industry Relevance
This method enables rapid, longitudinal, non-invasive assessment of cardiac structure and function in preclinical models, supporting early target validation and mechanistic de-risking in cardiovascular drug discovery. By providing quantitative 3D anatomical and functional data, it enhances predictive confidence in lead identification and preclinical progression decisions. The technique reduces reliance on terminal endpoints and supports scalable, reproducible workflows for cross-functional R&D teams.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through quantitative assessment of myocardial global and regional function in disease models.
- Operational Value: Supports biological de-risking by providing longitudinal, non-invasive monitoring of cardiac pathology progression.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by delivering reproducible perfusion and viability readouts that correlate with therapeutic efficacy.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream compound evaluation by establishing baseline cardiac function and infarct reproducibility.
- Quantitative Outputs: Delivers standardized, high-resolution 3D measurements of ventricular volumes, wall motion, and perfusion defects for assay standardization.
- Screening Scalability: Enables reliable compound evaluation through automated image acquisition and analysis compatible with high-throughput workflows.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models human myocardial infarction via permanent LAD occlusion, ensuring translational continuity from discovery to preclinical validation.
- Mechanistic De-risking: Provides early insight into treatment effects on cardiac metabolism and viability, reducing late-stage biological attrition.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by linking functional imaging endpoints to pathophysiological relevance in cardiovascular disease models.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, enabling iterative assessment of cardiac safety and efficacy signals.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying regional myocardial dysfunction in ischemic models.
- Screening: Ensures assay readiness through reproducible contrast-enhanced imaging and standardized infarct induction protocols.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variables including ejection fraction, wall thickness, and perfusion defect size for cross-group comparisons.
- Translational Research: Connects to preclinical validation via longitudinal monitoring of metabolic and viability changes post-intervention.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging platform across multiple cardiovascular indications and therapeutic modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in cardiac pathophysiology.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility through automated gating and standardized contrast dosing protocols.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of cardiotoxic or ineffective compounds.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization through objective, quantitative endpoints that support advancement decisions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small animal surgery, anesthesia management, and microCT operation.
- Dependence on high-speed microCT systems with cardio-respiratory gating and iodinated contrast agent compatibility.
- Necessitates cross-team standardization of infarct induction, contrast administration, and image analysis protocols.
- Adaptation considerations include model-specific adjustments for heart rate, respiratory rate, and contrast kinetics across species.
- Practical limitations include radiation dose constraints for longitudinal studies and the need for specialized contrast agents like eXIA160 for functional assessment.
