Diagnostische Ultraschall-Bildgebung der Maus Membranfunktion
April 21st, 2014
Diagnostische Ultraschallbildgebungs hat sich als wirksam bei der Diagnose von verschiedenen Atemwegserkrankungen bei Menschen und Tieren sein. Wir zeigen eine von Dr. Zuo Labor genutzt werden, um Membran Kinetik speziell in Mausmodellen analysieren umfassende Ultraschall-Protokoll. Dies ist auch eine nicht-invasive Technik, die Forschung quantitative Informationen über Maus Atemmuskelfunktion bereitstellen kann.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, zu demonstrieren, wie die Kontraktilität des Zwerchfells in einem Mausmodell genau bewertet werden kann. Mit Hilfe der Ultraschallbildgebung besteht der erste Schritt darin, die Maus zu betäuben und ihre Bauchhaare zu entfernen. Die nächsten Schritte sind das Auftragen von Ultraschallgel und das Auflösen des Zwerchfellbildes mit den Ultraschallsonden.
Letztendlich können die Ergebnisse die Membranauslenkung und die Atemfrequenz durch die Verwendung der elektronischen Messschieber der Software anzeigen. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie der invasiven Myographie besteht darin, dass sie nicht invasiv ist und die Anzahl der getöteten Tiere reduziert. Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf die Diagnose und mögliche Therapie von Atemmuskelfunktionsstörungen.
Obwohl diese Methode einen Einblick in die Kontraktilität des Zwerchfells in einem Mausmodell geben kann, könnte sie auch auf andere Systeme wie klinische Modelle angewendet werden, um das Fortschreiten der Krankheit und die Wirksamkeit der Therapie zu bewerten. Stellen Sie einen sauberen Behandlungstisch mit einem beheizten isothermen Pad auf, das in ein chirurgisches Handtuch gewickelt ist. Das Heizkissen sollte verwendet werden, um die Kerntemperatur des Tieres zu stabilisieren und gleichzeitig den potenziellen Stress für das Tier zu reduzieren.
Die Maus sollte mit einer Sauerstoffflussrate von 1,5 Litern pro Minute und mit 3,5 % verdampftem Fluor in die Anästhesie-Induktionskammer gebracht werden. Die Sedierung härtet normalerweise innerhalb von zwei Minuten aus und wird durch einen Verlust der willkürlichen motorischen Funktion bemerkbar. Halten Sie dann den betäubten Zustand durch Gaszufuhr aus dem Nasenkonus aufrecht. Nach der Betäubung trägt das Tier eine kleine Menge Augensalbe direkt auf die Hornhaut auf, um die Augentrockenheit während der Anästhesie zu reduzieren.
Die Maus sollte niemals den Reflex des Pedalrückzugs zeigen. Die Schleimhäute sollten immer eine rosa Farbe haben und das Tier sollte gleichmäßig atmen. Fesseln Sie jedes Bein der anästhesierten Maus auf dem beheizten Eingriffstisch mit einem ablösbaren Klebstoff, z. B. chirurgischem Klebeband.
Entferne mit einem Elektrorasierer die meisten Haare auf der ventralen Körperoberfläche zwischen dem Bauch und auf halber Höhe der Brusthöhle. Tragen Sie dann eine Haarentfernungscreme auf, um die restlichen Haare zu entfernen. Wischen Sie die Creme nach zwei bis drei Minuten mit einem feuchten Mullpad ab.
Entfernen Sie auch die überschüssigen Haare mit Wasser und Gaze. Reinigen Sie anschließend den rasierten Bereich mit vier Peelings mit 70 % Alkohol oder einem gleichwertigen Antiseptikum, um das Ultraschallgerät einzuschalten. Ein mikrokonvexer Array- oder linearer Phased-Array-Wandler ist aufgrund dieser Sonden, des geringen Platzbedarfs und der hervorragenden axialen Auflösung ideal.
Stellen Sie die Ultraschallfrequenz auf einen Bereich von 6,5 bis 12 Megahertz ein. Stellen Sie nun den Modus, die Helligkeit und die Bewegungsmodi des Geräts zusammen ein, um die beste Abbildung der Zwerchfellkontraktion zu erzielen. Tragen Sie anschließend eine kleine Menge Ultraschallgel auf den Oberbauch auf und massieren Sie das Gel in Richtung Brusthöhle.
Platzieren Sie den Ultraschallwandler auf dem Gel und winkeln Sie ihn nach oben in Richtung Herz. Passen Sie die Sonde an, um die Bildauflösung zu optimieren. Das ist eine Herausforderung, wird aber mit der Übung einfacher.
Es ist sehr wichtig, daran zu denken, die Atmung des Tieres während der Narkose zu überwachen, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse der Untersuchung nicht beeinträchtigt werden. Drücken Sie die Freeze-Taste, um die Zwerchfellbilder vorübergehend zu speichern und die ausgewählten Kontraktionen anzuzeigen. Speichern Sie die Aufzeichnung als Zylinderschleife, die spätere Messungen der Zwerchfellauslenkung und der Atemfrequenz ermöglicht.
Nach der Bildgebung sollte sich die Maus innerhalb von 30 Minuten vollständig von der Narkose erholen. Lassen Sie das Tier nicht unbeaufsichtigt, bis es wieder genügend Bewusstsein erlangt hat, um das Brustbein liegend zu halten. Um die Daten im M-Modus zu analysieren, messen Sie die Tiefe und Geschwindigkeit der Zwerchfellbewegung von der Entspannung bis zur Kontraktion mit den elektronischen Messschiebern, die Teil der Ultraschallsoftware sind.
Alternativ können Sie im B-Modus die CINA-Schleifendatei in eine MP-Vier-Datei konvertieren und die Atemfrequenz bestimmen, indem Sie die Anzahl der Zwerchfellkontraktionen während des Aufzeichnungszeitraums zählen. Die elektronischen Messschieber können auch im B-Modus verwendet werden, um die Tiefe der Zwerchfellbewegung zu bestimmen. Die Membran einer Maus, die maximale vertikale Verschiebung wurde aufgezeichnet und dann der Abstand wie im Protokoll beschrieben mit elektronischen Messschiebern berechnet. Solche Messungen wurden an drei verschiedenen Mäusen durchgeführt.
Zur Veranschaulichung, es ist nach der Konvertierung der CIL-Schleifendatei in eine MP four-Datei. Die Atemfrequenz wurde bestimmt, indem die Anzahl der Zwerchfellkontraktionen während eines sechssekündigen Aufzeichnungszeitraums gezählt wurde. Diese Analyse wurde im B-Modus durchgeführt.
Alternativ lieferte der M-Modus ein visualisiertes Bild der vertikalen Membranbewegung sowie der Atemfrequenz. Es gibt einige potenzielle bildgebende Artefakte, die bei der Durchführung diagnostischer Ultraschallbildgebung auftreten können, wie z. B. Nachhall. Ein weiteres Artefakt, dem man begegnen kann, ist das Vorhandensein von Kometengeschichten. Einmal gemeistert, kann diese Technik 20 bis 30 Minuten dauern, wenn sie richtig ausgeführt wird.
Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine Zwerchfellkontraktilität im Mausmodell mit einer diagnostischen Ultraschallbildgebungstechnik genau beurteilen können.
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Übersicht
Dieser Artikel präsentiert ein nicht-invasives Ultraschallprotokoll zur Bewertung der Zwerchfellkontraktilität in Mausmodellen. Die Technik bietet quantitative Einblicke in die Funktion der Atemmuskulatur, was für die Diagnose von Atemwegserkrankungen entscheidend ist.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaften
- Atemwegsphysiologie
- Bildgebungstechniken
Hintergrund
- Diagnostische Ultraschallbildgebung ist effektiv für die Diagnose von Atemwegserkrankungen.
- Die Technik ist nicht-invasiv und reduziert den Tierversuch.
- Das Verständnis der Zwerchfellkinetik ist wesentlich für die Atemwegsgesundheit.
- Ultraschall kann detaillierte Informationen über die Muskelfunktion liefern.
Zweck der Studie
- Ein umfassendes Ultraschallprotokoll für die Zwerchfellanalyse zu demonstrieren.
- Die Zwerchfellkontraktilität in Mausmodellen zu bewerten.
- Die Vorteile nicht-invasiver Techniken gegenüber invasiven Methoden hervorzuheben.
Verwendete Methoden
- Narkotisierung der Maus und Entfernen des Bauchhaars.
- Auftragen von Ultraschallgel für die Bildgebung.
- Verwendung von Ultraschallsonden zur Aufnahme von Zwerchfellbildern.
- Analyse der Zwerchfellexkursion und Atemfrequenz mit Software.
Hauptergebnisse
- Das Protokoll visualisiert erfolgreich die Zwerchfellbewegung.
- Quantitative Daten über die Atemmuskelfunktion werden erhalten.
- Die Technik zeigt Vorteile gegenüber invasiver Myographie.
- Die Ergebnisse können bei der Diagnose von Atemmuskeldysfunktion helfen.
Schlussfolgerungen
- Das Ultraschallprotokoll ist effektiv zur Bewertung der Zwerchfellfunktion.
- Diese nicht-invasive Methode hat bedeutende Implikationen für die Forschung.
- Es kann zu einem besseren Verständnis und Behandlung von Atemproblemen beitragen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Non-invasive ultrasound imaging of mouse diaphragm function enables longitudinal monitoring of respiratory muscle contractility without terminal procedures, supporting therapeutic development for respiratory diseases. This approach reduces animal usage while providing quantitative data on diaphragm excursion and respiration rate, aligning with 3R principles and enabling disease progression tracking in preclinical models. The technique offers mechanistic insights into respiratory muscle dysfunction, facilitating target validation and lead identification in pulmonary therapeutic pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses on respiratory muscle function through quantitative assessment of diaphragm contractility in vivo.
- Operational Value: Provides reproducible, non-terminal measurements that support biological de-risking of targets involved in respiratory pathophysiology.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by delivering functional readouts that correlate with disease-modifying potential in obstructive lung disease models.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized, quantifiable outputs (diaphragmatic excursion, respiration rate) suitable for high-throughput functional screening of compounds.
- Scalability: The ultrasound-based platform allows repeated measurements in the same animal, reducing variability and increasing statistical power in dose-response studies.
- Cross-functional Utility: Outputs serve as translatable biomarkers for respiratory efficacy, enabling alignment between discovery, preclinical, and clinical teams.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Directly models diaphragm fatigue in obstructive lung diseases, providing a pathophysiologically relevant system for therapeutic evaluation.
- Mechanistic De-risking: Clarifies target engagement effects on respiratory muscle function, reducing ambiguity in mechanism-of-action studies.
- Translational Continuity: Enables longitudinal tracking of therapeutic effects from early discovery through preclinical validation, supporting go/no-go decisions.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum by providing functional respiratory readouts after target engagement but prior to lead optimization, enabling mechanism-based compound prioritization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on respiratory targets by delivering direct, quantitative measures of diaphragm contractility in intact animals.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible physiological endpoints that facilitate compound evaluation in disease models.
- Analytics: Provides electronic caliper-derived measurements of excursion and rate, enabling statistical comparison across treatment groups.
- Translational Research: Connects to clinical ultrasound applications, offering a bridge for biomarker validation in respiratory therapeutics.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, non-invasive platform for respiratory function assessment across multiple therapeutic areas and disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in respiratory muscle function assays.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility through non-invasive, repeatable imaging that minimizes inter-animal variability.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling longitudinal studies and reducing animal consumption in respiratory drug discovery.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement decisions by providing early functional data on respiratory safety and efficacy.
Implementation Considerations
- Requires expertise in ultrasound imaging, anesthesia management, and respiratory physiology for accurate data acquisition.
- Dependent on high-frequency microconvex or linear array transducers and software with M-mode and B-mode capabilities for motion analysis.
- Necessitates standardized protocols for animal preparation, including temperature maintenance and hair removal, to ensure image quality.
- Adaptation considerations include transducer frequency adjustment and gel application techniques for different mouse strains and disease states.
- Practical limitations include potential imaging artifacts (reverberation, comet tails) and the need for trained personnel to distinguish true signal from noise.
