L'ecocardiografia transtoracica in topi
28 maggio 2010
L'ecocardiografia transtoracica offre un metodo non invasivo per la valutazione della funzione cardiaca nei topi. Una combinazione di ultrasuoni e Doppler modalità di imaging possono essere utilizzate per ottenere misure dimensionali del cuore e del flusso sanguigno intracardiaco, che insieme forniscono una valutazione delle cardiaca sistolica e diastolica prestazioni.
Prima di eseguire le misurazioni ecocardiografiche, il topo viene posizionato su un tavolo riscaldato per ECG con le zampe anteriori fissate a degli elettrodi ECG integrati nella piattaforma. Il livello di anestesia e la temperatura corporea vengono mantenuti adeguati per tutta la durata dell'esperimento. Utilizzando la modalità asse corto, nota anche come modalità B.
Un'immagine corretta si ottiene quando entrambi i muscoli papillari interlaterali e postero-mediali, così come tutte le pareti miocardiche, sono chiaramente visibili. La modalità di visualizzazione può essere cambiata in modalità M per valutare e quantificare le misurazioni della funzione cardiaca sistolica. Dopo aver puntato la parete posteriore del ventricolo sinistro, la modalità di imaging Doppler tissutale può essere utilizzata per quantificare le misurazioni della funzione diastolica.
In modalità vista a quattro camere, è possibile ottenere un'immagine adeguata della valvola mitrale e della parete settale. Infine, passando alla modalità Doppler ad onda pulsata, si può visualizzare il profilo del flusso ematico attraverso la valvola mitrale. Salve, mi chiamo Jonathan Repress del laboratorio del Dottor Zander Wars del Dipartimento di Fisiologia Molecolare e Biofisica presso il Baylor College of Medicine.
Oggi vi mostreremo una procedura per l'ecocardiografia transtoracica nei topi. Utilizziamo questa tecnica nel nostro laboratorio per studiare la funzione cardiaca e le dimensioni nel tempo. Cominciamo.
Un giorno prima degli studi di imaging, anestetizzare il mouse e utilizzare un rasoio elettrico per rimuovere il pelo dalla linea del collo fino al livello del torace medio. Quindi eliminare i peli residui con una crema depilatoria e applicare un gel dura loop su entrambi gli occhi per prevenire l'essiccazione della sclera. Posizionare il mouse anestetizzato in posizione supina su un tappetino riscaldante dotato di elettrodi ECG incorporati.
Per mantenere la temperatura corporea, posizionare il muso all'interno di un cono nasale collegato al sistema di anestesia per mantenere un livello di sedazione costante durante tutta la procedura. Se necessario, il livello di anestesia può essere regolato per raggiungere una frequenza cardiaca obiettivo di 450 ± 50 battiti al minuto. In alternativa, inserire delicatamente una sonda rettale per monitorare continuamente e regolare la temperatura corporea tramite il tappetino riscaldante.
È importante mantenere la temperatura corporea entro un intervallo ristretto, poiché anche variazioni moderate della temperatura e della frequenza cardiaca influiscono sulla funzione cardiaca. Nei topi, applicare del gel conduttivo sulle quattro zampe e fissarle con del nastro agli elettrodi dell'ECG.
Per iniziare questa procedura, applicare uno strato di gel ecografico sul torace, principalmente nella zona sovrastante il cuore. Evitare bolle d'aria nel gel, che potrebbero interferire con l'imaging ultrasonico. Immobilizzare il topo in posizione leggermente rialzata, con la testa sollevata secondo un leggero angolo, utilizzando un micromanipolatore.
Fissare la sonda ecografica con un angolo di 90 gradi tra la sonda e il cuore. Per iniziare a effettuare le misurazioni ecocardiografiche in asse corto, abbassare con fermezza la sonda sul torace. Evitare di posizionare la sonda direttamente sopra lo sterno poiché ciò distorcerebbe il segnale.
Prima di tutto, eseguiremo un'immagine bidimensionale o in modalità B per ottenere una vista lungo l'asse corto paraesternale; regoleremo quindi l'area di visualizzazione della sonda per ottenere un'immagine completa. A seconda delle dimensioni del cuore dell'animale, un'immagine adeguata in questa orientazione includerà il ventricolo sinistro e una piccola porzione della parete del ventricolo destro. La freccia indica i muscoli papillari anterolaterale e posteromediale, le pareti posteriore e anteriore del ventricolo sinistro, la parete del setto interventricolare e una piccola porzione della parete del ventricolo destro.
Successivamente, utilizzeremo l'ecocardiografia in modo M, che fornisce una visione unidimensionale per ottenere misurazioni precise delle dimensioni cardiache e della contrattilità; archivieremo le immagini acquisite per una successiva valutazione dei parametri della funzione sistolica del ventricolo sinistro. Mentre si osserva ancora l'asse corto parasternale, è possibile eseguire l'imaging Doppler tissutale (TDI) per misurare la velocità del movimento miocardico. La regione di interesse viene delimitata in modo da includere la parete posteriore del ventricolo sinistro, per la valutazione lungo l'asse radiale.
L'onda ottenuta presenterà quattro picchi per valutare la funzione diastolica, IVRT, ePrime AP prime e I-V-C-T-S prime rappresenta la velocità sistolica. Questi parametri saranno descritti successivamente nella sezione dei risultati rappresentativi. Il doppler ad onda d'impulso o PWD può essere utilizzato per misurare la velocità del flusso sanguigno all'interno di una piccola area a una profondità specifica nel tessuto miocardico.
Per ottenere un'immagine del flusso trans-mitrale, inclinare l'animale all'indietro in posizione di Trendelenburg e inclinare la sonda verso l'alto in modo che risulti ortogonale rispetto all'apice del cuore. Aumentare ora il livello di fluoroisoflurano per ridurre la frequenza cardiaca a 300-350 BPM, rallentando così il movimento della valvola mitrale. Per studi comparativi, è importante mantenere frequenze cardiache simili tra gli animali.
Visualizzare i movimenti della valvola mitrale come punto di riferimento per misurare il flusso attraverso la valvola. Misurare i modelli di flusso attraverso la valvola mitrale. Utilizzando il PWD, si osservano tipicamente due onde: una rappresenta il riempimento passivo del ventricolo in fase iniziale (EWA), e l'altra corrisponde al riempimento attivo durante la sistole atriale.
Nel cuore sano, l'onda a atriale presenta una velocità EWA leggermente maggiore rispetto all'onda A. Al termine di tutte le misurazioni, permettere all'animale di riprendersi sopra il tappetino ECG riscaldato e spegnere l'anestesia. Quando il topo si sveglia, restituirlo alla sua gabbia.
Mostriamo qui un'immagine ecocardiografica bidimensionale o modo B ottenuta lungo l'asse corto parasternale, che evidenzia le pareti anteriore e posteriore del ventricolo sinistro, la parete del setto intraventricolare e la parete laterale. Il diametro della cavità del ventricolo sinistro può essere misurato come diametro interno del ventricolo sinistro. L'asterisco indica il muscolo papillare mediale posteriore.
Questa successiva immagine ecocardiografica bidimensionale o modo B mostra una vista apicale a quattro camere con un'area di visualizzazione sopra la valvola mitrale per la determinazione del rapporto E sulle velocità di picco. MVAL indica il lembo anteriore della valvola mitrale. MVPL indica la valvola mitrale.
La valvola posteriore RV indica il ventricolo destro e LV indica il ventricolo sinistro. In questo tracciato rappresentativo in modo M, le frecce grandi indicano il diametro telesistolico ESD e il diametro telediastolico EDD del ventricolo sinistro.
LV A WDS indica lo spessore della parete anteriore del ventricolo sinistro e L-V-P-W-D-S indica lo spessore della parete posteriore del ventricolo sinistro durante diastole e sistole rispettivamente. Qui è mostrato un tracciato rappresentativo dell'imaging Doppler tissutale della parete posteriore del ventricolo sinistro, in cui IVRT rappresenta il tempo di rilasciamento isovolumetrico e IVCT rappresenta il tempo di contrazione isovolumetrica. L'onda ePrime corrisponde al movimento dell'anello mitralico durante il riempimento diastolico precoce del ventricolo sinistro e l'onda APR origina dalla sistole atriale durante il riempimento tardivo del ventricolo sinistro; S prime rappresenta la velocità sistolica.
La registrazione Doppler ad onda d'impulso delle punte delle valvole mitrali fornisce i profili di velocità del flusso mitralico, dai quali possono essere ricavate la velocità diastolica precoce, la velocità diastolica tardiva con contrazione diastolica e il rapporto E/A. Il tempo di rilasciamento isovolumico (IVRT) è anch'esso un parametro utile per caratterizzare la funzione diastolica e le pressioni di riempimento. Nel tracciato, ET indica il tempo di eiezione in un cuore sano.
La velocità dell'onda EWA è leggermente maggiore rispetto a quella dell'onda a, come osservato qui. Salve, vi abbiamo appena mostrato come eseguire un'ecocardiografia transtoracica nei topi. Ricordate, quando eseguite questa procedura, di manipolare correttamente l'animale e di regolare adeguatamente i livelli di anestesia.
Ecco fatto. Grazie per aver guardato e buona fortuna con i vostri esperimenti.
Panoramica
L'ecocardiografia transtoracica è una tecnica non invasiva utilizzata per valutare la funzione cardiaca nei topi. Questo metodo combina ultrasuoni e imaging Doppler per valutare sia le prestazioni sistoliche che diastoliche del cuore.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Valutazione della funzione cardiaca
- Tecniche di imaging non invasive
- Modelli murini nella ricerca cardiovascolare
Sfondo
- L'ecocardiografia è fondamentale per lo studio della funzione cardiaca.
- È essenziale mantenere un'adeguata anestesia e temperatura corporea durante la procedura.
- Diverse modalità di imaging forniscono differenti informazioni sulle prestazioni cardiache.
- Comprendere le funzioni diastolica e sistolica è fondamentale per valutare la salute del cuore.
Scopo dello studio
- Dimostrare la procedura per l'ecocardiografia transtoracica nei topi.
- Fornire una metodologia dettagliata per la valutazione delle dimensioni e della funzione cardiaca.
- Evidenziare l'importanza del mantenimento dei parametri fisiologici durante l'imaging.
Metodi Utilizzati
- Preparazione del topo con anestesia e monitoraggio dell'ECG.
- Applicazione del gel ecografico per un'immagine ottimale.
- Utilizzo della modalità B e della modalità M per l'acquisizione delle strutture cardiache.
- Applicazione dell'imaging Doppler per valutare il flusso sanguigno e il movimento miocardico.
Risultati principali
- Acquisizione con successo di immagini ecocardiografiche che mostrano le strutture cardiache.
- Misurazioni quantitative della funzione sistolica e diastolica ottenute.
- Visualizzazione dei pattern di flusso sanguigno della valvola mitrale.
- Definizione di parametri di riferimento della funzione cardiaca nei topi.
Conclusioni
- L'ecocardiografia transtoracica è efficace per valutare la funzione cardiaca nei topi.
- Una tecnica corretta e un monitoraggio adeguato sono fondamentali per ottenere risultati accurati.
- Questo metodo può essere utilizzato per studiare la salute e le malattie cardiache in contesti di ricerca.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
L'ecocardiografia transtoracica nei topi consente una valutazione non invasiva e quantitativa della funzione cardiaca in modelli geneticamente modificati, supportando la validazione precoce degli obiettivi terapeutici e la riduzione dei rischi meccanicistici nella scoperta di farmaci cardiovascolari. Questa piattaforma di imaging fornisce dati riproducibili ad alta risoluzione sulle dimensioni e sulle prestazioni cardiache, favorendo un'elevata affidabilità predittiva in punti critici del processo di scoperta. La sua integrazione nei flussi di lavoro preclinici migliora il processo decisionale sui portafogli, consentendo una caratterizzazione fenotipica robusta di modelli rilevanti per la malattia.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Consente la validazione funzionale di modifiche genetiche che influenzano la struttura e le prestazioni cardiache.
- Supporta la riduzione del rischio meccanicistico quantificando i parametri sistolici e diastolici in vivo.
- Fornisce un fenotipaggio ad alto contenuto per la selezione di target e modelli nella ricerca cardiovascolare.
Sviluppo di screening e saggi
- Stabilisce endpoint di imaging validati e riproducibili per lo screening di composti successivi.
- Fornisce output quantitativi standardizzati per confronti tra studi e tra modelli.
- Semplifica la preparazione del saggio consentendo una misurazione coerente della funzione cardiaca tra diversi gruppi.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea i fenotipi cardiaci murini a biomarcatori traslazionali rilevanti per le malattie umane.
- Supporta la continuità dalla scoperta genetica alla valutazione preclinica dell'efficacia e della sicurezza.
- Permette l'avanzamento mirato dei candidati sulla base di letture funzionali solide.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
L'ecocardiografia transtoracica si colloca dalla fase iniziale di scoperta fino alla validazione preclinica, fungendo da ponte tra la caratterizzazione dei modelli genetici e la ricerca traslazionale nei percorsi cardiovascolari.
- Biologia della scoperta: Fornisce una valutazione quantitativa basata su ipotesi dei fenotipi cardiaci in modelli murini ingegnerizzati.
- Screening: Fornisce endpoint di imaging riproducibili per la valutazione di interventi farmacologici.
- Analisi: Genera misurazioni dimensionali e di velocità che consentono il confronto statistico della funzione cardiaca tra gruppi.
- Ricerca traslazionale: Collega i risultati funzionali nei modelli murini a biomarcatori cardiaci rilevanti per l'uomo, quando supportato da un adeguato allineamento del modello.
- Riutilizzo aziendale: Offre una piattaforma scalabile e non invasiva adattabile a diversi studi genetici e farmacologici.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella validazione degli obiettivi cardiovascolari.
- Valore operativo: Standardizza la fenotipizzazione cardiaca con output di imaging quantitativi e riproducibili.
- Valore strategico: Migliora le decisioni di avanzamento o interruzione e l'allocazione del capitale consentendo una valutazione robusta del modello.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione e lo sviluppo degli asset cardiovascolari con un adeguamento del rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nell'anestesia murina, nell'uso di strumentazione per ecocardiografia e nella fisiologia cardiaca.
- Necessita dell'accesso a sistemi ad ultrasuoni ad alta frequenza e a capacità di imaging Doppler.
- Richiede una rigorosa standardizzazione intersoggettiva dei protocolli di imaging e dell'analisi dei dati.
- Deve essere adattato per diverse ceppi di topi e background genetici al fine di garantire la comparabilità dei dati.
- Dipende da un controllo preciso dei parametri fisiologici come la frequenza cardiaca e la temperatura corporea.
