Murine ecocardiografia fetale
15 febbraio 2013
Morte fetale e perinatale è una caratteristica comune quando si studiano le alterazioni genetiche che influenzano lo sviluppo cardiaco. Alta frequenza ecografia ha migliorato 2-D risoluzione e può fornire informazioni excellent precoce sviluppo cardiaco ed è un metodo ideale per rilevare l'impatto sulla struttura e funzione cardiaca prima della morte.
L'obiettivo generale del seguente esperimento è studiare la struttura e la funzione cardiaca in utero mediante ecografia ad alta frequenza. Questo si ottiene sedando e preparando correttamente la madre. Come secondo passaggio, identificare i feti con le corna uterine.
Successivamente, acquisire i dati in modalità B, modalità M e con pulsante stop. Per identificare e quantificare anomalie strutturali o funzionali, si ottengono risultati che mostrano la struttura e la funzione cardiaca in vivo di topi fetali con alterazioni genetiche. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come l'istopatologia, è che l'ecocardiografia fetale fornisce informazioni in tempo reale sulla funzione cardiaca e può identificare difetti cardiaci strutturali in vivo.
Preparare il topo per l'imaging anestetizzandolo prima con il 2-3% di isoflurano in una camera di induzione. Posizionare il topo anestetizzato in posizione supina su un tappetino riscaldante con elettrodi ECG incorporati per mantenere la temperatura corporea, fissare le zampe con del nastro. Rimuovere il topo dalla camera ed utilizzare un rasoio elettrico per rimuovere il pelo dal livello medio del torace fino agli arti inferiori.
Utilizzare una crema depilatoria per rimuovere i peli residui del corpo. Successivamente, posizionare il muso in un cono nasale collegato al sistema di anestesia per mantenere un livello costante di sedazione durante tutta la procedura. Regolare il livello di anestesia per mantenere una frequenza cardiaca obiettivo di 450 ± 50 battiti al minuto.
Quindi applicare il gel elettrodico sulle quattro zampe e fissarle con del nastro agli elettrodi dell'ECG. Successivamente, lubrificare e inserire delicatamente una sonda rettale nel topo per monitorare la temperatura corporea tramite il tappetino riscaldante. Mantenere la temperatura corporea a 37 gradi Celsius, più o meno 0,5 gradi.
Un'anestesia controllata e una temperatura corporea costante sono essenziali per la stabilità emodinamica sia della madre che dei feti. Iniziare l'imaging utilizzando la vescica della madre come punto di riferimento, regolare i manipolatori Z, quindi regolare i manipolatori XY. I feti nell'utero sinistro sono etichettati come L uno, due e tre.
Mentre quelli sull'utero destro sono etichettati come R uno, due e tre. Notare la posizione dell'embrione è utile durante il recupero degli embrioni. Dopo l'acquisizione delle immagini, esaminare gli embrioni situati in profondità all'interno dell'addome per documentarne la presenza, ma escluderli dall'analisi dei dati a causa della scarsa risoluzione.
Modificare i piani di scansione cambiando l'orientamento del mouse rispetto al piano di scansione. Acquisire immagini in due piani ortogonali per ogni embrione. Tentare di ottenere viste che approssimino i piani trasverso frontale e sagittale, anche se a volte le viste sono limitate a piani obliqui a causa della posizione dell'utero nell'addome.
Utilizzare immagini ecografiche in modalità B in scansione per identificare le strutture cardiache di base, come atri, setto interventricolare, camere ventricolari e tratti di efflusso del ventricolo sinistro e destro. Successivamente, ottenere immagini in modalità M dalla vista in asse corto e utilizzarle per misurare lo spessore della parete ventricolare e le dimensioni della camera. In seguito, visualizzare i ventricoli sinistro e destro.
Il flusso sanguigno embrionale ecogenico genera flussi visibili, che facilitano il posizionamento accurato del volume di campionamento Doppler nell'orifizio mitralico. Determinare la velocità di riempimento del ventricolo sinistro dalle valvole mitrali nelle proiezioni assiali lungo l'asse del ventricolo sinistro in vista apicale a quattro camere. Misurare il tempo di eiezione sistolico mediante le misurazioni del flusso aortico.
Calcolare la frequenza cardiaca a partire dalle misurazioni di un ciclo di flusso fino al ciclo di flusso successivo. Utilizzare immagini in modalità B a scansione per identificare comuni anomalie congenite strutturali, come difetti del setto ventricolare. Identificare il flusso attraverso il setto ventricolare mediante volume campione Doppler posizionato all'interno dei ventricoli.
Qui sono mostrate valutazioni rappresentative delle funzioni del ventricolo destro. Di seguito sono riportate immagini rappresentative di ecocardiografia bidimensionale che mostrano l'asse lungo del cuore al giorno embrionale 14,5 e una vista a quattro camere. È mostrata una tracciatura in modo M con linee che indicano chiaramente il diametro interno del ventricolo sinistro e del ventricolo destro in diastole, indicato con la lettera minuscola D, e in sistole, indicato con la lettera minuscola S. Qui viene inoltre visualizzato il setto interventricolare o IVS.
Sono mostrate immagini rappresentative di ecocardiografia 2D del cuore al giorno embrionale 14,5 in una vista apicale a quattro camere. L’atrio sinistro e la cavità del ventricolo sinistro sono delimitati in blu. Qui è mostrata una collocazione rappresentativa del volume campione del Doppler a onda d’impulso per la registrazione del flusso mitralico; sono riportati i tracciati Doppler del flusso mitralico, dai quali possono essere misurate la velocità diastolica iniziale indicata con E e la velocità della contrazione atriale indicata con a.
Qui è mostrato il tracciato rappresentativo del Doppler aortico. Il getto Doppler aortico può essere utilizzato per misurare il tempo di eiezione. La frequenza cardiaca può inoltre essere calcolata misurando un ciclo di flusso rispetto al successivo.
Qui osserviamo il rilevamento rappresentativo di un difetto del setto ventricolare o modalità VSDB; sono mostrate immagini del cuore al giorno embrionale 14,5 in una vista apicale a quattro camere. Le cavità ventricolari destra e sinistra sono delimitate rispettivamente in blu e rosso. Si noti la presenza del setto interventricolare mostrato in questa sezione trasversale del cuore analizzato, colorata con ematossilina, eosina e toina.
Questa è un'immagine in modalità B di un cuore a 14,5 giorni embrionali con un DSV, come indicato dalla freccia bianca. Qui osserviamo le cavità dei ventricoli destro e sinistro delineate rispettivamente in blu e rosso. È mostrata efficacemente una sezione trasversale di questo cuore analizzato, colorata con ematina ed eosina.
Di seguito è mostrata un'immagine in modo B di un cuore a 14,5 giorni embrionali con un difetto del setto ventricolare indicato dalla freccia, insieme al posizionamento sovrapposto del volume campione del Doppler a onda d'impulso per la registrazione del flusso attraverso il setto interventricolare. Di seguito è riportata la traccia Doppler rappresentativa della figura precedente, che mostra il flusso dal ventricolo sinistro a quello destro dopo il suo sviluppo. Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dello sviluppo cardiaco per esplorare la funzione cardiaca prima del campo delle miniere.
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Panoramica
Questo studio analizza la struttura e la funzione cardiaca in utero mediante ecografia ad alta frequenza. La tecnica consente osservazioni in tempo reale della funzione cardiaca e l'individuazione di difetti strutturali del cuore nei topi fetali con alterazioni genetiche.
Componenti Chiave dello Studio
Ambito Scientifico
- Sviluppo cardiaco
- Ecografia
- Alterazioni genetiche
Sfondo
- La morte fetale e perinatale è spesso associata ad alterazioni genetiche che interessano lo sviluppo cardiaco.
- L'imaging ecografico ad alta frequenza migliora la risoluzione bidimensionale per la valutazione precoce dello sviluppo cardiaco.
- Questo metodo è ideale per rilevare gli effetti sulla struttura e sulla funzione cardiaca prima della morte.
- L'ecocardiografia fetale offre vantaggi rispetto ai metodi tradizionali come l'istopatologia.
Scopo dello studio
- Studiare la struttura e la funzione cardiaca in utero.
- Utilizzare l'ecografia ad alta frequenza per la valutazione cardiaca in tempo reale.
- Identificare e quantificare anomalie strutturali o funzionali nei topi fetali.
Metodi Utilizzati
- Sedazione e preparazione adeguata della madre.
- Individuazione dei feti all'interno dei corni uterini.
- Acquisizione di dati in modalità B, modalità M e Doppler pulsato.
- Analisi della struttura e della funzione cardiaca in vivo.
Risultati principali
- Sono state ottenute informazioni in tempo reale sulla funzione cardiaca.
- Difetti strutturali del cuore sono stati identificati in vivo.
- I risultati hanno dimostrato l'efficacia dell'ultrasonografia ad alta frequenza.
- L'ecocardiografia fetale si è rivelata superiore ai metodi esistenti.
Conclusioni
- L'ecografia ad alta frequenza è uno strumento prezioso per lo studio dello sviluppo cardiaco.
- La tecnica consente il rilevamento precoce di anomalie cardiache.
- Fornisce un metodo non invasivo per valutare la salute cardiaca fetale.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale
L'ecocardiografia fetale ad alta frequenza in modelli murini consente una valutazione in tempo reale e non invasiva della struttura e della funzione cardiaca durante lo sviluppo embrionale. Questa capacità è fondamentale per i team di scoperta precoce che indagano gli effetti genetici o farmacologici sullo sviluppo cardiovascolare, sostenendo la previsione e la riduzione dei rischi meccanicistici in punti critici di svolta. Il metodo migliora il processo decisionale sul portafoglio fornendo dati quantitativi e longitudinali su fenotipi rilevanti per la malattia prima della letalità perinatale.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Consente l'analisi di ipotesi genetiche che influenzano la morfogenesi e la funzione cardiaca in vivo.
- Supporta la riduzione del rischio biologico identificando anomalie cardiache strutturali e funzionali prima della letalità.
- Favorisce la validazione funzionale degli obiettivi mediante la misurazione diretta di parametri cardiaci nello sviluppo.
- Fornisce un'attendibilità predittiva per il triage dei modelli genetici nei flussi di ricerca cardiovascolare.
Sviluppo di screening e saggi
- Stabilisce endpoint di imaging quantitativi e validati per lo screening fenotipico successivo di interventi genetici o farmacologici.
- Standardizza la misurazione dello spessore della parete ventricolare, delle dimensioni della camera e delle velocità di flusso per ottenere risultati sperimentali riproducibili.
- Permette uno screening scalabile e non invasivo di più embrioni all'interno di una singola femmina, aumentando la produttività e la robustezza dei dati.
- Consente una valutazione affidabile di composti candidati o modifiche genetiche che influenzano lo sviluppo cardiaco.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea i fenotipi cardiaci murini a modelli umani di malformazioni cardiache congenite per lo sviluppo traslazionale di biomarcatori.
- Garantisce continuità dalla fase iniziale di scoperta fino alla validazione preclinica, consentendo un monitoraggio longitudinale in utero.
- Riduce il rischio di fallimento in fasi avanzate identificando deficit funzionali prima della nascita.
- Supporta la riduzione del rischio meccanicistico in sistemi pertinenti alla malattia per la scoperta di farmaci cardiovascolari.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
L'ecocardiografia fetale murina si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica, consentendo una valutazione precoce e quantitativa dei fenotipi cardiaci nei modelli geneticamente modificati.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi e la chiarificazione di percorsi per geni o composti che influenzano lo sviluppo cardiaco.
- Screening: Fornisce endpoint di imaging riproducibili e quantitativi adatti per screening fenotipici ad alto contenuto.
- Analisi: Offre misurazioni in tempo reale della frequenza cardiaca, dello spessore della parete e delle velocità di flusso per confronti statistici affidabili.
- Ricerca traslazionale: Collega i risultati ottenuti nei modelli murini alle malattie umane modellando difetti cardiaci congeniti e risultati funzionali.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma di imaging riutilizzabile per diversi programmi di ricerca cardiovascolare.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella validazione degli obiettivi cardiovascolari.
- Valore operativo: Standardizza e amplia la fenotipizzazione cardiaca non invasiva su più embrioni e modelli.
- Valore strategico: Consente decisioni più precoci di avanzamento o interruzione del progetto e un progresso del portafoglio più efficiente in termini di capitale.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione adeguata al rischio dei modelli genetici e degli interventi candidati.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nell'uso dell'ecografia ad alta frequenza e nella gestione dell'anestesia nei topi.
- Richiede l'accesso a piattaforme di imaging specializzate dotate di modalità B, modalità M e funzionalità Doppler.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro dei piani di imaging e dei protocolli di misurazione per garantire la riproducibilità.
- Potrebbe richiedere adattamenti per diverse fasi embrionali o diversi background genetici al fine di assicurare la qualità dei dati.
- Le limitazioni di risoluzione potrebbero escludere gli embrioni profondamente situati dall'analisi quantitativa.
