Valutazione del Cardiac morfologiche e funzionali Variazioni modello murino di trasversale aortica costrizione da parte ecocardiografica Imaging
June 21st, 2016
L'obiettivo di questo protocollo è quello di valutare in modo non invasivo i cambiamenti strutturali e funzionali cardiaci in un modello murino della malattia di cuore creato da trasversali costrizione aortica, con B e M-mode ecocardiografia e colore / impulsi di imaging onda Doppler.
L'obiettivo generale di questa procedura è valutare la struttura e la funzione cardiaca utilizzando l'imaging ecocardiografico in un modello murino di malattia cardiaca indotta da costrizione aortica trasversa, o TAC. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della ricerca cardiovascolare riguardanti le immagini delle malattie cardiache nei modelli animali. Il vantaggio principale di questa tecnica è che può essere utilizzata per monitorare in modo affidabile la progressione delle malattie cardiache nel tempo in modo non invasivo.
In generale, l'introduzione di questo metodo è una vera lotta, perché l'imaging ecocardiografico e l'acquisizione delle misurazioni sono difficili senza una vera dimostrazione. Prima di iniziare l'imaging, applicare il gel per elettrodi sulle zampe del topo ristretto all'aorta trasversa e fissare le zampe con del nastro adesivo a un elettrodo. Quindi inserire una sonda rettale per monitorare la temperatura corporea durante la procedura.
Quando l'animale è pronto, impostare l'imager sulla modalità B e inclinare il lato sinistro della piattaforma verso l'alto il più possibile per ruotare il mouse nella posizione di decubito sinistro. Tenendo il trasduttore ecografico per il supporto in posizione verticale, posizionare la sonda sul torace dell'animale lungo la linea parasternale destra con la tacca rivolta verso il mento. Quindi, inclinare il trasduttore fino alla scapola e ruotare leggermente la sonda in senso orario fino a quando l'arco aortico non è visibile.
Osservare il sito di costrizione aortica trasversa situato tra la ramificazione dell'arteria anonima e l'arteria carotide comune sinistra. Una volta identificato il sito di costrizione, fare clic sul pulsante color doppler sulla postazione di lavoro per passare alla modalità color doppler. E acquisire immagini della direzionalità e della velocità del flusso sanguigno attraverso il sito di costrizione.
Fare clic su cine store per memorizzare le immagini. Quindi fare clic sul pulsante doppler dell'onda del polso per passare alla modalità doppler dell'onda del polso. Posizionare la casella del volume del campione con il cursore tratteggiato immediatamente distalmente al sito di costrizione per trovare il getto stenotico con la velocità più alta e fare nuovamente clic sul pulsante doppler dell'onda del polso per ottenere le forme d'onda del flusso aortico, quindi misurare la velocità di picco e utilizzare l'equazione di Bernoulli modificata per calcolare il gradiente di pressione attraverso il sito di costrizione.
Per valutare le dimensioni e la contrattilità cardiaca, posizionare un topo sottoposto a intervento di TAC sulla piattaforma in posizione supina e posizionare il trasduttore verticalmente con la tacca rivolta verso la testa del topo. Abbassare il trasduttore sul torace parallelamente alla linea parasternale sinistra e ruotare la sonda di 30 gradi in senso antiorario. Impostare la termocamera sulla modalità B.
Regolare l'angolo del trasduttore e focalizzare la profondità per visualizzare il ventricolo sinistro, la parete del setto interventricolare e una leggera parte della parete del ventricolo destro. Fare clic su cine store per salvare le immagini per una successiva misurazione dello spessore della parete cardiaca e delle dimensioni della camera. Utilizzando il pacchetto cardiaco nell'apposito software di imaging, selezionare i parametri di interesse e tracciare le linee corrispondenti per ciascun perametro nell'immagine ecocardiografica desiderata per ottenere le misure dello spessore della parete cardiaca e delle dimensioni della camera.
Quindi osservare i modelli di movimento della parete cardiaca per verificare eventuali anomalie del movimento. Quindi, passare alla modalità M e posizionare il cursore della modalità M perpendicolarmente alle pareti del ventricolo sinistro in corrispondenza del muscolo papillare. Quindi fare clic su cine store per acquisire immagini per la successiva misurazione delle dimensioni cardiache e dell'accorciamento frazionario.
Dalla vista dell'asse lungo parasternale, ruotare il trasduttore di 90 gradi in senso orario per ottenere una vista dell'asse corto parasternale. Regolare il trasduttore per fornire una sezione trasversale orizzontale e trasversale view del cuore in modalità B con i muscoli papillari visibili nelle posizioni a ore due e quattro. Quindi, passa alla modalità M e posiziona l'asse della modalità M al centro del ventricolo sinistro.
Fare clic su cine store per salvare le immagini. Quindi, utilizzando il pacchetto cardiaco, selezionare i parametri dell'asse corto appropriati e fare clic sull'immagine per disegnare le linee corrispondenti per ciascun parametro per ottenere le misurazioni. Per visualizzare sia i ventricoli sinistro che quello destro, nonché gli atri dalla vista dell'asse corto in modalità B, inclinare l'angolo superiore sinistro della piattaforma per inclinare la testa del mouse verso il basso e orientare il trasduttore verso la spalla destra.
Si otterrà una visione coronale del cuore. Visualizza la valvola mitrale. Quindi passare alla modalità color doppler e posizionare il volume del campione della casella del cursore tratteggiato sulla punta della valvola mitrale.
Per valutare i modelli di flusso attraverso la valvola mitrale, passare alla modalità doppler dell'onda del polso e allineare il cursore della sonda doppler parallelamente alla direzione del flusso sanguigno mitralico utilizzando un angolo inferiore a 20 gradi per determinare la velocità di picco. Dopo aver salvato le immagini, scegliere il pacchetto cardiaco e scegliere il flusso della valvola mitrale. Seleziona i parametri di interesse e disegna le linee corrispondenti per ottenere le misure appropriate.
Quindi calcola l'indice di prestazione miocardica. Come dimostrato in queste immagini rappresentative della modalità B, l'arco aortico, l'arteria innominata, l'arteria carotide comune sinistra e l'arteria succlavia sinistra possono essere osservati sia nei cuori chirurgici Sham che in quelli TAC. Ma la costrizione aortica è visibile solo nei cuori TAC.
L'imaging doppler a colori e a onde di polso del flusso aortico attraverso il sito di costrizione dimostra che una TAC di successo porta a un aumento significativo della velocità del flusso a valle del sito di costrizione. Inoltre, i tracciati in modalità M di diversi cicli cardiaci da cuori operati con Sham e TAC dimostrano un aumento significativo dello spessore della parete e della dilatazione della camera nei cuori sottoposti a TAC rispetto ai cuori con chirurgia Sham di controllo. Nella vista parasternale dell'asse corto un aumento dello spessore della parete, dilatazione ventricolare, diminuzione della contrattilità e aumento della massa ventricolare sinistra sono ulteriormente evidenti nei cuori TAC.
Inoltre, in condizioni patologiche con disfunzione cardiaca diastolica o sistolica, come nei topi sottoposti a TAC, si osservano tipicamente anche una diminuzione del rapporto di velocità E e A e un aumento del valore dell'indice di prestazione miocardica all'interno della vista apicale a quattro camere. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere completata in meno di trenta minuti, se eseguita correttamente. Mentre si tenta questa procedura è importante ricordare di seguire le linee guida istituzionali sugli studi sugli animali.
Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come l'analisi sistematica per valutare ulteriormente la relazione tra pressione e volume. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica apre la strada ai ricercatori nel campo della ricerca cardiovascolare per studiare l'ipertrofia cardiaca e l'insufficienza cardiaca nei modelli animali. Dopo aver visto questo video, dovremmo avere una buona comprensione di come valutare la struttura cardiaca e i cambiamenti funzionali nei modelli animali di battiti cardiaci utilizzando l'imaging endocardiografico.
Non dimenticare che lavorare con l'isoflurano può essere pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura dovrebbero essere sempre utilizzati controlli tecnici adeguati e dispositivi di protezione individuale.
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Panoramica
Questo protocollo delinea un metodo non invasivo per valutare i cambiamenti strutturali e funzionali cardiaci in un modello murino di cardiopatia indotta da costrizione aortica trasversale (TAC). Utilizzando tecniche di imaging ecocardiografico, questo approccio consente ai ricercatori di monitorare la progressione della cardiopatia nel tempo.
Componenti chiave dello studio
Area di scienza
- Ricerca cardiovascolare
- Modelli murini di cardiopatia
- Ecocardiografia
Background
- La costrizione aortica trasversale (TAC) è un metodo comune per indurre cardiopatia nei topi.
- L'imaging ecocardiografico fornisce un mezzo non invasivo per valutare la funzione cardiaca.
- Il monitoraggio della progressione della cardiopatia è cruciale per comprendere le condizioni cardiovascolari.
- Esistono sfide nell'acquisire misurazioni ecocardiografiche accurate senza una corretta dimostrazione.
Obiettivo dello studio
- Valutare la struttura e la funzione cardiaca in un modello murino di cardiopatia.
- Fornire un metodo affidabile per monitorare la progressione della cardiopatia.
- Affrontare questioni chiave nella ricerca cardiovascolare attraverso tecniche di imaging.
Metodi utilizzati
- Applicazione di gel elettrodico sulle zampe del topo.
- Utilizzo di un pad elettrodo per l'acquisizione delle misurazioni.
- Inserimento di una sonda rettale per monitorare la temperatura corporea durante l'imaging.
- Utilizzo di ecocardiografia in modalità B e M e tecniche di imaging Doppler.
Risultati principali
- Valutazione non invasiva di successo della struttura e della funzione cardiaca.
- Monitoraggio affidabile della progressione della cardiopatia nel tempo.
- Dimostrazione dell'efficacia dell'imaging ecocardiografico in un modello murino.
- Intuition nel campo della ricerca cardiovascolare riguardanti la cardiopatia.
Conclusioni
- Il metodo di imaging ecocardiografico è efficace per valutare la cardiopatia nei topi.
- Questo protocollo può aiutare a comprendere la progressione delle condizioni cardiovascolari.
- Le tecniche non invasive sono cruciali per gli studi longitudinali nella ricerca sulla cardiopatia.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Noninvasive longitudinal monitoring of cardiac structure and function in preclinical models is essential for de-risking cardiovascular target validation and lead identification. Echocardiographic imaging in the TAC mouse model provides quantitative, repeatable readouts of hypertrophy, dysfunction, and hemodynamic stress, enabling predictive confidence in mechanistic studies. This approach supports go/no-go decisions by translating molecular interventions into functional outcomes before costly preclinical advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking molecular targets to measurable cardiac structural and functional changes.
- Operational Value: Provides reproducible, noninvasive phenotyping to reduce variability in target validation studies.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking through longitudinal tracking of disease progression and intervention effects.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Establishes standardized imaging protocols for consistent cardiac phenotyping across compound screening campaigns.
- Quantitative Outputs: Delivers dimensional, Doppler-derived, and functional metrics suitable for high-content analysis pipelines.
- Scalability: Facilitates platform reuse across multiple disease models and therapeutic areas through adaptable acquisition parameters.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Mirrors pressure-overload pathophysiology seen in human hypertensive heart disease and heart failure with preserved ejection fraction.
- Translational Continuity: Bridges discovery findings to preclinical validation by confirming target engagement via functional improvement.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs portfolio decisions by quantifying efficacy signals on ventricular remodeling and diastolic/systolic function.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the cardiovascular discovery continuum from target validation through lead optimization to preclinical efficacy assessment, providing functional anchors for molecular screening hits.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by correlating target modulation with changes in wall thickness, chamber dimensions, and contractility.
- Screening: Enables assay standardization through B-mode, M-mode, and Doppler-derived metrics that detect subtle functional shifts.
- Analytics: Generates quantitative dependent variables including ejection fraction, fractional shortening, pressure gradients, and myocardial performance index for cross-group comparison.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by validating that observed molecular effects translate to preserved or improved cardiac function.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable capability applicable to diverse etiologies of cardiac stress beyond TAC, including pharmacological and genetic models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases target validation confidence by reducing mechanistic ambiguity through direct functional readouts.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization across sites via protocolized imaging planes and measurement techniques.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by identifying ineffective candidates early, reducing late-stage attrition due to lack of cardiac efficacy.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization based on longitudinal functional trajectories rather than terminal endpoints alone.
Implementation Considerations
- Requires expertise in murine echocardiography, including probe positioning and Doppler angle alignment for accurate velocity measurements.
- Depends on high-resolution ultrasound systems with cardiac-specific software packages for wall thickness, chamber dimension, and flow analysis.
- Necessitates standardization of animal preparation (temperature control, electrode placement) and imaging protocol (left decubitus, parasternal views) to minimize inter-operator variability.
- Involves adaptation considerations when translating protocols across mouse strains, ages, or comorbid conditions affecting acoustic windows.
- Limited by technical skill dependency and the need for training to achieve consistent spectral Doppler sampling and plane alignment.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:57
Transverse Aortic Constriction Evaluation by B-Mode and Doppler Imaging
2:47
Parasternal Long Axis View in B- and M-Mode to Assess Cardiac Dimension and Contractility
4:16
Parasternal Short Axis View in B- and M-Mode to Assess Cardiac Morphology and Function
5:05
Apical Four-Chamber View in Doppler Mode to Assess Systolic and Diastolic Function
6:12
Results: Representative Morphological and Functional Post-Surgical Cardiac Assessment
7:44
Conclusion
