膀胱体積、膀胱壁厚、尿速度、空隙容積、空隙持続時間、尿道径を測定する方法として、コントラストイメージングを用いて高周波超音波の使用について説明する。この戦略は、下部尿路機能障害(LUTD)の様々なマウスモデルにおける空虚な機能不全および治療有効性を評価するために使用することができる。
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この記事について
サマリー
要約
臨床良性前立腺過形成(BPH)および下部尿路症状(LUTS)の発生率は、高齢化により増加しており、経済的および生活の質の大きな負担をもたらす。トランスジェニックおよび他のマウスモデルは、この多因子性疾患の様々な側面を再現するために開発されました。しかし、尿機能障害を正確に定量する方法と新しい治療選択肢の有効性が欠けている。ここでは、膀胱体積と壁の厚さ、尿の速度、ボイド体積と空隙持続時間、および尿道直径を測定するために使用できる方法について説明する。これは、時間の経過とともに疾患の進行と治療の有効性の評価を可能にします。マウスはイソファランで麻酔を行い、膀胱を超音波で可視化した。非コントラストイメージングの場合、膀胱の3D画像を撮影して体積を計算し、形状を評価しました。膀胱壁の厚さは、この画像から測定した。コントラスト強化イメージングのために、カテーテルはPE50チューブによって注射器に接続された27ゲージの針を使用して膀胱のドームを通して置かれた。0.5 mLのコントラストのボーラスは、排尿イベントが発生するまで膀胱に注入された。尿道直径は、最初の無効化イベント中にドップラー速度サンプルウィンドウの点で決定された。速度は、流量をもたらす後続のイベントごとに測定された。結論として、高周波超音波は、マウスの尿機能中に膀胱および尿道の測定を評価するための有効な方法であることが判明した。この技術は、実験的な設定におけるBPH/LUTSの新規治療法の評価に有用である可能性がある。
概要
良性前立腺過形成(BPH)は、年齢を加えるにつれて男性に発症し、80歳以上の男性の約90%に影響を与える疾患です1,2.BPHの発症は一般的に老化に関連しているが、肥満およびメタボリックシンドロームを含む他の要因は、比較的若い男性3、4のBPHにつながることができる。BPHを有する多くの男性は、生活の質を著しく低下させる下部尿路症状(LUTS)を発症し、出血、感染症、膀胱出口閉塞(BOO)、膀胱結石、腎不全を含む合併症を経験する。BPHの治療費は年間40億ドルを超え、5、6、7.BPHによって引き起こされるLUTSの診断は、一般に、AUA症状指数(AUASI)スコア、尿路メトリー、および前立腺サイズ8の評価の使用に依存する。BPH/LUTSの病因は複雑で多因子であり、疾患の発症と進行は前立腺過形成(前立腺増殖)、平滑筋収縮、線維症と関連している。現在の治療法には、膀胱および前立腺内の平滑筋緊張を調節するためにα-アドレナリン遮断薬を使用して、アンドロゲン代謝を減少させ、前立腺サイズを減少させる5α還元酵素阻害剤を緩和することが含まれる。より良い疾患モデル、マウスおよび他の、時間の経過とともにこの疾患プロセスにおける様々な原因および治療因子の効果の正確な研究を可能にするために、9.
げっ歯類モデルは、ウロダイナミクスを研究するために広く使用されています。しかし、ほとんどの研究は、女性のミチュリティと病気10に焦点を当てています。男性LUTSのすべての側面を完全に調べるために、げっ歯類モデルは、細胞増殖、平滑筋機能、コラーゲン沈着、および炎症11の変化を含むBPHの異なる側面を研究するために開発され、使用されてきた。12歳,13歳,14.しかし、げっ歯類とヒト前立腺解剖学は異なる。人間の前立腺はコンパクトであり、凝縮された線維筋層によって包まれますが、げっ歯類の前立腺は葉状です。これらの違いは、疾患の進行と治療の有効性の直接的な比較を複雑にします。また、LUTSはマウスでは直接測定できないため、評価が困難である。代わりに、疾患を研究するための現在の方法は、尿のレベルを比較する生理学的特徴(すなわち、膀胱体積と壁の厚さと尿路メトリー、ボイドスポットアッセイ、および嚢胞体エンドポイントデータ)と関連している。BPHモデルと対照動物12、15、16、17、18の間の機能不全。生理的特徴は死後の壊死エンドポイントとしてしばしば評価され、同じ動物の中で時間を超えてBOOを観察することができない。最近では、外因性ホルモンインプラントが死後壊死評価12に基づいて狭窄を引き起こす骨盤尿道(前立尿道)の細分化を同定した。現在の方法は、空隙中の尿道狭窄の直接的な、生体内評価を可能にしない。
超音波は、他の疾患モデルで正常に使用されている非侵襲的な診断および評価技術です。それは器官体積を定量し、血管の流れを評価するために使用される19、20、21。超音波はまた、幹細胞や他の薬物の標的注射を可能にするマイクロインジェクションを視覚化し、導くために使用され、収縮期および拡張期の心臓機能を評価する。
このプロトコルは、低尿路解剖学を評価し、麻酔マウスの尿生理学を評価するために高周波超音波の使用について説明する。膀胱体積と壁厚を測定するための超音波の使用について説明する。また、尿の速度、尿量、空隙持続時間、尿道径を測定するためのコントラスト強化超音波の使用についても説明する。超音波の使用は、生体内の下部尿路のより包括的な理解を提供し、疾患が正常な空隙機能を変更する方法を決定し、新しい治療オプションの有効性をより良く評価するためのツールを提供します。現在、非コントラストイメージングプロトコルは非端子であり、現在のコントラスト強化イメージングプロトコルは端子プロシージャである。
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プロトコル
動物の被験者を含む手順は、ウィスコンシン大学マディソン校の機関動物ケア・使用委員会(IACUC)によって承認されています。
1. 動物の準備
- 24ヶ月齢のC57Bl6/Jオスマウスを3~5%のイソルランを持つ予め充電された部屋に置き、右反射が失われ、呼吸速度が遅くなるまで。
- 必要に応じて、バリカンを使用して、手術やイメージングのために動物から腹部の毛を剃ります。脱毛クリームを使用して、残りの髪をすべて取り除きます。
- 麻酔を維持するために加熱されたプラットホームの上に2%のイソファランと鼻コーンの上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上の上にマウスを置く。ペダル離脱反射に反応して動物からの運動を失うことで麻酔の深さを確認する(図1B)。
2. 超音波セットアップ
- MV707プローブを30MHzの中心周波数でアクティブ・ポートに接続し、アプリケーションを「腹部イメージング」(図1A)にプリセットします。
- 超音波プローブを膀胱の長軸に平行に配置します(図1C)。
- 膀胱、前立腺、尿道の長軸と短軸画像はBモードで作られています(図1D)。
- "xy" マイクロマニピュレータを使用してマウスを動かします。
3. 非コントラストイメージングプロトコル
- 線形距離測定ツールを使用して膀胱壁の厚さを測定し、膀胱壁bモード後集録の外側の端を内側の端までトレースします。
- 膀胱壁の内側をトレースして輪郭を作成することにより、3D モード集録の体積ツールを使用して膀胱 3D ボリュームを測定します。その後、複数の輪郭が膀胱の厚さを通して生成され、体積が計算されます。
4.マイクロバブルコントラストリサスペンション/活性化
- 45秒の渦ミキサーで振ることによって造影剤(例えば、DEFINITY)を活性化し、マイクロバブルを溶液中に封入する。この手順は、最適なコントラスト強化に不可欠です。
5. カテーテル挿入
- マウスを麻酔し、加熱されたプラットフォームにテープで留め、皮膚および腹壁を通してまっすぐな鋭い/鈍いはさみを使用して中線切開で膀胱を露出させる。
- 柔軟なポリエチレンチューブ(PE 50)によって注射器に接続された27ゲージの針を膀胱に挿入します。チューブに生理食生を充填し、膀胱に気泡が注入されないようにします。
6. コントラスト強化イメージングプロトコル
- 針の配置を確認するには、超音波で観察されている間、膀胱に生理生理生理生理を10μLを注入する。
- 尿道は通常崩壊するので、生理食生の注射器をコントラストを含む注射器に置き換え、尿道壁および無効化イベントの視覚化を改善する。尿道の完全な長軸ビューが得られ、画像が保存されたら、プローブを90°回転させて短軸ビューとMモード画像を得ます。
- 排尿イベントが発生するまで、3秒あたり0.5mLのマイクロバブルのボラスを膀胱に注入する。
- 最初のボイド イベント中に、線形距離ツールを使用してドップラー速度サンプル ウィンドウの点で尿道直径を測定し、エッジからエッジを測定します。
- 尿道を適切に配置すると、尿道に対するプローブの角度を付けて尿の流れとより平行になる。
- 膀胱にマイクロバブルの第2のボーラスを注入し、速度時間積分(VTI)ツールを使用してイベント速度を測定します。
- データ収集後、子宮頸部脱臼でマウスを安楽死させる。
7. データの計算と分析
- 記録された画像をトレースして速度を測定する VTI ツールを選択します。
- リーディングエッジからリーディングエッジの規則を使用して、BモードまたはMモード画像から尿道の直径を測定します。
- 上記で得られた画像測定値を用いて、次の式(CSA)を使用して断面面積(CSA)を計算します。
- 尿道のCSAを使用してボイド体積を計算し、ドップラートレース(速度時間積分)(CSA x VTI =体積)の下の領域で乗算します。
- 立方センチメートルの密度あたり1グラムを想定して、実際の空き尿量を計算します。
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結果
超音波は、実験設計とエンドポイント測定に応じてコントラスト強化の有無にかかわらず使用できます。マウスはイソファランで麻酔され、剃毛し、脱毛クリームで毛髪のすべての痕跡を除去する。麻酔動物は、膀胱の長い軸に沿って配置された超音波プローブを備えた加熱されたプラットフォーム上に置かれる(図1)。
図2は、造影剤なしで獲得したマウス膀胱の代表的な超音波画像を示す。膀胱壁は高エコー(白色)であり、膀胱壁の厚さはソフトウェア測定パッケージを使用して測定されます。膀胱表面投影をレンダリングして、膀胱の容積、壁の厚さ、および壁の容積を決定することができます(表1)。
コントラスト強化された膀胱および下部尿路イメージングのために、カテーテルを注入された膀胱およびマイクロバブルに挿入しなければならない。最適なイメージングを行うには、製造元のプロトコルごとにマイクロバブルをアクティブにすることが重...
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ディスカッション
げっ歯類の下部尿路を評価するための現在の技術は、疾患の進行に起伴する前立腺機能学の変化と空虚な生理学の変化を直接相関させる能力によって制限される。ボイドスポットアッセイおよび泌尿器下関は、げっ歯類における自発的な排尿事象を評価するために使用することができ、これらの技術は、15、16、17の期間にわたる変化を評価するために使用することができる。しかし、両方の技術のために、膀胱の満腹度は、テストの開始前に評価することはできません。また、排尿の変化は、病気の進行の直接的な結果ではなく行動によって起こり、排尿に対する疾患の影響を判断することが困難になる可能性があります。嚢胞体は、げっ歯類における膀胱機能障害を評価するための別の技術で、膀胱機能16の生体内評価を提供することができる。しかしながら、げっ歯類前立腺のボイド機能に対する動的効果は明らかではない。これまでの研究では、改変された空隙
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開示事項
著者は開示するものが何もない
謝辞
エミリー・リック、クリステン・ウヒトマン、リック・ラボの動物飼育とこの原稿に対するフィードバックに感謝します。U54 DK104310(WAR、JAM、PCM、CMV、DEB)、R01 ES001332(WAR、CMV)、K12 DK100022(TTL、AR-A、DH)の財政支援に感謝します。内容は著者の単独の責任であり、NIHの公式見解を表すものではありません。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 21mm透明チューブ | Supera麻酔Innov | 301-150 | |
| 27ゲージ針 | BD | Z192376 | |
| 4ポートマニホールド | Supera麻酔Innov | RES536 | |
| DEFINITY | Lantheus Medical Imaging | DE4 | |
| F / AIRキャニ | スターSupera麻酔Innov | 80120 | |
| Graefe鉗子(鋸歯状、ストレート) | F.S.T. | 11050-10 | |
| インレット/アウトレット継手 | Supera 麻酔 Innov | VAP203/4 | |
| イソフルラン | 中西部獣医供給 | 193.33161.3 | |
| イソフルラン気化器 | Supera 麻酔 Innov | VAP3000 | |
| MV707 プローブ | 富士フイルム VisualSonics Inc | ||
| 酸素流量計 | Supera 麻酔 Innov | OXY660 | |
| ポリエチレン 50 チューブ | BD | 427516 | |
| 圧力 Reg/ゲージ | スーパーア麻酔 Innov | OXY508 | |
| 再呼吸回路 | スーパ 麻酔 Innov | CIR529 | |
| スモールマウス ノーズ コーン | スーペリア麻酔 Inov | ACC526 | |
| 滅菌生理食塩水 | 中西部獣医 供給 | 193.74504.3 | NaCl 0.9%、注射可能 |
| ストレートシャープ/ブラントハサミ | ファインサイエンティフィックツール(F.S.T) | 14054-13 | |
| リンジ | BD | 309646 | 5mL |
| Vevo 770 | フイルムVisualSonics | ||
| VIALMIX | ランテウスメディカルイメージング | VMIX |
参考文献
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