ネズミの胎児心エコー検査

本実験の全体的な目的は、高周波超音波診断装置を用いて、子宮内における心臓の構造と機能を研究することです。これは、母動物に適切な鎮静処置を行い、準備を整えることで達成されます。次のステップとして、子宮角内にある胎児を特定します。

次に、Bモード、Mモード、およびパルスドプラデータを取得します。構造的または機能的な異常を特定し定量化するため、遺伝子改変を施したマウス胎児の生体内における心臓構造および機能を示す結果を得ます。組織病理学などの既存の手法に対するこの技術の主な利点は、胎児心エコー検査によって心機能に関するリアルタイムの知見が得られ、生体内で心臓の構造的欠損を特定できる可能性があることです。

まず、導入チャンバー内で2～3%のisof fluorineを用いてマウスを麻酔し、イメージングの準備を行います。麻酔後のマウスを、体温を維持するためにECGリードが組み込まれたヒートパッドの上に仰臥位で置き、足先をテープで固定します。マウスをチャンバーから出し、バリカンを用いて胸部中央から下肢にかけての被毛を剃毛します。

除毛クリームを使用して、残っている体毛を除去します。次に、処置全体を通して安定した鎮静レベルを維持するため、鼻先を麻酔システムに接続されたノーズコーンに入れます。心拍数を毎分 450 ± 50 回の目標値に維持するように、麻酔レベルを調整してください。

次に、4つの足に電極用ゲルを塗布し、ECG電極にテープで固定します。続いて、マウスの直腸にプローブを潤滑剤を用いて慎重に挿入し、ヒーティングパッドを介して体温をモニタリングできるようにします。体温は 37 °C ± 0.5 °C の範囲内に維持してください。

母体と胎児の両方の血行動態を安定させるには、制御された麻酔と一定の体温維持が不可欠です。まず母体の膀胱を指標としてイメージングを開始し、Z方向のマニピュレーターを調整した後、XY方向のマニピュレーターを調整します。左子宮角にいる胎児をL1、L2、L3とラベル付けします。

一方、右子宮管にあるものはR1、2、3とラベル付けします。胚の場所を記録しておくことは、胚を回収する際に有用です。イメージング後、腹部の深い位置にある胚をスキャンして存在を確認しますが、解像度が低いため、データ解析からは除外してください。

スキャン平面に対するマウスの向きを変えることで、スキャン平面を修正します。各胚について、互いに直交する2つの平面で画像を取得します。腹腔内における子宮の位置によって、斜断面に限定される場合もありますが、横断面、前頭面、および矢状面に近い視野を得るようにしてください。

走査Bモード画像を用いて、心房、室中隔、心室腔、および左右の心室流出路などの基本的な心臓構造を特定します。次に、短軸像からMモード画像を取得し、それらを用いて心室壁の厚さと心室腔の寸法を測定します。続いて、左心室と右心室を可視化します。

エコー源性の胚血流によって可視化された血流ストリームが形成されるため、僧帽弁口にドップラーサンプルボリュームを正確に配置することが可能になります。心尖四腔像の左室長軸像を用いて、僧帽弁からの左室流入速度を測定します。大動脈流出路の測定を用いて、収縮期駆出時間を測定します。

1つの血流サイクルから次の血流サイクルまでの測定値から心拍数を算出します。走査Bモード画像を用いて、心室中隔欠損などの一般的な構造的先天性異常を確認します。心室内のドップラーサンプルボリュームを使用して、心室中隔を横切る血流を特定します。

右心室機能の代表的な評価例をここに示します。胚齢14.5日における心臓の長軸像および四腔像の2D心エコー図の代表的な画像です。Mモードのトレースが表示されており、拡張期を小文字のD、収縮期を小文字のSで示し、左心室および右心室の内径を線で明確に示しています。また、心室中隔（IVS）もここに可視化されています。

胚齢14.5日の心臓を心尖部四腔像で捉えた2D心エコー図の代表的な画像を示す。左心房と左心室腔が青色で囲まれている。ここでは、僧帽弁流入血流を記録するためのパルスドプラ法サンプルボリュームの代表的な配置位置を示しており、ここから得られる僧帽弁流入ドプラ波形により、拡張早期速度（E波）および心房収縮期速度（a波）を測定することができる。

ここに代表的な大動脈ドップラー波形を示します。大動脈ドップラー噴流を用いて駆出時間を測定できます。また、ある血流サイクルから次のサイクルまでの測定から心拍数を算出することも可能です。

ここでは、心室中隔欠損症（VSD）モードによる代表的な検出例を示します。胎生14.5日目の心臓を心尖側四腔像で捉えた画像です。右心室腔と左心室腔がそれぞれ青色と赤色で囲われています。ここで示されている心室中隔の存在に注目してください。これは、画像化した心臓のヘマトキシリン・エオジン（H&E）染色による横断面図です。

これは、白矢印で示された心室中隔欠損（VSD）を有する胚齢14.5日の心臓のBモード画像です。ここでは、右心室腔と左心室腔がそれぞれ青色と赤色で囲まれています。この画像化された心臓のヘマトキシリン・エオジン染色による横断面図がここに効果的に示されています。

こちらは、矢印で示された心室中隔欠損を有する胚齢14.5日の心臓のBモード画像であり、室間中隔を横切る血流を記録するためにパルス波ドプラのサンプルボリュームが重畳して配置されています。こちらは前図の代表的なドプラ波形であり、心室中隔形成後の左心室から右心室への血流を示しています。この手法は、心臓発生分野の研究者が、心室中隔形成前の心機能を探索するための道を切り開きました。