マウスの右心の心エコー評価
2013年11月27日
この記事では、マウスの右心室の大きさや肺高血圧症の心エコー評価のためのプロトコルを提供します。アプリケーションでは、心筋症および肺血管疾患のトランスジェニックおよび毒素誘発マウスモデルにおける表現型の決定およびシリアル評価を含める。
この手順の全体的な目標は、心エコー検査を使用して、マウスの右心室のサイズと機能、および肺血管疾患の有無と重症度を評価することです。これは、まずマウスと心エコー検査装置を配置して最適なイメージングを行うことで実現します。2番目のステップでは、右心室のサイズが決定されます。
次に、肺動脈を通る血流を測定して、右心室機能を評価します。最後のステップである肺動脈のサイズと肺の加速度では、肺血管疾患の程度を評価するために時間を測定します。最終的に、右心室機能障害と肺血管疾患の存在と重症度は、心エコー検査によって決定されます。
この技術の主な利点は、右心カテーテル法のような既存の方法よりも、心エコー検査が非侵襲的であり、この技術を連続して示すことができることです ニッキー・ピナー、私たちの研究室の研究助手です。手順を開始する前に、超音波トランスデューサーに欠陥がないか調べてください。気泡が観察された場合は、トランスデューサーヘッドの右側にあるネジを取り外し、26ゲージの針で穴から滅菌水を追加します。
次に、ソフトウェアを開き、ドロップダウンメニューから心臓パッケージと適切なトランスデューサーを選択します。[初期化] をクリックしてプローブを初期化し、人口統計画面でオペレーターの animal と日付を選択します。開始するには開始をクリックしてください プログラムは、角膜の損傷を避けるために麻酔後にマウスの目に少量の潤滑軟膏を塗布し、脱毛クリームを使用して動物の胸部から毛を取り除きます。
脱毛後に肌の保湿剤を塗ります。次に、マウスを摂氏37度に設定された加熱されたテーブル上の腹側背位に置き、4つの足すべてをそっとテープで留めます。10セント硬貨サイズの形質導入ジェルを胸部に塗布して、胸骨傍の長軸ビューで動物を画像化します。
まず、超音波トランスデューサーをレールシステムのマウント内の所定の位置にブロックします。次に、機器を反時計回りに10度回転させて、トランスデューサーの金属プローブが心臓の真上にくるようにします。次に、レールシステム上にあるx軸とy軸を、正しいビューが得られるまで操作します。
次に、Bモードを選択してAの2Dライブ画像を投影するか、モニターに次の解剖学的構造を表示します。正常な右心室、正常な心室中隔、頂点、正常な左心室、および左心室の後壁。次に、マウスを使用して、左心室が収縮期になり、大動脈が最大直径になるまで、画像の下部にあるビデオループを引き戻します。
スキャンボタンをクリックすると、画像がフリーズし、大動脈の1つの直径測定値が得られます。フレームストアボタンをクリックして測定値を保存します。最後に、[C store] をクリックしてビデオ ループを作成し、傍胸骨短軸ビューで動物をイメージします。
探触子を横方向の3時位置と9時の位置に再配置します。次に、トランスデューサーマウントを少しゆるく傾け、金属プローブを水平に胸骨の真上に配置して、大動脈と左心室の内腔の最適な視界を実現します。左心室、内腔、前外側および後内側乳頭筋が見えるまで、レールシステム上のXおよびYAEを操作します。
次に、大動脈の半月弁が焦点が合うまで、乳頭筋の視点からY軸クランをさらに操作します。弁のすぐ上の大動脈を最大直径で測定し、主肺動脈が分岐するまでx軸とy軸を再度操作します。次に、画像をフリーズして、収縮期の肺動脈測定値を取得します。
次に、PWモードを選択して、大動脈を通る血流のドップラー読み取りを生成します。次に、サンプル量を大動脈弁のレベルのすぐ上に配置します。密集した白い境界線と黒い内部を持つ三角形のドップラー エンベロープが実現されたら、画像をフリーズして、ドップラー エンベロープの境界をトレースします。
速度時間積分測定値を計算するには、システムコンソールにある角度ノブを時計回りに回して、モニターの右上にある画像に見られるセグメント化された黄色の線が0度になるまで回します。次に、サンプル量を右心室流出路の中央にある肺動脈弁のレベルに近位に配置し、示したように速度時間積分測定を繰り返します。Bモードを再開し、トランスデューサの位置を変更してリファレンスを取得します。
乳頭状筋のレベルで左心室の断面図を表示します。次に、Mモードを選択して連続ビデオフィードを生成し、画像をフリーズします。必要に応じて、呼吸が発生していないポイントまでビデオループを引き戻し、斜線アイコンを使用して次の測定値を取得します。
左心室と拡張期寸法の 3 つの測定値、および左心室と収縮期寸法の 3 つの測定値。次に、心臓のアイコンをクリックして、左心室後壁の収縮期ピークから収縮期ピークまでの心拍数を測定します。次に、ビームモードで、sin storeボタンをクリックして、短いパラ胸骨軸ビューのビデオループを記録します。
最後に、ファイルに移動し、[スタディの参照]を選択して測定値を要約します。次に、[セッションの終了]、[セッションデータのコミット]の順にクリックし、データをCSVファイルとしてエクスポートして後で分析します。この最初の図では、マリアンの解剖学の代表的な心エコー画像がここに示されている。
正常な解剖学的構造を持つマウスの心臓の傍胸骨長軸図を観察することができます。この画像では、解剖学的構造は胸骨の短軸に沿って見られます。この 2 番目の画像では、右心室が拡大していることに注意してください。
このプロトコルの主な目標は、右心室のサイズと機能を定量化し、肺血管系がどの程度病気になっているかを理解することです。右心室のサイズは、胸骨の長軸ビューごとに最適に評価され、Mモードを使用して自由壁から心室中隔までの距離として測定されます ちょうど示したように、この画像はコントロールマウスの正常サイズの右心室を示しています。ここで、肺動脈バンディングを受けたマウスの重度の右心室拡大がマウスで観察されます。
人間のように右心室の機能に関する通常の指標を正確に測定することは不可能です。しかし、脈波ドップラーを用いて右心室流出路のレベルでの速度時間積分と肺動脈の直径を測定することで、右心室一回拍出量を推定することができます。右心室速度時間積分は、ヒトの肺動脈加速時間を測定することにより肺動脈圧を推定するためにさらに調べることができ、肺動脈加速時間は、肺動脈圧を高または低として二分するために使用され、三尖弁逆流ジェットが存在しない場合の肺動脈圧を推定するために使用され得る。
一度習得すれば、このテクニックは15分で実行できます。
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概要
本記事では、マウスにおける右心室サイズおよび肺高血圧症の心エコー図検査による評価プロトコルを提供します。この手法により、心筋症および肺血管疾患のさまざまなマウスモデルにおいて、表現型の決定および経時的な評価が可能になります。
研究の主要構成要素
科学分野
- 心血管研究
- 疾患マウスモデル
- 心エコー検査
背景
- 右心室のサイズと機能は、肺血管疾患を評価する上で極めて重要です。
- 超音波心電図検査は、小動物で使用される非侵襲的な画像診断技術です。
- 右心室機能不全を理解することは、心筋症の研究において不可欠です。
- マウスモデルは、ヒトの心血管疾患に関する貴重な知見を提供します。
研究目的
- マウスの右心室のサイズおよび機能を評価すること。
- 肺血管疾患の有無および重症度を評価すること。
- 遺伝子組換えモデルおよび毒素誘発モデルにおける表現型決定を容易にすること。
使用した手法
- 最適なイメージングを行うためのマウスと心エコー装置の配置。
- 右心室のサイズの決定。
- 肺動脈を通過する血流の測定。
- 肺動脈のサイズおよび加速時間の評価。
主な結果
- 本プロトコールにより、右室機能不全の正確な評価が可能になります。
- 肺血管疾患の重症度に関する知見を得ることができます。
- 結果は、さまざまなモデルにおけるフェノタイプの決定に利用可能です。
- 連続的な評価を行うことで、時間経過に伴う疾患の進行を追跡できます。
結論
- 心エコー検査は、マウスの右心室のサイズと機能を評価するための有効なツールです。
- この手法により、肺血管疾患への理解が深まります。
- 本プロトコールは、心筋症に関わるさまざまな研究コンテキストに適用可能です。
よくある質問
業界における重要性
マウスモデルにおける右室機能および肺血管疾患の正確な評価は、心血管系標的の妥当性確認や治療薬スクリーニングにおけるリスク低減に不可欠です。本心エコーグラフィプロトコルは、PAHモデルにおける表現型の重症度を定量化するための非侵襲的かつ連続的な測定方法を提供し、初期探索段階におけるデータに基づいたゴー/ノーゴー判定を可能にします。臨床的な心エコーグラフィとのトランスレーショナルな整合性により、標的結合への予測精度が高まり、メカニズムに基づいたバイオマーカーの開発が促進されます。
バイオ医薬品R&Dにおける戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値： 右心室の拡大と機能不全を肺血管病理の表現型リードアウトとして定量化することで、治療仮説の検証を可能にする。
- 運用的価値： 再現性のある定量的な指標（RVサイズ、一回拍出量、肺動脈加速時間）を提供し、遺伝的または毒性物質誘発モデル間での客観的な比較を可能にする。
- 予測的価値： 分子レベルの摂動（例：BMPRII変異）を、ヒトのPAHの病態生理に関連する機能的な血行動態の結果に結びつけることで、ターゲットの信頼性を裏付ける。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- アッセイの準備： 疾患修飾スクリーニングにおける治療候補薬の連続的なモニタリングのための標準化されたイメージングワークフローを確立します。
- 定量的出力： 用量反応解析に適した連続的な血行動態パラメータ（1回拍出量、心拍出量、推定肺動脈圧）を算出します。
- 拡張性： 短い撮像時間（約15分）であり、オペレーターへのトレーニングも最小限で済むため、中スループットの前臨床評価パイプラインへの統合が可能です。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 疾患との関連性： PAHの主要な臨床症状である右心室機能不全を直接的にモデル化しており、血管拡張剤または抗増殖化合物のメカニズム的なリスク低減が可能になります。
- トランスレーショナルな連続性： 臨床的なPAH評価と同じ画像診断法（心エコー検査）を使用しているため、バイオマーカーおよびターゲット検証からヒト研究への橋渡しが強化されます。
- リスク調整後の進展： 右心室および肺動脈の指標を縦断的に追跡することで、GLP試験前の化合物の有効性および安全性プロファイリングに関する情報に基づいた意思決定をサポートします。
パイプラインおよびワークフローの統合
この手法は、ターゲットのバリデーションからリード最適化に至る創薬の連続的なプロセスに適合し、心血管疾患モデルにおける分子レベルの知見に対して、機能的な表現型による裏付けを提供します。
- 探索生物学：遺伝子型（例：BMPRII機能不全）を測定可能な右心室および肺血管表現型に関連付けることで、パスウェイの解明を促進します。
- スクリーニング：in vivoでの信頼性の高い化合物スクリーニングを可能にする、アッセイに適した再現性のある血行動態の読み取り値を提供します。
- 分析：1回拍出量、心拍出量、および肺加速時間を算出します。これらは、群間統計比較およびEC50/IC50決定のための定量的なパラメータとなります。
- トランスレーショナルリサーチ：臨床心エコー図のエンドポイントと一致しており、バイオマーカーの適格性確認および作用機序の検証をサポートします。
- エンタープライズでの再利用：複数のPAHモデル（遺伝的、毒素誘発、結紮）で再利用可能であり、他の右心・肺血管疾患のコンテクストにも適応可能です。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 右心構造と肺血管機能を非侵襲的に直接可視化することで、メカニズム的な曖昧さを軽減する。
- 運用の価値： ラボ間およびタイムポイント間での標準化と再現性を確保し、表現型評価におけるばらつきを最小限に抑える。
- 戦略的価値： 効果のない化合物を早期に検出することを可能にし、in vivoでのターゲット結合の不足による後期段階での失敗リスクを低減させることで、資本効率を向上させる。
- ポートフォリオへの影響： 疾患修飾およびターゲットバリデーションの信頼性に関する客観的な縦断的データを提供し、リスク調整後の優先順位付けに寄与する。
実施上の検討事項
- マウスの心エコー図検査および心臓解剖学に関する専門知識が必要です。
- ドップラー法およびMモード機能を備えた高周波超音波診断装置に依存します。
- 信頼性の高い画像を得るためには、動物の準備（麻酔、温度管理、ポジショニング）を一定にする必要があります。
- 画像取得中の呼吸数および心拍数の変動を考慮しなければなりません。
- 三尖弁逆流がない場合は、肺動脈圧の推定に限定されます。確定的な圧力定量化には、補完的な手法が必要となる場合があります。
