심근 구조, 기능의 생체 양적 평가에서 관류 및 생존 능력은 심장 마이크로 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여

이 절차의 전반적인 목표는 마우스 심근 허혈 모델에서 전신 및 국소 심근 기능을 평가하기 위해 내재적 심폐 게이팅(intrinsic cardio respiratory gating) 영상 촬영에 고속 마이크로 컴퓨터 단층촬영(micro-computed tomography)을 사용하는 방법을 시연하는 것입니다. 이 방법은 전신 및 국소 심근 기능에 병리학적 영향이나 잘못된 치료의 영향이 무엇인지와 같은 심장 병태생리학의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 전문가가 아니더라도 쉽게 수행할 수 있으며, 가장 중요한 심장 파라미터들에 대해 신속하고 종단적인 비침습적 평가를 제공한다는 점입니다.

이 기술의 함의는 심혈관 질환의 치료로까지 확장됩니다. 또한 심장 질환 발생에 대한 심층적인 통찰을 얻기 위한 전임상 도구로 활용될 수 있습니다. 해당 절차의 시연은 저희 실험실의 테크니션인 Nicole van Vliet과 박사후 연구원인 Elza van Deel, 그리고 또 다른 테크니션인 Yanto Ridwan이 진행하겠습니다.

12주령 마우스의 두 번째와 세 번째 갈비뼈 사이 피부에 작은 절개를 내는 것으로 시작합니다. 그다음 작은 갈고리를 사용하여 가슴 근육을 옆으로 당겨 늑간근을 노출시킵니다. 이어서 2mm 곡선형 블레이드 스프링 가위를 사용하여 폐에 손상을 주지 않도록 주의하며 세 번째 늑간근을 조심스럽게 절개합니다.

그 다음 포셉을 사용하여 심낭을 절개하고, 젖은 거즈 조각을 이용해 폐를 옆으로 밀어냅니다. 흉곽 내측으로 후크의 위치를 조정하여 좌심실 자유벽의 넓은 부분과 좌심방의 일부가 보이게 합니다. 그런 다음 좌심방을 기준으로 좌관상동맥의 위치를 찾아 7-0 실크 외과용 봉합사를 좌관상동맥 아래로 삽입하고, 경색 크기를 표준화하기 위해 좌심방 가장자리에서 2 mm 아래 지점에 봉합사를 묶습니다.

좌심실 자유벽의 창백해짐을 통해 경색 유도가 성공적으로 이루어졌음을 육안으로 확인한 후, 폐를 조심스럽게 다시 팽창시키고 6-0 실크 외과용 봉합사로 흉부를 단단히 폐쇄합니다. 식염수로 상처 부위를 세척하고 실크 봉합사를 추가로 사용하여 피부를 봉합한 다음, 치유를 촉진하고 감염을 방지하기 위해 상처 분무제를 도포합니다. 그 후 마우스가 완전히 회복될 때까지 가열 패드가 깔린 케이지에 넣어 둡니다.

수술 3~4시간 후, microCT 스캐너를 켜고 microCT 제어 소프트웨어를 실행하여 x-ray tube를 예열합니다. 그런 다음 요오드성 조영제 용기의 고무 마개를 70% alcohol로 소독하고, dead space가 적은 주사기를 사용하여 동물의 체중 1g당 5~10 µL의 조영제를 흡입합니다. 공기 방울을 제거한 후, 마취된 마우스의 꼬리를 70% alcohol로 닦아내고 열을 가해 꼬리 정맥을 확장시킵니다.

조영제를 꼬리 외측 정맥에 주입하십시오. 제어 소프트웨어에 라이브 모드 버튼이 나타나면 X선 튜브가 준비된 것입니다. 소구경 커버와 소동물 베드를 삽입하십시오.

데이터베이스 창에서 새 데이터베이스 버튼을 클릭하고 새 데이터베이스의 이름을 입력합니다. 대화 상자가 나타나면 찾아보기 버튼을 클릭하고 데이터베이스가 저장될 드라이브로 이동합니다. 그런 다음 확인을 클릭하여 데이터베이스 창에 새 데이터베이스가 생성되었는지 확인합니다.

스캔 조건을 설정하려면 적절한 파라미터를 선택하십시오. 이제 마취 후 주입이 완료된 마우스를 스캐너의 동물 베드 위에 놓고, 기기 도어를 오른쪽으로 밀어 안전 인터락을 작동시킵니다. 라이브 모드 버튼을 클릭하여 피험자를 실시간으로 확인하고 X 캡처 창과 동물을 관찰하십시오.

스테이지 Z축 제어의 앞뒤 버튼을 눌러 마우스의 가슴 부위가 시야 내에 들어올 때까지 동물 베드를 이동시킵니다. 그다음 동물 베드 제어의 좌우 화살표를 사용하여 동물을 파란색 경계 상자 내에 위치시킵니다. 제어 소프트웨어 창의 회전 제어 드롭다운 목록에서 90을 선택하고 설정 버튼을 클릭하여 갠트리를 회전시키며, 이때 동물이 X 캡처 창의 파란색 경계 상자 내에 계속 유지되는지 확인합니다.

X 캡처 창에서 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하여 심폐 관심 영역(ROI)의 크기를 조정하십시오. 동기화 뷰에서 심폐 트레이스가 명확하게 보이도록 가장자리를 드래그합니다. 홈 위치 버튼을 누르고 심폐 관심 영역의 크기를 다시 조정하십시오.

모든 갠트리 위치에서 관심 영역(region of interest)이 횡격막과 심장의 첨부(apical portion)를 포함하는지 확인하십시오. 그런 다음 갠트리를 90도 회전시켜 심폐 추적선(cardiorespiratory traces)이 여전히 명확하게 보이는지 확인하십시오. 동물이 적절한 위치에 오면 CT scan 버튼을 클릭하여 획득을 시작하십시오.

CT 스캔 확인 메시지가 나타납니다. '예'를 클릭하십시오. 빨간색 X-선 활성화 표시등이 켜지면서 기기가 작동하고 스캔이 시작됩니다.

스캔이 끝나면 2D 뷰어 소프트웨어에서 재구성된 횡단면, 관상면 및 시상면 영상을 관찰하십시오. 마지막으로, 동물을 스캐너에서 꺼내어 완전히 회복될 때까지 모니터링하십시오. 여기에서는 심근경색이 있는 마우스 심장의 대표적인 혈액 풀 단축-수축기 말 및 이완기 말 횡단면 영상이 제시되어 있습니다.

이 이미지들에서 심근경색이 없는 마우스 심장의 단축-종축 이완기 말 및 수축기 말 횡단면은 배경 노이즈가 거의 없이 매우 뛰어난 좌심실강 윤곽을 보여줍니다. 좌전하행관상동맥 결찰을 시행한 마우스 심장의 단축 영상에서 심근경색에 해당하는 조영제 희석 영역이 뚜렷하게 구분되어 나타나는 점에 주목하십시오. 반면, 가짜 수술(sham-operated)을 받은 동물에서는 그렇지 않습니다.

미국심장협회(American Heart Association)의 17분할 모델에 따르면, 좌심실은 기저부, 중간강 및 심첨부 단축 단면으로 세분화할 수 있습니다. 이 대표적인 원주형 폴라 플롯(polar plot) 디스플레이에서, 가짜 수술을 받은 동물과 비교했을 때 심근경색 마우스의 중간 전벽, 중간 하측벽, 중간 전측벽, 심첨 전벽 및 심첨 측벽 분절에서 서로 다른 관류 양상이 명확하게 관찰됩니다. 숙련되면 심근경색 유도는 45분 이내에 완료할 수 있으며, 이후의 microCT 영상 촬영에는 4시간이 소요됩니다.

이 절차를 수행할 때 심장 기능 성능은 마취의 종류와 정도에 따라 달라진다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 따라서 정확한 측정을 위해 영상 획득 동안 심박수를 가능한 한 생리적 상태로 유지해야 합니다. 이 기술은 개발 이후 약리학 분야의 연구자들이 마우스에서 중재 전략을 탐구하고, 단계별 치료 전략이 질병 진행에 미치는 영향을 분석할 수 있는 길을 열어주었습니다.

이 영상을 시청하고 나면 심근경색 수술에 대해 충분히 이해하고, 요오드 기반 혈액 풀 조영제와 함께 고속 microCT 시스템을 사용하는 방법을 익히게 될 것입니다. Isoflurane을 사용하는 것은 위험할 수 있으며, 이 절차를 수행하는 동안에는 항상 적절한 환기와 같은 예방 조치를 취해야 함을 잊지 마십시오.