In vivo kwantitatieve beoordeling van myocard structuur, functie, perfusie en levensvatbaarheid Met behulp van Cardiac Micro-computertomografie
16 februari 2016
Deze methode beschrijft het gebruik van Quantum Micro-Computed Tomography (MicroCT) om de hartmorfologie, functie, perfusie, metabolisme en levensvatbaarheid te beoordelen met behulp van een gejodeerd contrastmiddel bij muizen met experimenteel geïnduceerde myocardischemie. De techniek kan worden toegepast voor niet-destructieve, longitudinale in vivo beeldvorming met hoge doorvoer van verschillende diermodellen van menselijke hartaandoeningen.
Het algemene doel van deze procedure is om het gebruik van hogesnelheids micro-computed tomografie in de beeldvorming van intrinsieke cardio respiratoire gating te demonstreren om globale en regionale myocardfuncties te evalueren in een muismodel voor cardiale ischemie. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in de cardiale pathofysiologie te beantwoorden, zoals wat zijn de effecten op pathologie of van slechte behandelingen op globale en regionale myocardfunctie? Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een snelle, longitudinale, niet-invasieve evaluatie van de belangrijkste cardiale parameters biedt die gemakkelijk uitgevoerd kan worden door niet-experts.
De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar de therapie van cardiovasculaire aandoeningen. Het kan worden gebruikt als een preklinisch hulpmiddel om geavanceerde inzichten in de ontwikkeling van hartziekten te verkrijgen. De procedure zal worden gedemonstreerd door Nicole van Vliet, een technicus, evenals Elza van Deel, een post-doc en Yanto Ridwan, een andere technicus uit ons lab.
Begin met het maken van een kleine incisie in de huid van een 12 weken oude muis tussen de tweede en derde ribben. Gebruik vervolgens kleine haken om de borstspieren opzij te trekken om de intercostale spieren bloot te leggen. Gebruik vervolgens gebogen twee millimeter bladveertang om voorzichtig door de derde intercostale spier te snijden zonder de longen te beschadigen.
Gebruik vervolgens forceps om het pericard te scheuren en gebruik een stuk nat gaas om de longen opzij te duwen. Plaats de haken opnieuw aan de binnenkant van de thorax zodat een groot deel van de vrije wand van de linker ventrikel en een deel van het linker atrium zichtbaar zijn. Gebruik vervolgens het atrium om de linker kransslagader te lokaliseren en breng een zeven nul zijde chirurgische hechting onder de linker kransslagader aan en knoop de hechting twee millimeter onder de rand van het linker atrium om de infarctgrootte te standaardiseren.
Nadat u visueel de succes van de infarctinductie hebt bevestigd door het bleken van de vrije wand van de linker ventrikel, blaas de long voorzichtig opnieuw op en sluit de borst strak met een zes nul zijde chirurgische hechting. Reinig de wond met fysiologisch zout en gebruik meer zijdedraad om de huid te sluiten, gevolgd door het aanbrengen van wondspray om genezing te stimuleren en infectie te voorkomen. Plaats de muis vervolgens in een kooi op een verwarmingspad totdat deze volledig is hersteld.
Drie tot vier uur na de operatie zet u de microCT scanner aan, opent u de microCT controlesoftware en warmt u de röntgenbuis op. Behandel vervolgens de rubberen flesstop van een jodeerbare contrastmiddelcontainer met 70%alcohol en gebruik een laag dode ruimte spuit om vijf tot 10 microliter van het middel per gram lichaamsgewicht van het dier te trekken. Na het verwijderen van de luchtbellen, veegt u de staart van de anesthetiseerde muis met 70%alcohol en verwarmt u de staaraderen.
Injecteer het contrastmiddel in een laterale staarader. Wanneer de live mode knop in de controlesoftware verschijnt, is de röntgenbuis klaar. Plaats de kleine buisdeksel en het kleine dierenbed.
Klik op de nieuwe database knop in het databasevenster en voer een naam in voor de nieuwe database. Wanneer het dialoogvenster verschijnt, klikt u op de browse knop en navigeert u naar de schijf waar de database zal worden opgeslagen. Klik vervolgens op OK en observeer de nieuwe database in het databasevenster.
Om de scancondities in te stellen, selecteert u de juiste parameters. Plaats nu de geïnjecteerde, verdoofde muis op het dierenbed in de scanner en schuif de instrumentdeur naar rechts om de veiligheidsvergrendeling te activeren. Klik op de live mode knop om het onderwerp in realtime te bekijken en observeer het X capture venster en het dier.
Door op de voor- en achteruit knoppen van de Z-as controle van de stage te drukken, beweegt u het dierenbed totdat de borst van de muis zich binnen het gezichtsveld bevindt. Gebruik vervolgens de links- en rechtspijlen van de dierenbedcontrole om het dier binnen het blauwe omgrenzingsvakje te positioneren. Selecteer 90 uit de vervolgkeuzelijst voor rotatiecontrole in het controlesoftwarevenster en klik op de set knop om de gantry te draaien en ervoor te zorgen dat het dier binnen het blauwe omgrenzingsvakje van het X capture venster blijft.
Klik in het X capture venster met de linkermuisknop op de muis om het cardio-respiratoire interessegebied te hergroeperen. Trek aan de randen zodat de cardio-respiratoire sporen duidelijk zichtbaar zijn in de synchronisatieweergave. Druk op de home positie en hergroep het interessegebied voor cardiorespiratoir.
Zorg ervoor dat het interessegebied het diafragma en het apicale gedeelte van het hart in alle posities van de gantry bedekt. Draai vervolgens de gantry 90 graden om er zeker van te zijn dat de cardio-respiratoire sporen nog steeds duidelijk zichtbaar zijn. Wanneer het dier in positie is, klikt u op de CT scan knop om de acquisitie te initialiseren.
De CT scan bevestigingsboodschap zal verschijnen. Klik op ja. De rode röntgen energie-indicator zal het instrument inschakelen en de scan begint.
Aan het einde van de scan observeer je de transversale, coronale en sagittale weergaven van de reconstructies in 2D viewer software. Verwijder tenslotte het dier uit de scanner en monitor het totdat het volledig is hersteld. Hier worden representatieve bloedpool kort-axiale end-diastolische en end-systolische dwarsdoorsneden van een muishart met een myocardinfarct getoond.
In deze afbeeldingen vertonen kort-axiale end-diastolische en end-systolische dwarsdoorsneden van een muishart zonder myocardinfarct een uitstekende afbakening van de linker ventrikelholte met weinig achtergrondruis. Merk op hoe de gebieden van contrastvermindering, overeenkomend met het myocardinfarct, goed afgebakend waren op de kort-axiale afbeeldingen van het muishart dat werd onderworpen aan ligatie van de linker voorste aflopende kransslagader. Maar niet bij het sham-geopereerde dier.
Volgens het 17 segment Amerikaanse Hartassociatie Model kan de linker ventrikel worden onderverdeeld in basale, midden-holte en apicale kort
Overzicht
Deze methode beschrijft het gebruik van Quantum Micro-Computed Tomography (MicroCT) om de hartmorfologie, functie, perfusie, metabolisme en levensvatbaarheid te beoordelen met gejodeerd contrastmiddel bij muizen met experimenteel geïnduceerde myocardischemie. De techniek biedt een snelle, longitudinale, niet-invasieve evaluatie van kritische hartparameters.
Belangrijkste studieonderdelen
Wetenschapsgebied
- Cardiologie
- Beeldvormingstechnieken
- Preklinisch onderzoek
Achtergrond
- Myocardischemie is een belangrijk model voor het bestuderen van hartaandoeningen.
- Niet-invasieve beeldvormingstechnieken zijn essentieel voor longitudinale studies.
- MicroCT maakt een gedetailleerde beoordeling van de hartfunctie en -structuur mogelijk.
- Het begrijpen van de cardiale pathofysiologie is cruciaal voor de ontwikkeling van therapieën.
Doel van het onderzoek
- Om het gebruik van MicroCT aan te tonen bij het evalueren van de myocardiale functie.
- Om de effecten van behandelingen op de hartpathologie te beoordelen.
- Om inzichten te bieden in de ontwikkeling van hartaandoeningen.
Gebruikte methoden
- Inductie van myocardinfarct bij muizen via chirurgische technieken.
- Toediening van gejodeerd contrastmiddel voor beeldvorming.
- Gebruik van MicroCT voor het vastleggen van hartbeelden.
- Analyse van hartmorfologie en -functie via beeldverwerkingssoftware.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle inductie van myocardinfarct werd visueel bevestigd.
- MicroCT zorgde voor een duidelijke afbakening van de linkerventrikelholten.
- Contrastverminderingsgebieden die overeenkwamen met het infarct, waren goed afgebakend.
- Er werden verschillen in perfusie waargenomen tussen infarcteerde en sham-geopereerde harten.
Conclusies
- MicroCT is een waardevol hulpmiddel voor niet-invasieve hartbeeldvorming.
- Deze techniek kan het begrip van hartaandoeningen verbeteren.
- Het maakt een snelle evaluatie van de hartfunctie in preklinische modellen mogelijk.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This method enables rapid, longitudinal, non-invasive assessment of cardiac structure and function in preclinical models, supporting early target validation and mechanistic de-risking in cardiovascular drug discovery. By providing quantitative 3D anatomical and functional data, it enhances predictive confidence in lead identification and preclinical progression decisions. The technique reduces reliance on terminal endpoints and supports scalable, reproducible workflows for cross-functional R&D teams.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through quantitative assessment of myocardial global and regional function in disease models.
- Operational Value: Supports biological de-risking by providing longitudinal, non-invasive monitoring of cardiac pathology progression.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by delivering reproducible perfusion and viability readouts that correlate with therapeutic efficacy.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream compound evaluation by establishing baseline cardiac function and infarct reproducibility.
- Quantitative Outputs: Delivers standardized, high-resolution 3D measurements of ventricular volumes, wall motion, and perfusion defects for assay standardization.
- Screening Scalability: Enables reliable compound evaluation through automated image acquisition and analysis compatible with high-throughput workflows.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models human myocardial infarction via permanent LAD occlusion, ensuring translational continuity from discovery to preclinical validation.
- Mechanistic De-risking: Provides early insight into treatment effects on cardiac metabolism and viability, reducing late-stage biological attrition.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by linking functional imaging endpoints to pathophysiological relevance in cardiovascular disease models.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, enabling iterative assessment of cardiac safety and efficacy signals.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by quantifying regional myocardial dysfunction in ischemic models.
- Screening: Ensures assay readiness through reproducible contrast-enhanced imaging and standardized infarct induction protocols.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variables including ejection fraction, wall thickness, and perfusion defect size for cross-group comparisons.
- Translational Research: Connects to preclinical validation via longitudinal monitoring of metabolic and viability changes post-intervention.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging platform across multiple cardiovascular indications and therapeutic modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in cardiac pathophysiology.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility through automated gating and standardized contrast dosing protocols.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of cardiotoxic or ineffective compounds.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization through objective, quantitative endpoints that support advancement decisions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small animal surgery, anesthesia management, and microCT operation.
- Dependence on high-speed microCT systems with cardio-respiratory gating and iodinated contrast agent compatibility.
- Necessitates cross-team standardization of infarct induction, contrast administration, and image analysis protocols.
- Adaptation considerations include model-specific adjustments for heart rate, respiratory rate, and contrast kinetics across species.
- Practical limitations include radiation dose constraints for longitudinal studies and the need for specialized contrast agents like eXIA160 for functional assessment.
