Zgodnie z protokołem, obrazowanie naczyń krwionośnych wątroby ułatwia standaryzacja struktur anatomicznych i odpowiadającej im terminologii (Rysunek 1). Aby zaproponować zestandaryzowaną nomenklaturę dla badaczy korzystających z przedklinicznych modeli wątroby, schematycznie przedstawiono typowe rozmieszczenie wątroby w jamie brzusznej myszy (Rysunek 1A), zaprezentowano układ strukturalny poszczególnych płatów wątroby (Rysunek 1B) oraz określono sieć naczyń tętniczych (Rysunek 1C). Wykorzystując wiedzę anatomiczną, przeprowadzono obrazowanie UFUS in vivo, stosując wydrukowany w technologii 3D zbiornik z wodą w celu zredukowania artefaktów ruchowych (Rysunek 2A). Impedancję akustyczną skorygowano poprzez zanurzenie głowicy w wodzie i nałożenie żelu do badań ultrasonograficznych bezpośrednio na ogoloną skórę zwierzęcia. Dzięki takiemu ustawieniu zredukowano artefakty związane z oddychaniem i innymi ruchami, ponieważ głowica nie styka się bezpośrednio z poruszającą się klatką piersiową i brzuchem zwierzęcia. W ten sposób zwizualizowano strukturę naczyniową płata prawego i lewego, które ze względu na powierzchowne położenie są łatwo dostępne dla UFUS (Rysunek 2B). Pozostałe płaty wątroby, takie jak płat ogonowy i czworoboczny, znajdują się głębiej w organizmie, co utrudnia prawidłową identyfikację anatomiczną naczyń wątrobowych za pomocą UFUS.
Po wykazaniu znaczenia ustandaryzowanych i powszechnie akceptowanych oznaczeń anatomicznych oraz interpretacji struktur naczyniowych, przeprowadziliśmy wielokrotne skanowanie Dopplera w różnych płaszczyznach, aby zapewnić kompleksowy przegląd naczyń krwionośnych wątroby obrazowanych za pomocą kontrastowego UFUS u myszy (Rycina 3). Wyznaczyliśmy sieć tętnic wątrobowych poszczególnych płatów wątroby, tj. płata lewego bocznego (LL), lewego przyśrodkowego (LM), prawego bocznego (RL) oraz prawego przyśrodkowego (RM). Ponadto oznakowano główne tętnice, takie jak aorta brzuszna (AA), tętnica wątrobowa (HA), lewa boczna tętnica wątrobowa (LLHA) oraz prawa przyśrodkowa tętnica wątrobowa (RMHA). Należy zauważyć, że płaty wątroby mogą być rozmieszczone nieco inaczej w zależności od ułożenia i ruchów perystaltycznych jelita cienkiego (SM), a także stopnia wypełnienia żołądka (S). Ten kontrastowy przegląd całego układu naczyniowego wątroby myszy stanowi kompleksowy atlas naczyniowy dla obrazowania wątroby in vivo za pomocą UFUS.
Precyzyjny wybór płaszczyzn anatomicznych jest kluczowy dla uzyskania ilościowego odczytu pochodzącego z jednego płata wątroby. Wiarygodne pomiary objętości krwi można uzyskać poprzez ręczny wybór 10 obszarów zainteresowania (ROI) na każdą płaszczyznę (Rycina 4A). Do niezawodnej kwantyfikacji objętości krwi w mikrokrążeniu wymagana jest stabilna akwizycja o niskiej zmienności średnich intensywności obrazu. Określa się to na podstawie średniej wartości obrazu (MIV) całego obrazu w czasie (Rycina 4B), w przeciwieństwie do rejestracji podatnej na znaczne artefakty ruchowe (Rycina 4C). Aby wyeliminować artefakty ruchowe, do wiarygodnej kwantyfikacji pomiarów objętości krwi w wątrobie zastosowano automatyczny wybór niskich wartości MIV (Rycina 4D), wykreślając odchylenie standardowe wszystkich czasowych niskich wartości MIV całego obrazu (Rycina 4E). Skanowania dopplerowskie wielu płaszczyzn na zwierzę wykazują akceptowalną zmienność wewnątrz- i międzyosobniczą w obrębie i pomiędzy myszami z 3 różnych kohort po usunięciu wartości odstających w 30 ROI na zwierzę za pomocą testu ROUT 1% (Rycina 4F). Aby poprawić szacunkową objętość krwi na zwierzę, zaleca się rejestrację dodatkowych płaszczyzn lub zwiększenie liczby wybranych ROI na płaszczyznę. Ponadto odczyty objętości krwi mogą być wykorzystane do monitorowania leczenia farmakologicznego, ukierunkowanego konkretnie na mikrokrążenie. Podając nośnik dwiema drogami podania, wykazaliśmy, że nie ma on wpływu na pomiary objętości krwi w wątrobie (Rycyna 4G). Wyniki te wskazują, że delecja genu lub podanie leku nie są zawyżone przez administrację nośnika, co zapewnia solidną konstrukcję eksperymentalną. Podsumowując, opracowano obiektywny i powtarzalny protokół ilościowy do przyszłych badań nad wadami naczyniowymi wątroby w różnych modelach mysich.

Rysunek 1: Anatomia wątroby myszy. (A) Schematyczne przedstawienie położenia wątroby w jamie brzusznej pod przeponą myszy. (B) Schematyczny opis wątroby myszy z czterema płatami, tj. lewym, czworobocznym, ogoniastym i prawym, oraz triadą wrotną składającą się z żyły wrotnej, tętnicy wątrobowej i przewodu żółciowego. (C) Schematyczna ilustracja sieci tętniczej naczyń wątrobowych. Identyfikacja tętnic wątrobowych (HA) i ich gałęzi (ramus) z podaną nomenklaturą łacińską. Skrót: HA = tętnica wątrobowa. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Ultraszybkie obrazowanie Dopplera ultradźwiękowego (UFUS) naczyń krwionośnych wątroby u myszy. (A) Schematyczny przegląd ustawienia eksperymentalnego dla nieinwazyjnego obrazowania in vivo. (B) Schematyczne ilustracje kierunku obrazowania oraz powiązanych reprezentacji prawego i lewego płata przyśrodkowego, a także lewego płata bocznego, obrazowanych za pomocą UFUS. Skróty: AA = aorta brzuszna, LLL = lewy płat boczny, LML = lewy płat przyśrodkowy, RML = prawy płat przyśrodkowy. Pasek skali = 1 mm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3: Reprezentatywne obrazowanie ultrafast Doppler ultrasound (UFUS) z zastosowaniem kontrastu w naczyniach wątroby myszy. Przegląd całego układu naczyniowego wątroby dorosłej myszy obrazowany w 3 pozycjach, tj. bocznej prawej, środkowej i bocznej lewej, w 4 płaszczyznach od strony czaszkowej w kierunku ogonowym. Punkt odniesienia znajduje się bezpośrednio pod przeponą obrazowaną w przekroju środkowym oraz 1 cm bocznie po prawej i lewej stronie, w tych samych płaszczyznach w kierunku ogonowym. Skróty: AA = aorta brzuszna, HA = tętnica wątrobowa, LLL = lewy płat boczny, LLHA = lewa boczna tętnica wątrobowa, LML = lewy płat przyśrodkowy, RLL = prawy płat boczny, RMHA = prawa przyśrodkowa tętnica wątrobowa, RML = prawy płat przyśrodkowy, SI = jelito cienkie, S = żołądek. Pasek skali 1 mm. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 4: Ilościowy pomiar objętości krwi w wątrobie za pomocą ultraszybkiego Dopplera ultradźwiękowego (UFUS). (A) Reprezentatywne obrazy środkowego płata (ML) u dorosłych myszy kontrolnych szczepu C57BL/6 typu dzikiego w płaszczyźnie 1 wybrane pod przeponą, odpowiadającej 0 mm, płaszczyźnie 2 przy -0,3 mm i płaszczyźnie 3 przy -0,6 mm z wyborem 10 obszarów zainteresowania (ROI). Pasek skali 1 mm. Ilustracja Power Doppler z 30 s z (B) stabilną akwizycją (szary) i (C) ruchem tkanki (czerwony) na podstawie średnich wartości obrazu w jednostkach arbitralnych (A.U.) całego obrazu do oceny ilościowej. (D) Automatyczne rozpoznawanie niskich intensywności (A.U.) do ilościowego pomiaru objętości krwi w czasie. (E) Odchylenie standardowe (St. Deviation) niskich intensywności wykreślone w celu zidentyfikowania niestabilnych akwizycji (czerwony) spowodowanych artefaktami ruchu, wskazanych przez punkt odcięcia średniej ogólnej (µ) z liczby (N) zwierząt z 3 kohort z oceną 2 SD (2σ) odchylenia standardowego (SD) niskich intensywności (A.U.) w warunkach fizjologicznych (szary) u dorosłych myszy kontrolnych szczepu C57BL/6 typu dzikiego. (F) Ilościowe oznaczenie zmian objętości krwi mierzonych in vivo w czasie, uśrednione z 3 płaszczyzn, tj. łącznie 30 ROI na zwierzę, przedstawione jako intensywność pikseli (A.U.). Wykrywanie wartości odstających testem ROUT 1%. (G) Brak różnic między rodzajem nośnika a drogą podania. Kohorta 1 (n=6) otrzymała dostawę soli fizjologicznej drogą doszpikową (ip), kohorta 2 (n=3) dostawę DMSO drogą ip, a kohorta 3 (n=6) celulozę drogą doustną (po). Jednoczynnikowa analiza wariancji (ANOVA) z testem wielokrotnych porównań Dunnetta, ns P > 0,05. Skróty: A.U. = jednostki arbitralne, DMSO = dimetylosulfoksyd, ip = droga doszpikowa, po = podanie doustne, ROI = obszar zainteresowania, St. Deviation = odchylenie standardowe, UFUS = ultraszybki Doppler ultradźwiękowy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.
Plik uzupełniający 1: Skrypt ilościowy pomiarów objętości krwi w wątrobie przy użyciu ultraszybkiego ultradźwiękowego Dopplera (UFUS). Skrypt gui_analysis.m zapewnia interfejs graficzny do automatycznego pozycjonowania obszaru zainteresowania (ROI) dla pomiarów objętości krwi. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.