Ocena zmian morfologicznych i czynnościowych serca w mysim modelu poprzecznego zwężenia aorty za pomocą obrazowania echokardiograficznego
21 czerwca 2016
Celem tego protokołu jest nieinwazyjna ocena zmian strukturalnych i funkcjonalnych w mysim modelu choroby serca powstałych w wyniku poprzecznego zwężenia aorty, przy użyciu echokardiografii w trybie B i M oraz obrazowania dopplerowskiego kolorem/falą tętna.
Ogólnym celem tej procedury jest ocena struktury i funkcji serca za pomocą obrazowania echokardiograficznego w mysim modelu choroby serca wywołanej poprzecznym zwężeniem aorty lub TAC. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie badań sercowo-naczyniowych dotyczące obrazów chorób serca w modelach zwierzęcych. Główną zaletą tej techniki jest to, że można ją wykorzystać do niezawodnego monitorowania postępu chorób serca w czasie w sposób nieinwazyjny.
Ogólnie rzecz biorąc, wprowadzenie tej metody jest prawdziwą walką, ponieważ obrazowanie echokardiograficzne i akwizycja pomiarów są trudne bez prawdziwej demonstracji. Przed rozpoczęciem obrazowania nałóż żel elektrodowy na łapy myszy ze zwężoną aortą poprzeczną i przyklej łapy do elektrody. Następnie włóż sondę doodbytniczą, aby monitorować temperaturę ciała podczas zabiegu.
Gdy zwierzę jest gotowe, ustaw kamerę w trybie B i przechyl lewą stronę platformy tak daleko, jak to możliwe, aby obrócić mysz do lewej pozycji odleżynowej. Trzymając przetwornik ultrasonograficzny za stojak w pozycji pionowej, umieść sondę na klatce piersiowej zwierzęcia wzdłuż prawej linii przymostkowej z wycięciem skierowanym w stronę podbródka. Następnie przechyl przetwornik do łopatki i obróć sondę lekko zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż łuk aorty pojawi się w polu widzenia.
Obserwuj miejsce poprzecznego zwężenia aorty znajdujące się między rozgałęzieniem tętnicy nienazwanej a lewą tętnicą szyjną wspólną. Po zidentyfikowaniu miejsca zwężenia kliknij przycisk kolorowego dopplera na stacji roboczej, aby przełączyć się w tryb kolorowego dopplera. I uzyskaj obrazy kierunkowości i prędkości przepływu krwi przez miejsce zwężenia.
Kliknij cine store, aby zapisać obrazy. Następnie kliknij przycisk Dopplera fali tętna, aby przejść do trybu Dopplera fali tętna. Umieść pole objętości próbki kursora przerywanego bezpośrednio dystalnie do miejsca zwężenia, aby znaleźć zwężony dżet o największej prędkości i ponownie kliknij przycisk Dopplera fali tętna, aby uzyskać kształty fal przepływu aorty, a następnie zmierz prędkość szczytową i użyj zmodyfikowanego równania Bernoulliego, aby obliczyć gradient ciśnienia w miejscu zwężenia.
Aby ocenić wymiary serca i kurczliwość, umieść mysz poddaną operacji TAC na platformie w pozycji leżącej na plecach i ustaw przetwornik pionowo z wycięciem skierowanym w stronę głowy myszy. Opuść przetwornik na klatkę piersiową równolegle do lewej linii przymostkowej i obróć sondę o 30 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Ustaw wywoływarkę w trybie B.
Dostosuj kąt przetwornika i skup głębokość, aby uwidocznić lewą komorę, ścianę przegrody międzykomorowej i niewielką część ściany prawej komory. Kliknij cine store, aby zapisać obrazy do późniejszego pomiaru grubości ścianki serca i wymiaru komory. Korzystając z pakietu kardiologicznego w odpowiednim oprogramowaniu do obrazowania, wybierz interesujące Cię parametry i narysuj odpowiednie linie dla każdego perametru w żądanym obrazie echokardiograficznym, aby uzyskać pomiary grubości ściany serca i wymiarów komory.
Następnie obserwuj wzorce ruchów ściany serca, aby sprawdzić, czy nie ma ewentualnych nieprawidłowości ruchowych. Następnie przełącz się w tryb M i umieść kursor trybu M prostopadle do ścian lewej komory na mięśniu brodawkowatym. Następnie kliknij cine store, aby uzyskać obrazy do późniejszego pomiaru wymiarów serca i skrócenia frakcyjnego.
Z widoku długiej osi przymostkowej obróć przetwornik o 90 stopni zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aby uzyskać przymostkowy widok krótkiej osi. Wyreguluj przetwornik tak, aby zapewniał poziomy przekrój poprzeczny serca w trybie B z mięśniami brodawkowatymi widocznymi w pozycji godziny drugiej i czwartej. Następnie przełącz się na tryb M i umieść oś trybu M na środku lewej komory.
Kliknij cine store, aby zapisać obrazy. Następnie, korzystając z pakietu kardiologicznego, należy wybrać odpowiednie parametry krótkiej osi i kliknąć na obraz, aby narysować odpowiednie linie dla każdego parametru, aby uzyskać pomiary. Aby uwidocznić zarówno lewą, jak i prawą komorę, a także przedsionki z widoku krótkiej osi w trybie B, przechyl lewy górny róg platformy, aby pochylić głowę myszy w dół i skierować przetwornik w stronę prawego ramienia.
Uzyskany zostanie koronalny widok serca. Wizualizuj zastawkę mitralną. Następnie przełącz się na tryb kolorowego dopplera i umieść objętość próbki w polu kursora z przerywanym kursorem na końcu zastawki mitralnej.
Aby ocenić wzorce przepływu przez zastawkę mitralną, przełącz się na tryb dopplerowski fali tętna i ustaw kursor sondy dopplerowskiej równolegle do kierunku przepływu krwi mitralnej, używając kąta mniejszego niż 20 stopni, aby określić prędkość szczytową. Po zapisaniu obrazów należy wybrać pakiet kardiologiczny i wybrać przepływ zastawki mitralnej. Wybierz interesujące Cię parametry i narysuj odpowiednie linie, aby uzyskać odpowiednie pomiary.
Następnie oblicz wskaźnik wydolności mięśnia sercowego. Jak pokazano na tych reprezentatywnych obrazach w trybie B, łuk aorty, tętnica bezimienna, lewa tętnica szyjna wspólna i lewa tętnica podobojczykowa można zaobserwować zarówno w sercach chirurgicznych Sham, jak i TAC. Ale zwężenie aorty jest widoczne tylko w sercach TAC.
Obrazowanie dopplerowskie przepływu aorty przez miejsce zwężenia za pomocą barwy i fali tętna pokazuje, że udany TAC prowadzi do znacznego zwiększenia prędkości przepływu w dół strumienia od miejsca zwężenia. Co więcej, zapisy w trybie M kilku cykli serca z serc operowanych Sham i TAC wykazują znacznie zwiększoną grubość ścianek i rozszerzenie komory w sercach poddanych TAC w porównaniu z kontrolnymi sercami poddanymi operacji pozorowanej. W widoku krótkiej osi przymostkowej zwiększona grubość ścianki, poszerzenie komór, zmniejszona kurczliwość i zwiększona masa lewej komory są dodatkowo widoczne w sercach TAC.
Co więcej, w stanach patologicznych z rozkurczową lub skurczową dysfunkcją serca, jak u myszy poddanych TAC, zwykle obserwuje się również zmniejszony stosunek prędkości E i A oraz zwiększoną wartość wskaźnika wydajności mięśnia sercowego w wierzchołkowym widoku czterokomorowym. Po opanowaniu tej techniki można wykonać w mniej niż trzydzieści minut, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Podejmując próbę wykonania tej procedury, należy pamiętać o przestrzeganiu wytycznych instytucjonalnych dotyczących badań na zwierzętach.
Po tej procedurze można przeprowadzić inne metody, takie jak analiza systematyczna, w celu dalszej oceny zależności objętości ciśnienia. Po opracowaniu technika ta toruje drogę naukowcom zajmującym się badaniami sercowo-naczyniowymi do badania przerostu serca i niewydolności serca na modelach zwierzęcych. Po obejrzeniu tego filmu powinniśmy dobrze zrozumieć, jak oceniać strukturę serca i zmiany funkcjonalne w zwierzęcych modelach uderzeń serca za pomocą obrazowania endokardiograficznego.
Nie zapominaj, że praca z izofluranem może być niebezpieczna i że podczas wykonywania tej procedury należy zawsze stosować odpowiednie środki kontroli inżynieryjne i środki ochrony osobistej.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten protokół opisuje nieinwazyjną metodę oceny zmian strukturalnych i funkcjonalnych serca w modelu mysim choroby serca wywołanej przez skurcz poprzeczny aorty (TAC). Wykorzystując techniki obrazowania echokardiograficznego, podejście to umożliwia badaczom monitorowanie postępu choroby serca w czasie.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Badania nad układem krążenia
- Modele mysie choroby serca
- Echokardiografia
Tło
- Skurcz poprzeczny aorty (TAC) jest powszechną metodą wywoływania choroby serca u myszy.
- Obrazowanie echokardiograficzne zapewnia nieinwazyjny sposób oceny funkcji serca.
- Monitorowanie postępu choroby serca jest kluczowe dla zrozumienia stanów układu krążenia.
- Istnieją wyzwania w uzyskiwaniu dokładnych pomiarów echokardiograficznych bez odpowiedniego wykazania.
Cel badania
- Ocenienie struktury i funkcji serca w mysim modelu choroby serca.
- Dokumentowanie niezawodnej metody monitorowania postępu choroby serca.
- Rozwiążanie kluczowych pytań w badaniach nad układem krążenia za pomocą technik obrazowania.
Stosowane metody
- Naładowanie żelu elektrodowego na łapki myszy.
- Użycie poduszki elektrodowej do pobrania pomiarów.
- Włożenie sondy doodbytniczej do monitorowania temperatury ciała podczas obrazowania.
- Wykorzystanie technik obrazowania B- i M-mode oraz techniki Dopplera.
Główne wyniki
- Udane nieinwazyjne ocenienie struktury i funkcji serca.
- Niezawodne monitorowanie postępu choroby serca w czasie.
- Wykazanie skuteczności obrazowania echokardiograficznego w mysim modelu.
- Wgląd w badania nad układem krążenia dotyczące choroby serca.
Wnioski
- Metoda obrazowania echokardiograficznego jest skuteczna w ocenie choroby serca u myszy.
- Ten protokół może pomóc w zrozumieniu postępu stanów układu krążenia.
- Nieinwazyjne techniki są kluczowe dla badań długotrwałych w dziedzinie choroby serca.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Noninvasive longitudinal monitoring of cardiac structure and function in preclinical models is essential for de-risking cardiovascular target validation and lead identification. Echocardiographic imaging in the TAC mouse model provides quantitative, repeatable readouts of hypertrophy, dysfunction, and hemodynamic stress, enabling predictive confidence in mechanistic studies. This approach supports go/no-go decisions by translating molecular interventions into functional outcomes before costly preclinical advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking molecular targets to measurable cardiac structural and functional changes.
- Operational Value: Provides reproducible, noninvasive phenotyping to reduce variability in target validation studies.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking through longitudinal tracking of disease progression and intervention effects.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Establishes standardized imaging protocols for consistent cardiac phenotyping across compound screening campaigns.
- Quantitative Outputs: Delivers dimensional, Doppler-derived, and functional metrics suitable for high-content analysis pipelines.
- Scalability: Facilitates platform reuse across multiple disease models and therapeutic areas through adaptable acquisition parameters.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Mirrors pressure-overload pathophysiology seen in human hypertensive heart disease and heart failure with preserved ejection fraction.
- Translational Continuity: Bridges discovery findings to preclinical validation by confirming target engagement via functional improvement.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs portfolio decisions by quantifying efficacy signals on ventricular remodeling and diastolic/systolic function.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the cardiovascular discovery continuum from target validation through lead optimization to preclinical efficacy assessment, providing functional anchors for molecular screening hits.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by correlating target modulation with changes in wall thickness, chamber dimensions, and contractility.
- Screening: Enables assay standardization through B-mode, M-mode, and Doppler-derived metrics that detect subtle functional shifts.
- Analytics: Generates quantitative dependent variables including ejection fraction, fractional shortening, pressure gradients, and myocardial performance index for cross-group comparison.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by validating that observed molecular effects translate to preserved or improved cardiac function.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable capability applicable to diverse etiologies of cardiac stress beyond TAC, including pharmacological and genetic models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases target validation confidence by reducing mechanistic ambiguity through direct functional readouts.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization across sites via protocolized imaging planes and measurement techniques.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by identifying ineffective candidates early, reducing late-stage attrition due to lack of cardiac efficacy.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization based on longitudinal functional trajectories rather than terminal endpoints alone.
Implementation Considerations
- Requires expertise in murine echocardiography, including probe positioning and Doppler angle alignment for accurate velocity measurements.
- Depends on high-resolution ultrasound systems with cardiac-specific software packages for wall thickness, chamber dimension, and flow analysis.
- Necessitates standardization of animal preparation (temperature control, electrode placement) and imaging protocol (left decubitus, parasternal views) to minimize inter-operator variability.
- Involves adaptation considerations when translating protocols across mouse strains, ages, or comorbid conditions affecting acoustic windows.
- Limited by technical skill dependency and the need for training to achieve consistent spectral Doppler sampling and plane alignment.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:57
Transverse Aortic Constriction Evaluation by B-Mode and Doppler Imaging
2:47
Parasternal Long Axis View in B- and M-Mode to Assess Cardiac Dimension and Contractility
4:16
Parasternal Short Axis View in B- and M-Mode to Assess Cardiac Morphology and Function
5:05
Apical Four-Chamber View in Doppler Mode to Assess Systolic and Diastolic Function
6:12
Results: Representative Morphological and Functional Post-Surgical Cardiac Assessment
7:44
Conclusion
