Descrevemos como realizar imagens de ressonância magnética e PET do coração do camundongo. O protocolo é adaptado para avaliar a eficácia do tratamento em modelos de infarto do miocárdio e insuficiência cardíaca.
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Artigo de método
Ressonância magnética e PET no rato modelos de Infarto do Miocárdio
Neste artigo
Resumo
Resumo
O infarto do miocárdio é uma das principais causas de morte no mundo ocidental. A semelhança do coração do camundongo com o coração humano o tornou um modelo ideal para testar novas estratégias terapêuticas.
A ressonância magnética (RM) in vivo oferece excelentes visualizações do coração de forma não invasiva com detalhes anatômicos claros, que podem ser usados para avaliação funcional precisa. Os agentes de contraste podem fornecer medidas básicas de viabilidade tecidual, mas são inespecíficas. A tomografia por emissão de pósitrons (PET) é uma técnica complementar altamente específica para imagens moleculares, mas carece dos detalhes anatômicos da ressonância magnética. Utilizadas em conjunto, essas técnicas oferecem uma ferramenta sensível, específica e quantitativa para a avaliação do coração na doença e recuperação após o tratamento.
Neste artigo, explicamos como esses métodos são realizados em modelos de camundongos de infarto agudo do miocárdio. Os procedimentos aqui descritos foram projetados para a avaliação de possíveis tratamentos com drogas protetoras. Usamos ressonância magnética para medir a função sistólica e o tamanho do infarto com realce tardio do gadolínio, e PET com fluorodesoxiglicose (FDG) para avaliar a função metabólica na região infartada. O artigo enfoca aspectos práticos, como planejamento de fatias, gating preciso, entrega de medicamentos, segmentação de imagens e co-registro multimodal. Os métodos apresentados aqui alcançam boa repetibilidade e precisão, mantendo um alto rendimento.
Introdução
Para medir a eficácia de novas estratégias de tratamento para infarto do miocárdio (IM) em estudos pré-clínicos, é necessária a avaliação do estágio agudo, bem como do desfecho em longo prazo1. Métodos como histopatologia, cateteres intracardíacos2 e modelos cardíacos ex vivo 3 são comumente usados para estudos pré-clínicos em camundongos. É impossível, no entanto, acompanhar o tratamento com métodos ex vivo ou altamente invasivos. Técnicas de medição não invasivas, como ressonância magnética (MRI) in vivo e tomografia por emissão de pósitrons (PET), permitem projetos experimentais longitudinais para estadiamento da doença em indivíduos únicos. A cine-ressonância magnética é usada para derivar parâmetros funcionais globais, como massa ventricular esquerda (MVE), fração de ejeção (FE) e débito cardíaco (DC). Além disso, após a injeção de um agente de contraste de gadolínio, devido à perfusão prejudicada e washout no infarto, a viabilidade tecidual pode ser avaliada com ressonância nuclear magnética (RNM) tardia com realce com gadolínio. Complementarmente, o PET oferece uma medida sensível de moléculas radiomarcadas para avaliar o metabolismo tecidual. A alta precisão dessas técnicas permite reduções significativas no número de animais necessários para testar novos medicamentos direcionados ao IM.
Os procedimentos de PET e RM estão envolvidos e, sem um protocolo cuidadosamente projetado, a reprodutibilidade é difícil de manter. Os procedimentos estabelecidos na clínica para pacientes requerem modificações substanciais para uso em camundongos, devido à sua frequência cardíaca consideravelmente mais rápida e menores dimensões do coração4. Há uma grande variação entre indivíduos individuais, tanto no início quanto em resposta à lesão induzida, portanto, um número considerável de camundongos é necessário para estabelecer a eficácia do tratamento.
Neste relatório, descrevemos nosso método para imagens sequenciais de PET/MRI do coração de camundongo. Ambas as modalidades usam agentes de contraste intravenosos, que são administrados através da veia da cauda. A RM consiste na avaliação padrão com Cine-MRI5 com um protocolo ideal para LGE, conforme descrito em nosso trabalho anterior6. Todo o procedimento de ressonância magnética dura 30 min. Obtivemos encaixes consistentes para as camas de nossos instrumentos, de modo que é possível transferir o animal em uma plataforma com o mesmo aparelho de monitoramento e administração de anestésicos entre as máquinas. O PET scan dura 45 min com injeção in situ assim que o exame é iniciado. A etapa final é medir os parâmetros das imagens de ressonância magnética e PET após o co-registro.
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Protocolo
Todos os componentes deste estudo foram realizados de acordo com a Lei de Animais (Procedimentos Científicos) do Reino Unido, de 1986, e com a aprovação do Painel de Revisão Ética da Universidade de Cambridge.
1. Preparação Animal
- Induza infartos com intervenção cirúrgica7,8. Para medição na fase aguda, realize imagens 24 horas após a intervenção.
- Prepare um tubo de seringa fino para administração de medicamentos com uma agulha de 25 G em uma extremidade e uma seringa com uma agulha de 25 G na outra extremidade. O comprimento da linha deve ser suficiente para permitir a injeção de fora do orifício do ímã (aproximadamente 1,5 m).
- Prepare uma solução diluindo Gadovist em solução salina. Carregue uma seringa com a quantidade certa de solução para atingir 3 mmol / kg ajustado para o peso corporal do camundongo. Mantenha o volume de injeção entre 50-100 μl.
- Preencha previamente a linha com a solução Gadovist. Para evitar a coagulação do sangue, preencha a extremidade da linha próxima à cânula com solução salina de heparina.
- Coloque o mouse na caixa de indução para anestesia com isoflurano a 3% em O2 1 L/min por 3-5 min conforme necessário. A profundidade correta da anestesia pode ser identificada com a diminuição da frequência respiratória, que deve diminuir para menos de 70 bpm.
- Canule a veia da cauda usando a linha previamente preparada, use fita cirúrgica para manter a agulha no lugar durante o procedimento.
2. Posicionamento e monitoramento de animais
- Coloque o mouse na cama de ressonância magnética, fornecendo isoflurano a 1-2% em 1 L/min O2 para manutenção da anestesia conforme necessário. Mantenha as taxas de respiração entre 20-70 bpm.
- Certifique-se de que o centro da bobina de ressonância magnética esteja localizado sobre a posição do coração do mouse.
- Monitore a respiração colocando um sensor de almofada respiratória ligeiramente abaixo do diafragma. Use um termômetro retal com uma lamínula pré-lubrificada para monitorar a temperatura central. Certifique-se de que a temperatura seja mantida constante durante as varreduras a 37±2 °C.
- Para monitoramento de ECG, coloque três eletrodos nas patas anteriores e na pata traseira esquerda, certificando-se de que a palma do dedo do pé esteja completamente aberta. Escolha o par de eletrodos que alcança a melhor qualidade de sinal para derivar o ECG. Torça os cabos de ECG juntos, para garantir que eles não formem circuitos ressonantes na frequência ressonante da ressonância magnética, o que corromperia gravemente o sinal de ECG ao executar sequências de pulso.
- Certifique-se de que os eletrodos estejam firmemente presos ao leito usando fita adesiva. Os eletrodos e o cone do nariz manterão o animal no lugar durante todo o procedimento.
- Posicione um cobertor aquecido a água sobre o mouse, encapsulando o monitoramento e os cabos da bobina para manter a temperatura corporal.
- Alinhe o laser da cama com a posição do coração; use a linha dos dedos anteriores como ponto de referência. Posicione-o no isocentro magnético usando uma cama automática.
- Execute os ajustes padrão para o sistema de ressonância magnética.
- Defina o equipamento de monitoramento para detectar a onda R no ECG. Ajuste os limites para cada mouse e dentro das sessões de imagem para que haja um acionamento confiável.
3. Ressonância magnética
- Adquira uma imagem piloto para planejar as imagens piloto multiplanares.
- Identifique o coração na imagem, mais facilmente por seus artefatos de fluxo. Se as imagens mostrarem que o mouse não está bem centralizado na bobina ou no isocentro, retraia a cama e repita o posicionamento.
- Adquira uma imagem de eco gradiente rápido (GE) com cinco cortes por orientação e um campo de visão (FOV) de 3 cm com o controle de ECG ativado.
- Execute uma varredura 3D não fechada centralizada no coração para corregistro de PET (consulte a Tabela 1 para parâmetros de varredura). Enquanto essa verificação estiver em execução, planeje as verificações sucessivas.
- Planeje uma varredura de visualização de quatro câmaras (4 canais) (consulte a Tabela 1 para obter os parâmetros de varredura). Isso deve cortar o ápice e as válvulas tricúspide e mitral, mostrando todas as 4 câmaras.
- Planeje uma visão de duas câmaras (2 canais) (consulte a Tabela 1 para obter os parâmetros de varredura). Deve cortar o ápice e a válvula tricúspide, mostrando o átrio e o ventrículo esquerdos.
- Verifique a geometria das duas vistas de eixo longo. Se o planejamento da fatia estiver abaixo do ideal, repita a varredura.
- Planeje uma pilha de fatias de eixo curto (consulte a Tabela 1 para parâmetros de varredura) ortogonais à visualização de 4 e 2 canais. Cubra todo o coração, começando desde o primeiro corte apical sem poça de sangue até o primeiro corte basal sem qualquer VR. Os cortes devem ser igualmente espaçados sem lacunas.
4. Aprimoramento tardio do gadolínio
- Aumente o tempo em branco para que o gating adquira a cada dois batimentos cardíacos (TR = 550-750 ms). Um atraso deve ser aplicado de forma que a aquisição seja realizada no final da fase diastólica do ECG.
- Execute uma versão de baixa resolução da sequência LGE (consulte a Tabela 1 para parâmetros de varredura) antes da injeção para verificar se o gating está correto e se nenhum artefato de fluxo está presente. Se os artefatos de fluxo estiverem presentes na fase diastólica, aumentar ligeiramente o atraso (ou seja, imagens no estágio inicial da sístole) eliminará eles.
- Efectue a injecção da solução de Gadovist lenta e continuamente durante 15 segundos.
- Inicie a imagem LGE (consulte a Tabela 1 para parâmetros de varredura) após a injeção. Um bom contraste é obtido ao obter imagens nos primeiros 15 minutos.
5. Imagem PET
- Transfira o leito de ressonância magnética para o scanner PET deixando o receptor no lugar e fixe-o firmemente ao suporte do leito PET. Conecte o equipamento anestésico e de monitoramento.
- Posicione o coração no centro do campo de visão do PET, movendo a cama apenas axialmente.
- Adquira uma varredura de transmissão de passagem única com uma fonte de germânio.
- Extraia 10-30 Mbq de FDG marcado radioativamente de seu recipiente com uma seringa. Tome os cuidados necessários com o material radioativo. Meça a atividade com um contador de poços. Um bom volume de injeção para camundongos varia entre 50-100 μl, se o volume for muito pequeno, dilua a solução com solução salina.
- Inicie a varredura de emissão, configure para adquirir PET fechado em modo de lista por 45 min. Contemporaneamente, injete o marcador lenta e continuamente ao longo de 15 segundos. Lave a linha com solução salina suficiente para fornecer todo o traçador radioativo.
- Para a saúde animal, não exceda 300 μl com as três injeções (ou seja, Gadovist, FDG, flush).
- Coloque a seringa de volta no contador do poço para medir a atividade residual.
- Siga as regras locais para o manuseio de material radioativo.
6. Segmentação de ressonância magnética
- Carregue as imagens de Cine-MRI no Segmento v1.9 9.
- Execute as ferramentas automáticas para segmentação. Começando de um ponto dentro do ventrículo, eles inflarão as paredes do ventrículo estimadas até que a melhor correspondência seja encontrada.
- Delinear o VE e o VD manualmente na sístole final (ES) e na diástole final (DE), definidos respectivamente como os quadros com o volume máximo e com o volume global mínimo do VE. Exclua os músculos papilares e trabeculações por toda parte. Não ajuste o contraste da imagem, pois a inconsistência no contraste leva a uma interpretação diferente dos efeitos de volume parcial.
- Delinear manualmente o epicárdio em ES e DE para cálculos de massa do VE, conforme mostrado na Figura 6. O músculo cardíaco é incompressível, portanto, a massa do VE deve ser consistente em ES e DE. Se a diferença for superior a 5%, é provável que o erro do operador seja revisto e estes devem ser revistos.
- Na base dos ventrículos, use uma linha reta para discriminar os ventrículos dos átrios, conforme mostrado na Figura 6, identificando o ângulo do corte com a ajuda das incidências de eixo longo.
- Verifique a segmentação nas exibições de eixo longo.
- Delinear a área da cicatriz nas imagens LGE. Divida o volume da cicatriz pela massa do VE derivada na cine imaging para obter o infarto como uma porcentagem do VE.
7. Análise PET e Co-registro com RM
- Reconstrua as imagens PET usando um algoritmo de retroprojeção filtrado em 3D e exporte os dados para o formato Nifti (http://nifti.nimh.nih.gov/) mostrando valores de absorção padrão.
- Transforme todas as imagens PET usando a matriz de transformação fixa entre o PET e o sistema de ressonância magnética. Se a matriz não for conhecida, encha um simulador geométrico com material radioativo e faça uma ressonância magnética, depois mova o leito para o PET e faça uma varredura de emissão. A matriz obtida para transformar o PET em imagem de ressonância magnética é a matriz padrão para ir do sistema de PET para o sistema de ressonância magnética.
- Registre a imagem PET média na ressonância magnética 3D usando a ferramenta de co-registro em massa SPM-mouse10.
- Empilhe as fatias do Cine-MRI para obter uma reconstrução 3D, interpole para obter resolução isotrópica de 0,3 mm. Registre o volume PET diastólico final no volume de ressonância magnética diastólica final usando as ferramentas de co-registro SPM-Mouse. Use a mesma matriz para todas as outras fases do coração.
- Para avaliar o tamanho do infarto da PET, escolha 50% da intensidade máxima no coração para discriminar entre voxels infartados e não infartados. Expresse voxels infartados como uma porcentagem do VE.
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Resultados
Uma das vantagens do uso da ressonância magnética é que um delineamento longitudinal pode ser utilizado para estadiar a doença. Isso é especialmente importante ao avaliar compostos novos, já que o curso temporal do efeito pode não ser conhecido. As variações nos volumes cardíacos devido à progressão da doença no mesmo animal são mostradas na Figura 4. A figura mostra claramente os efeitos do remodelamento após infarto do miocárdio.
A geometria correta do corte é fundamental pa...
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Discussão
PET/MRI é um método de medição abrangente para a avaliação não invasiva e longitudinal da função sistólica, viabilidade tecidual e marcadores metabólicos específicos em modelos de camundongos de infarto do miocárdio. Aqui descrevemos um protocolo para a realização de RM e PET sequencialmente, onde o co-registro é simplificado pela transferência do mesmo leito entre os sistemas. Essa estratégia, também adotada por fabricantes de sistemas clínicos11, não requer um scanner combinado de PET/RM e pode ser realizada...
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Divulgações
Não há nada a divulgar.
Agradecimentos
Somos gratos pelo financiamento da British Heart Foundation para TK e do UK Medical Research Council para uma bolsa de estudos de pesquisa de pós-graduação para GB.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Equipamento | |||
| FDG | IBA | ||
| Transmissor de gaiola de 12 cm de diâmetro | Bruker | T5346 | |
| Receptor de bobina de superfície de 2 cm de diâmetro | Bruker | T7027 | |
| Red Dot Eléctrodos de monitorização neonatal | 3M | P/N: 2330 | |
| de monitorização | Sistemas SA | O kit de monitorização inclui almofada respiratória e sonda rectal para medições de temperatura. | |
| Equipamento de anestesia | Serviços de anestesia | ||
| Caixa de indução | Vet Tech Solutions LTD | ||
| Cambridge scanner PET/MRI de ímã dividido | Universidade de Cambridge | Um scanner PET/MRI 22 personalizado foi usado para realizar o PET, seu desempenho PET semelhante a um software de scanner23Segment F120 micropet | |
| Medviso, Lund University | Disponível gratuitamente | ||
| SPM-mouse | University of Cambridge | Disponível gratuitamente |
Referências
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Reimpressões e permissões
