Мышиные эхокардиография плода
15 февраля 2013 г.
Плода и перинатальной смертности является общей особенностью при изучении генетических изменений, влияющих сердечной развития. Высокочастотный ультразвуковой визуализации улучшились 2-D разрешение и может обеспечить отличную информацию о раннем развитии сердечной и является идеальным методом для определения воздействия на структуры и функции сердца до смерти.
Общая цель следующего эксперимента заключается в изучении структуры и функции сердца плода in utero с помощью высокочастотной ультрасонографии. Для этого необходимо надлежащим образом седатировать и подготовить самку. На втором этапе следует определить положение плодов в рогах матки.
Затем получите данные в B-режиме, M-режиме и данные импульсного допплера. Для выявления и количественной оценки структурных или функциональных отклонений получают результаты, демонстрирующие структуру и функцию сердца in vivo у плодов мышей с генетическими изменениями. Основным преимуществом данного метода по сравнению с существующими методами, такими как гистопатология, является то, что фетальная эхокардиография позволяет в режиме реального времени оценить функцию сердца и может выявить структурные пороки сердца in vivo.
Подготовьте мышь к визуализации, предварительно проведя анестезию 2–3% изофлураном в индукционной камере. Поместите анестезированную мышь в положение на спине на нагревательную подушку со встроенными электродами ЭКГ для поддержания температуры тела, зафиксируйте лапы лентой. Извлеките мышь из камеры и с помощью машинки для стрижки выбрейте шерсть от уровня середины грудной клетки до нижних конечностей.
Используйте депиляционный крем для удаления оставшихся волос на теле. Затем поместите нос животного в носовой конус, подключенный к системе анестезии, для поддержания стабильного уровня седации на протяжении всей процедуры. Отрегулируйте уровень анестезии так, чтобы поддерживать целевую частоту сердечных сокращений на уровне 450 ± 50 ударов в минуту.
Затем нанесите электродный гель на четыре лапы и закрепите их пластырем к электродам ЭКГ. Далее, смажьте и осторожно введите в прямую кишку мыши ректальный датчик для мониторинга температуры тела с помощью нагревательной подушки. Поддерживайте температуру тела в пределах 37 °C ± 0,5 °C.
Контролируемая анестезия и постоянная температура тела необходимы для гемодинамической стабильности как матери, так и плодов. Начните визуализацию, используя мочевой пузырь матери в качестве ориентира, отрегулируйте манипуляторы по оси Z, затем отрегулируйте манипуляторы по осям XY. Плоды в левом роге матки обозначаются как L один, два и три.
В то время как эмбрионы в правом роге матки обозначаются как R1, R2 и R3. Фиксация местоположения эмбрионов полезна при их извлечении. После проведения визуализации просканируйте эмбрионы, расположенные глубоко в брюшной полости, чтобы задокументировать их наличие, но исключите их из анализа данных из-за низкого разрешения.
Изменяйте плоскости сканирования, меняя положение датчика относительно плоскости сканирования. Получите изображения в двух ортогональных плоскостях для каждого эмбриона. Постарайтесь получить срезы, максимально приближенные к поперечной, фронтальной и сагиттальной плоскостям, хотя иногда, из-за расположения матки в брюшной полости, доступны только косые плоскости.
Используйте изображения в режиме сканирования B для идентификации основных структур сердца, таких как предсердия, межжелудочковая перегородка, желудочки, а также выносящие тракты левого и правого желудочков. Затем получите изображения в M-режиме в проекции короткой оси и используйте их для измерения толщины стенок желудочков и размеров камер. После этого визуализируйте левый и правый желудочки.
Эхогенная эмбриональная кровь создает видимые потоки, что облегчает точное размещение контрольного объема Доплера в митральном отверстии. Определите скорость притока в левый желудочек через митральные клапаны при визуализации левого желудочка в апикальной четырехкамерной позиции по длинной оси. Измерьте время систолического изгнания с помощью измерений исходящего потока из аорты.
Рассчитайте частоту сердечных сокращений на основе измерений от одного цикла кровотока до следующего. Используйте изображения в режиме сканирования B для выявления распространенных структурных врожденных аномалий, таких как дефекты межжелудочковой перегородки. Определите наличие кровотока через межжелудочковую перегородку, используя контрольный объем доплеровского анализа внутри желудочков.
Здесь представлены репрезентативные оценки функций правого желудочка. Ниже приведены репрезентативные изображения 2D-эхокардиографии сердца на эмбриональном сроке 14,5 суток в режиме длинной оси и в режиме четырехкамерного сечения. Показана запись в M-режиме с линиями, четко указывающими внутренний диаметр левого и правого желудочков в диастолу, отмеченный строчной буквой D, и в систолу, отмеченный строчной буквой S. Также здесь визуализирована межжелудочковая перегородка (IVS).
Представлены репрезентативные изображения 2D-эхокардиографии сердца эмбриона на 14,5 день развития в четырехкамерной апикальной проекции. Левое предсердие и полость левого желудочка обведены синим цветом. Здесь показано репрезентативное размещение контрольного объема импульсно-волнового допплера для регистрации притока через митральный клапан; также представлены допплеровские профили митрального притока, по которым можно измерить скорость в раннюю диастолу (обозначается E) и скорость при сокращении предсердий (обозначается a).
Здесь представлена типичная доплеровская форма волны аорты. Доплеровский спектр потока в аорте может быть использован для измерения времени изгнания. Частота сердечных сокращений также может быть рассчитана путем измерения интервала от одного цикла кровотока до следующего.
Здесь представлено типичное обнаружение дефекта межжелудочковой перегородки или режима VSDB; показаны изображения сердца эмбриона на 14,5 день развития в апикальной четырехкамерной проекции. Полости правого и левого желудочков обведены здесь синим и красным цветом соответственно. Обратите внимание на наличие межжелудочковой перегородки; здесь представлен поперечный срез этого исследуемого сердца, окрашенный гематоксилином и эозином.
Представлено изображение сердца эмбриона 14,5-го дня развития в B-режиме; белой стрелкой указан передний отдел дефекта межжелудочковой перегородки (VSD). Здесь контуры полости правого и левого желудочков выделены синим и красным цветами соответственно. Также показан поперечный срез этого сердца, окрашенный гематилином и эозином.
На представленном B-режиме изображении сердца эмбриона на 14,5 день развития виден дефект межжелудочковой перегородки, отмеченный стрелкой; также показано наложение контрольного объема импульсно-волнового допплера для регистрации потока через межжелудочковую перегородку. Здесь приведена репрезентативная допплерограмма к предыдущему рисунку, демонстрирующая поток из левого желудочка в правый после его формирования. Данный метод открыл исследователям в области развития сердца возможность изучать функцию сердца до формирования полноценных структур.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании изучается структура и функция сердца плода in utero с помощью высокочастотной ультрасонографии. Этот метод позволяет в режиме реального времени оценивать сердечную функцию и выявлять структурные пороки сердца у плодов мышей с генетическими изменениями.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Развитие сердца
- Ультрасонография
- Генетические изменения
Теоретические основы
- Фетальная и перинатальная гибель часто связана с генетическими изменениями, влияющими на развитие сердца.
- Высокочастотная ультразвуковая визуализация повышает двухмерное разрешение для оценки раннего развития сердца.
- Данный метод идеально подходит для выявления воздействий на структуру и функцию сердца до наступления смерти.
- Фетальная эхокардиография обладает преимуществами перед традиционными методами, такими как гистопатология.
Цель исследования
- Изучение структуры и функции сердца плода в утробе матери.
- Использование высокочастотной ультрасонографии для оценки состояния сердца в режиме реального времени.
- Выявление и количественная оценка структурных или функциональных отклонений у плодов мышей.
Используемые методы
- Надлежащая седация и подготовка самки.
- Идентификация плодов в рогах матки.
- Получение данных в B-режиме, M-режиме и импульсном доплеровском режиме.
- Анализ структуры и функции сердца in vivo.
Основные результаты
- Были получены данные о функции сердца в режиме реального времени.
- Структурные пороки сердца были выявлены in vivo.
- Результаты продемонстрировали эффективность высокочастотной ультрасонографии.
- Фетальная эхокардиография оказалась более эффективной по сравнению с существующими методами.
Заключение
- Высокочастотная ультрасонография является ценным инструментом для изучения развития сердца.
- Данный метод позволяет осуществлять раннее выявление сердечных патологий.
- Он представляет собой неинвазивный способ оценки состояния сердца плода.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Высокочастотная эхокардиография плода на мышиных моделях позволяет в режиме реального времени неинвазивно оценивать структуру и функцию сердца в ходе эмбрионального развития. Эта возможность имеет решающее значение для групп раннего поиска, исследующих генетические или фармакологические воздействия на развитие сердечно-сосудистой системы, что обеспечивает прогностическую достоверность и снижение механистических рисков в ключевых точках перегиба. Данный метод улучшает процесс принятия решений по портфелю проектов, предоставляя количественные лонгитюдные данные о фенотипах, релевантных для заболевания, до наступления перинатальной летальности.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет проверять генетические гипотезы, влияющие на морфогенез и функцию сердца in vivo.
- Способствует биологическому снижению рисков путем выявления структурных и функциональных аномалий сердца до наступления летального исхода.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней посредством прямого измерения показателей развития сердца.
- Повышает прогностическую уверенность при отборе генетических моделей в рамках рабочих процессов сердечно-сосудистых исследований.
Скрининг и разработка анализа
- Устанавливает валидированные количественные конечные точки визуализации для последующего фенотипического скрининга генетических или фармакологических вмешательств.
- Стандартизирует измерение толщины стенок желудочков, размеров камер и скоростей кровотока для получения воспроизводимых результатов анализа.
- Обеспечивает возможность масштабируемого неинвазивного скрининга нескольких эмбрионов у одной самки, что повышает пропускную способность и достоверность данных.
- Поддерживает надежную оценку потенциальных соединений или генетических модификаций, влияющих на развитие сердца.
Трансляционные и доклинические исследования
- Позволяет сопоставить сердечные фенотипы мышей с моделями врожденных сердечных заболеваний человека для разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от раннего этапа открытия до доклинической валидации, позволяя проводить продольный мониторинг in utero.
- Снижает риск неудач на поздних стадиях разработки за счет выявления функционального дефицита до рождения.
- Способствует механистическому снижению рисков в релевантных системах заболеваний для поиска и разработки сердечно-сосудистых препаратов.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эхокардиография плода мыши интегрируется в континуум от открытия до доклинических исследований, позволяя проводить раннюю количественную оценку сердечных фенотипов в генетически модифицированных моделях.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез и уточнение сигнальных путей для генов или соединений, влияющих на развитие сердца.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые количественные результаты визуализации, подходящие для высококонтентного фенотипического скрининга.
- Аналитика: обеспечивает измерения частоты сердечных сокращений, толщины стенки и скорости кровотока в режиме реального времени для надежного статистического сравнения.
- Трансляционные исследования: позволяет перенести результаты исследований на мышах на заболевания человека путем моделирования врожденных пороков сердца и функциональных исходов.
- Корпоративное повторное использование: создает многократно используемую платформу визуализации для различных программ сердечно-сосудистых исследований.
Влияние на операционную деятельность и предприятие
- Научная ценность: повышает прогностическую уверенность и снижает механистическую неопределенность при валидации сердечно-сосудистых мишеней.
- Операционная ценность: стандартизирует и масштабирует неинвазивное фенотипирование сердца для нескольких эмбрионов и моделей.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать решения о продолжении или прекращении исследований (go/no-go) на более ранних этапах и эффективно оптимизировать капитал при развитии портфеля проектов.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию генетических моделей и потенциальных методов вмешательства с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы в области высокочастотной ультразвуковой визуализации и управления анестезией у мышей.
- Необходим доступ к специализированным платформам визуализации с возможностью работы в B-режиме, M-режиме и режиме Доплера.
- Для обеспечения воспроизводимости необходима межкомандная стандартизация плоскостей сканирования и протоколов измерений.
- Может потребоваться адаптация методики для разных стадий эмбрионального развития или генетических линий для обеспечения качества данных.
- Ограничения разрешения могут исключить эмбрионы, расположенные глубоко, из количественного анализа.
