В Vivo количественной оценки структуры миокарда, функции, перфузии и жизнеспособности Использование сердца Микро-компьютерная томография
16 февраля 2016 г.
Этот метод описывает использование квантовой микрокомпьютерной томографии (микрокомпьютерной томографии) для оценки морфологии, функции, перфузии, метаболизма и жизнеспособности сердца с йодированным контрастным веществом у мышей с экспериментально индуцированной ишемией миокарда. Этот метод может быть применен для неразрушающей высокопроизводительной продольной визуализации in vivo различных животных моделей сердечных заболеваний человека.
Общая цель данной процедуры — продемонстрировать применение высокоскоростной микрокомпьютерной томографии с использованием встроенной кардиореспираторной синхронизацией для оценки глобальной и региональной функций миокарда на модели ишемии сердца у мыши. Этот метод позволяет ответить на ключевые вопросы сердечной патофизиологии, например, каковы последствия патологии или неправильного лечения для глобальной и региональной функций миокарда? Основным преимуществом данной методики является то, что она обеспечивает быструю, лонгитюдную и неинвазивную оценку наиболее важных параметров сердца, которая может быть легко выполнена специалистами без профильной подготовки.
Значимость данного метода распространяется на терапию сердечно-сосудистых заболеваний. Он может быть использован в качестве доклинического инструмента для углубленного изучения развития сердечных патологий. Процедуру продемонстрируют Николь ван Влит, техник, а также Эльза ван Деел, постдок, и Янто Ридван, еще один техник из нашей лаборатории.
Начните с выполнения небольшого разреза на коже 12-недельной мыши между вторым и третьим ребрами. Затем с помощью небольших крючков раздвиньте грудные мышцы, чтобы обнажить межреберные мышцы. Далее с помощью изогнутых подпружиненных ножниц с лезвием 2 мм осторожно перережьте третью межреберную мышцу, не повреждая легкие.
Затем с помощью пинцета вскройте перикард и с помощью кусочка влажной марли отодвиньте легкие. Переместите крючки внутрь грудной клетки так, чтобы была видна большая часть свободной стенки левого желудочка и часть левого предсердия. Затем, используя предсердие для поиска левой коронарной артерии, проведите шелковый хирургический шов 7-0 под левой коронарной артерией и завяжите узел на 2 мм ниже края левого предсердия для стандартизации размера инфаркта.
После визуального подтверждения успешности индукции инфаркта по побледнению свободной стенки левого желудочка осторожно расправьте легкое и плотно закройте грудную клетку шелковой хирургической нитью 6-0. Промойте рану физиологическим раствором, зашейте кожу шелковыми швами, после чего нанесите спрей для обработки ран для стимуляции заживления и предотвращения инфекции. Затем поместите мышь в клетку на грелку до полного восстановления.
Через три-четыре часа после операции включите микроКТ-сканер, запустите программное обеспечение для управления микроКТ и прогрейте рентгеновскую трубку. Затем обработайте резиновой пробкой флакона с йодсодержащим контрастным веществом 70% спиртом и с помощью шприца с малым dead space отберите от 5 до 10 µL вещества на грамм массы тела животного. После удаления пузырьков воздуха протрите хвост мыши, находящейся под наркозом, 70% спиртом и расширьте хвостовые вены путем прогревания.
Введите контрастное вещество в латеральную хвостовую вену. Когда в программном обеспечении управления появится кнопка режима реального времени, рентгеновская трубка будет готова. Установите конусную насадку малого диаметра и ложе для мелких животных.
Нажмите кнопку создания новой базы данных в окне базы данных и введите имя для новой базы данных. Когда появится диалоговое окно, нажмите кнопку обзора и перейдите на диск, где будет сохранена база данных. Затем нажмите ОК и убедитесь, что новая база данных появилась в окне базы данных.
Для настройки условий сканирования выберите соответствующие параметры. Теперь поместите введенную под анестезию мышь на ложе для животных в сканере и сдвиньте дверцу прибора вправо, чтобы активировать защитную блокировку. Нажмите кнопку режима реального времени, чтобы увидеть объект в режиме реального времени и проконтролировать окно захвата X и животное.
Нажимая кнопки перемещения по оси Z столика вперед и назад, перемещайте ложе с животным до тех пор, пока грудная клетка мыши не окажется в поле зрения. Затем с помощью стрелок управления ложем влево и вправо расположите животное внутри синей ограничительной рамки. Выберите значение 90 из выпадающего списка управления поворотом в окне программного обеспечения и нажмите кнопку установки, чтобы повернуть портал, убедившись, что животное остается внутри синей ограничительной рамки окна захвата X.
В окне захвата X щелкните левой кнопкой мыши, чтобы изменить размер области интереса сердечно-респираторного анализа. Перетащите границы так, чтобы сердечно-респираторные кривые были четко видны в окне синхронизации. Нажмите кнопку исходного положения и измените размер области интереса для сердечно-респираторного анализа.
Убедитесь, что область интереса охватывает диафрагму и апикальную часть сердца во всех положениях гентри. Затем поверните гентри на 90 градусов, чтобы убедиться, что кардиореспираторные кривые по-прежнему четко видны. Когда животное будет positioned в нужном положении, нажмите кнопку CT scan для инициализации сбора данных.
Появится сообщение о подтверждении КТ-сканирования. Нажмите «да». Красный индикатор подачи энергии на рентгеновский излучатель включит прибор, и сканирование начнется.
По завершении сканирования изучите трансаксиальные, корональные и сагиттальные проекции реконструированных изображений в программном обеспечении для 2D-визуализации. Затем извлеките животное из сканера и наблюдайте за ним до полного восстановления. Здесь представлены репрезентативные короткоосевые поперечные срезы бассейна крови в конце диастолы и конце систолы сердца мыши с инфарктом миокарда.
На этих изображениях короткоосевые поперечные срезы сердца мыши без инфаркта миокарда в конце диастолы и конце систолы демонстрируют отличное разграничение полости левого желудочка с минимальным уровнем фонового шума. Обратите внимание, что области разрежения контраста, соответствующие инфаркту миокарда, были четко определены на короткоосевых изображениях сердца мыши, которой была проведена лигатура левой передней нисходящей коронарной артерии. Однако этого не наблюдалось у животного из группы ложнооперированных.
Согласно 17-сегментной модели Американской кардиологической ассоциации, левый желудочек можно разделить на базальный, средний и апикальный отделы в короткой оси. На данных репрезентативных круговых полярных диаграммах в сегментах mid-anterior, mid-inferolateral, mid-anterolateral, apical anterior и apical lateral у мыши с инфарктом миокарда отчетливо видно иное распределение по сравнению с животным из контрольной группы (ложнооперированным). После освоения метода индукция инфаркта миокарда может быть выполнена за 45 минут, в то время как последующая микроКТ-визуализация требует четырех часов.
При выполнении данной процедуры важно помнить, что функциональные показатели сердца зависят от типа и степени анестезии. Таким образом, для получения точных измерений во время сбора изображений частоту сердечных сокращений следует поддерживать на максимально физиологическом уровне. После своей разработки этот метод открыл исследователям в области фармакологии путь к изучению стратегий вмешательства на мышах и анализу влияния различных стратегий лечения на прогрессирование заболевания.
После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление об операции при инфаркте миокарда и узнать, как использовать высокоскоростную систему микроКТ совместно с йодсодержащим контрастным веществом для заполнения кровяного русла. Не забывайте, что работа с изофлураном может быть опасной, и при выполнении данной процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как обеспечение надлежащей вентиляции.
Обзор
В данном методе описывается использование квантовой микрокомпьютерной томографии (MicroCT) с применением йодсодержащего контрастного вещества для оценки морфологии, функции, перфузии, метаболизма и жизнеспособности миокарда у мышей с экспериментально индуцированной ишемией миокарда. Данная методика позволяет проводить быструю, лонгитюдную и неинвазивную оценку критических параметров сердца.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Кардиология
- Методы визуализации
- Доклинические исследования
Обзор
- Ишемия миокарда представляет собой важную модель для изучения сердечных заболеваний.
- Неинвазивные методы визуализации имеют ключевое значение для лонгитюдных исследований.
- МикроКТ позволяет детально оценить функцию и структуру сердца.
- Понимание патофизиологии сердца критически важно для разработки методов терапии.
Цель исследования
- Продемонстрировать применение микроКТ для оценки функции миокарда.
- Оценить влияние терапии на патологию сердца.
- Получить представление о развитии сердечных заболеваний.
Используемые методы
- Индукция инфаркта миокарда у мышей с помощью хирургических методов.
- Введение йодированного контрастного вещества для визуализации.
- Использование микроКТ для получения изображений сердца.
- Анализ морфологии и функции сердца с помощью программного обеспечения для визуализации.
Основные результаты
- Успешное индуцирование инфаркта миокарда было подтверждено визуально.
- Метод микроКТ обеспечил четкое определение контуров полостей левого желудочка.
- Области разрежения контраста, соответствующие инфаркту, были четко разграничены.
- Различия в перфузии наблюдались между инфарктными сердцами и сердцами в группе ложной операции.
Выводы
- МикроКТ является ценным инструментом для неинвазивной визуализации сердца.
- Данный метод позволяет углубить понимание сердечных заболеваний.
- Он обеспечивает возможность экспресс-оценки функции сердца на доклинических моделях.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Данный метод позволяет проводить быстрый, продольный, неинвазивный анализ структуры и функции сердца в доклинических моделях, что способствует ранней валидации мишеней и снижению механистических рисков при поиске новых сердечно-сосудистых препаратов. Предоставляя количественные трехмерные анатомические и функциональные данные, этот метод повышает прогностическую уверенность при идентификации ведущих соединений и принятии решений о переходе к следующим этапам доклинических исследований. Данная методика снижает зависимость от терминальных точек и поддерживает масштабируемые, воспроизводимые рабочие процессы для кросс-функциональных групп НИОКР.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы посредством количественной оценки глобальной и региональной функции миокарда на моделях заболеваний.
- Операционная ценность: способствует снижению биологических рисков, обеспечивая продольный неинвазивный мониторинг прогрессирования патологии сердца.
- Прогностическая ценность: облегчает приоритизацию портфеля препаратов, предоставляя воспроизводимые показатели перфузии и жизнеспособности, которые коррелируют с терапевтической эффективностью.
Скрининг и разработка анализа
- Готовность анализа: Подготовка валидированных биологических систем для последующей оценки соединений путем установления базовых показателей сердечной функции и воспроизводимости инфаркта.
- Количественные показатели: Предоставление стандартизированных 3D-измерений высокого разрешения объемов желудочков, движения стенок и дефектов перфузии для стандартизации анализа.
- Масштабируемость скрининга: Обеспечение надежной оценки соединений за счет автоматизированного сбора и анализа изображений, совместимого с высокопроизводительными рабочими процессами.
Трансляционные и доклинические исследования
- Значимость для изучения заболеваний: Моделирует инфаркт миокарда у человека посредством перманентной окклюзии левой передней нисходящей артерии (LAD), обеспечивая трансляционную преемственность от этапа открытия до доклинической валидации.
- Снижение механистических рисков: Позволяет на ранних этапах оценить влияние терапии на метаболизм и жизнеспособность миокарда, снижая вероятность биологических неудач на поздних стадиях.
- Прогресс с учетом рисков: Обосновывает решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go), связывая конечные точки функциональной визуализации с патофизиологической значимостью в моделях сердечно-сосудистых заболеваний.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в процесс разработки лекарственных средств — от валидации мишени и идентификации ведущих соединений до доклинических испытаний эффективности, что позволяет проводить итерационную оценку показателей кардиологической безопасности и эффективности.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез и уточнение путей передачи сигналов путем количественной оценки региональной дисфункции миокарда в ишемических моделях.
- Скрининг: гарантирует готовность анализа за счет воспроизводимой визуализации с контрастным усилением и стандартизированных протоколов индукции инфаркта.
- Аналитика: предоставляет количественные зависимые переменные, включая фракцию выброса, толщину стенки и размер дефекта перфузии для межгрупповых сравнений.
- Трансляционные исследования: обеспечивает связь с доклинической валидацией посредством лонгитюдного мониторинга метаболических изменений и жизнеспособности тканей после вмешательства.
- Корпоративное повторное использование: функционирует как универсальная платформа визуализации, применимая для различных сердечно-сосудистых показаний и терапевтических методов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает точность прогнозирования при валидации мишеней за счет снижения механистической неопределенности в патофизиологии сердца.
- Операционная ценность: Повышает уровень стандартизации и воспроизводимости благодаря автоматизированному гейтингу и стандартизированным протоколам дозирования контрастного вещества.
- Стратегическая ценность: Повышает эффективность использования капитала за счет обеспечения раннего обнаружения кардиотоксичных или неэффективных соединений.
- Влияние на портфель: Позволяет оптимизировать приоритетность с учетом рисков на основе объективных количественных конечных точек, которые обосновывают решения о дальнейшем продвижении разработки.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области хирургии мелких животных, управления анестезией и работы с микроКТ.
- Зависимость от высокоскоростных систем микроКТ с кардиореспираторным гейтингом и совместимостью с йодированными контрастными веществами.
- Необходима межкомандная стандартизация протоколов индукции инфаркта, введения контраста и анализа изображений.
- При адаптации следует учитывать специфические для конкретной модели корректировки частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и кинетики контраста для разных видов животных.
- Практические ограничения включают лимиты дозы облучения для лонгитюдных исследований и необходимость использования специализированных контрастных веществ, таких как eXIA160, для функциональной оценки.
