Summary
Magnetisk resonanstomografi (MRT) har blivit ett allt mer populärt verktyg för att undersöka fenotypen av genetiskt förändrade möss. Denna artikel belyser de metoder som krävs för att uppnå hög genomströmning fenotypning av genetiskt förändrade möss med flera-mus MRI.
Abstract
Området musen fenotypning med magnetisk resonanstomografi (MRT) är snabbt växande, motiverad av behovet av förbättrade verktyg för att karakterisera och utvärdera musmodeller för mänskliga sjukdomar. MRT är en utmärkt modalitet för utredning av genetiskt förändrade djur. Det är kapabel att hela hjärnan täckning, kan användas in vivo, och ger flera kontrast mekanismer för att undersöka olika aspekter av neuranatomy och fysiologi. Tillkomsten av höga fält skannrar tillsammans med förmågan att skanna flera möss ger samtidigt en snabb fenotypning av nya mutationer.
Effektiv mus MRI studier kräver uppmärksamhet på många aspekter av experimentets utformning. I denna artikel kommer vi att beskriva generella metoder att skaffa kvalitetsbilder för mus fenotypning med hjälp av ett system som bilder möss samtidigt i skärmade sända / ta emot radiofrekvens (RF) spolar i en gemensam magnet (Bock et al., 2003). Vi satsar särskilt på anatomiska fenotypning, en viktig och tillgänglig program som har visat en hög potential för påverkan på många musmodeller i vår Imaging Center. Innan vi kan ge den detaljerade steg att förvärva sådana bilder, det finns viktiga praktiska överväganden för både in vivo hjärnavbildning (Dazai et al., 2004) och ex vivo hjärnavbildning (våren et al., 2007) som bör noteras. Dessa diskuteras nedan.
Protocol
1. Flera mus in vivo Brain Imaging:
När avbildning levande djur, flera viktiga funktioner måste vara närvarande under hela avbildning session: 1) en säker metod för anestesi, 2) miljö-kontroll och 3) fysiologisk övervakning. Dessutom, när bildhantering flera ämnen samtidigt, finns det ökade komplexiteten när det gäller enkelhet och snabbhet av förberedelser och reproducerbarhet av animaliskt positioner för att underlätta bild registrering. Följaktligen var tre stora anpassade komponenter designade och tillverkade: ett system för laddning att sätta in möss i RF-spolar inom MRI, en induktionskammare för att underlätta förberedelser och en plattform med inbyggd övervakning leder till standardisera position.
Det system för laddning:
Musen lastning Systemet består av två större delar: "musen bikupa" och "loading array". Musen bikupa huvudsakliga funktion är att plats sju Millipede RF-spolar (Varian NMR Systems, Palo Alto, Kalifornien) i en sexkantig array inuti magneten bar. Belastningen array är utformad för att hålla och transportera flera möss inrymt i 50 tuber ml centrifugrör med hål borrade genom sina tips för att kunna träda i anestesigas. Efter att möss är bedövas och gränssnitt för övervakning utrustning på ett preparat område i närheten av magneten, är de in i den modifierade centrifugrör och monteras på lastning matrisen. Efter montage alla möss är lastning utbud transporteras och sätts in i magnet och placeras på ett tåg. Järnvägssystemet kan arrayen att par med musen kupan när man trycker ner hålet i magneten. När helt införd i magneten, den centrifugrör dockan på bedövningsmedel leveranssystem inom RF-spolar. Isofluran blandas med syre levereras från musen bikupa slut på provet genom en slang längs axeln för varje enskild spole. Detta anestesigas blandningen rinner ut i rör, förbi möss och samlas in av en aktiv sophantering enhet ansluten till baksidan av lastning array (Figur 1).
Den induktionskammare:
Eftersom avbildning gånger kan ta upp till tre timmar, vilket minimerar djur förberedelsetid är avgörande för att begränsa musens exponering för anestesi. Därför har vi utvecklat en egen induktionskammare att effektivisera förberedelserna (Figur 2). Den anpassade induktionskammare skapas en enda miljö för både induktion och hantering av flera möss. Tillverkad av klar akryl, ger induktionskammare funktioner självstängande silikon iris-portar för att minimera narkos läckage och användaren få tillgång till den inre miljön utan att behöva speciella handskar. Jämfört med konventionella mask och kretsar för en enda mus, är induktionskammare stor nog att hysa upp till tjugo möss och ger gratis manipulation av möss utan att fästa tunga tuber och masker. Enheten levereras med ett konstant flöde av anestesigas som samlas in med hjälp av ett passivt spolningssystem. Resistiva värmeelement används för att värma golvet i kammaren för att upprätthålla djurens kroppstemperatur under beredning.
Släden:
En av de mest besvärliga och tidskrävande aspekter förbereda möss för MRT är tillämpningen av EKG (EKG) elektroder och rektala sonder temperatur. Dessutom var många av de konventionella elektroder, som manschetten och elektroder nål, fann att snedvrida djurets hållning gör det svårt att standardisera positionering. Därför utarbetade vi en egen formpassande positionering plattform med inbyggd EKG som kallas andning och sonder temperatur "släde" (US Patent 7.146.936) (Figur 3). Motion begränsningar gjorda av kardborreband användes för att begränsa rörelse av huvudet.
Flera mus in vivo steg hjärnavbildning:
- Alla musen forskning kräver lokala ACC (Animal Care kommittén), IACUC (Institutionella Djurvård och användning kommittén) eller motsvarande godkännande för förfaranden mus hantering.
- Alla förfaranden som identifiering och vägning av djur bör utföras under en biologisk säkerhetsbänk (BSC) och i MR-enheten. Djuren är överförs till ett autoklaverbara plastbehållare och transporteras till MR induktion kammaren.
- Möss bedövas i en uppvärmd induktionskammare med 4% isofluran och 4 l / min av syre. Djur är helt bedövad när de inte svarar på tass nypa. Päls från bröstet tas bort med hjälp av en hårborttagare (Nair) om det behövs för att ge bättre kontakt med EKG och temperatur övervakningsanordningar som byggts in i en egen släde. Eve salva (Tears Naturale PM) läggs på ögonen för att förhindra uttorkning, och cirka 0,3 mL koksaltlösning ges subkutant för att upprätthålla vätskebalansen.
- Gd-DTPA-BMA (Omniscan) kananvändas om kontrastförstärkning önskas. Om Gd-DTPA ska användas kommer den spädas med saltlösning (slutlig volym 300uL) och administreras i en enda dos på 1 mmol / kg före MR-session via IP.
- Möss är sedan lastas i enskilda slädar, orörlig med huvudet band och glida in i öppen 50mL koniska röret (figur 3). Upp till 7 leva möss kan skannas samtidigt. När alla djuren lastas med fysiologiska ansluten övervakning, ställ isofluran nivå i magneten hålet till 2% och syrehalten till 8 l / min.
- Den koniska rör monteras in i ett dockningssystem (figur 1) syftar till att läget möss jämnt i varje RF-spole placerad i mitten av magneten bar. När laddats kan isofluran reduceras till 0,9-2%. EKG och temperatur följs upp varje djur under hela skanningen. Djur hålls varm under skanningen med uppvärmd luft.
- Tiden för varje tredimensionell skanning är cirka 3 timmar. Detaljerna är som följer: snabb spin eko med TR på 2300 ms och en TEeff på 36 ms. Echo tåg längd av 8 med 1 genomsnitt. Resulterande bildupplösning är 125 ìm (Figur 4).
- När genomsökningen är klar, är att djuren avlägsnas från magneten och lossas i en varm induktion kammare fylld med 100% syrgas. Djuren överförs till en plast förseglade containrar och transporteras under ett BSC. De placeras på en varm dragfri bur och får möjlighet att återhämta sig från anestesi.
2. Flera-mus ex vivo Brain Imaging:
Opåverkad av artefakterna, uppnår fast MR högre upplösning än levande avbildning. Högupplösta, tredimensionella datauppsättningar ger maximal flexibilitet vid utvinna kvantitativ information och ge utrymme för automatiserad bildanalys. En anpassad RF-spole rad utvecklades för parallella förvärv av 16 högupplösta MR datauppsättningar av den fasta in-skallen hjärnor mus i natten skanning sessioner.
Den 16-Coil ex vivo Brain Imaging Array:
En specialbyggd 16-coil magnetventil utbud skapades för bild 16 prover samtidigt. Denna konstruktion förbättrar en tidigare prototyp som används för att bilden tre prover samtidigt i en 60mm in lutning inställd. Den 8-sväng magnetventil spolar är över såret i ändarna för att ge en enhetlig känslighet inom 10% över en längd av 26 mm och är individuellt skärmade inom modulära fack (Idziak och Haeberlen, 1982). De 16 spole fack monteras ihop till en ram (Figur 5), vilket placerar spolarna i lutning och klämmor den på plats med hjälp av en pneumatisk blåsa för att minimera rörelse.
Flera-mus ex vivo hjärnavbildning steg:
- Öppna brösthålan och in kanylen (eller Safety Winged infusionsset, 25G x 3 / 4) i vänster kammare i hjärtat av en sövda mus (via intraperitoneal injektion av ketamin (150 mg / kg) och xylazin (10 mg / kg) . Skär den högra förmaket.
- Transcardiac perfusion Skölj med 30 ml rumstemp 1 X PBS + 1 mikroliter / ml heparin (1000 USP enheter / ml) + 2 mM ProHance med en flödeshastighet av cirka 100 ml / timme.
- Fixering pass med 30 ml 4% PFA (rumstemperatur) + 2 mM ProHance vid 100 ml / timme.
- Halshugga och ta bort hud, underkäke, öron, brosk nästipp.
- Placera resterande skallen struktur i 4% PFA + 2 mM ProHance över natten vid 4 ° C.
- Transfer till 1X PBS + 0,02% natriumazid + 2 mM ProHance.
- Högupplöst tredimensionell MRI-skanning på 7 Tesla sker mellan 4 dagar och inte längre än 2,5 månader efter perfusion. Hjärnor placeras i en 16-kanals magnetspolen array (Figur 5).
- Imaging parametrar är följande: snabb spin eko med TR 325 ms och en TEeff 30 ms, eko tåg längd 6 med 4 genomsnitt. Den sista bilderna har en isotropisk upplösning på 32 ìm (Figur 6) och genomsökningen längd är cirka 12 timmar.
- Efter skanningen plats skallen i 10% formalin + 2 mM ProHance för konservering.
3. Representativa resultat:
Figur 1. Musen laddar systemet. Den "loading array" och "mus bikupa" i samband med ett gemensamt glasfiber tåg.
Figur 2. Induktion kammare.
Figur 3. A) släde, visar inbäddade övervakning sensorer och huvudstödet. b) Ett sövda musen på en släde med nackskyddet bifogas. Släden montering glider lätt in i centrifugrör.
Figur 4. i vivo flera hjärnan bilder från en 3-timmars tredimensionell skanning.
Figur 5. 16-kanals magnetspolen array för skanning av 16 fast hjärnan exemplar.
Figur 6. Representant ex vivo hjärnan bild.
Discussion
Både in vivo och ex vivo mus bildsystem bild flera ämnen på en gång för att öka genomströmningen av radiologiska undersökningar avsevärt utan att öka avbildning tiden. Hjärnan bilder från både in vivo och ex vivo flera musen avbildningstekniker är av hög kvalitet och är lämpliga för fenotypning större och mindre strukturer i musen hjärnan respektive.
För att minimera tiden djur beredning av flera exemplar, är parallellisering av processer av yttersta vikt. Till exempel utvecklingen av induktionskammare tillåtet för induktion av flera exemplar samtidigt, och släden har synkroniserat tillämpningen av EKG och sonder temperatur medan standardiseringsorgan positionering. Dessutom gör våra ex vivo imaging-system för oss att skaffa högupplöst tredimensionell bilder av 16 fast hela hjärnan på en gång vilket är idealiskt för hög genomströmning fenotypning studier.
Eventuella begränsningar av våra in vivo imaging-system inkluderar oförmåga att individuellt kontrollera bedövning och temperatur för varje mus. Om det krävs individuell bedövning kontroll kan genomföras med tillägg av exklusiva anestesiförgasare för varje mus. En annan begränsning av in vivo imaging system är att skanningen är begränsat till möss som är mindre än cirka 32 gram. Det finns dock en plan för närvarande att öka spole storlek för att rymma större djur.
Disclosures
Inga intressekonflikter deklareras.
Acknowledgments
Detta arbete är en del av Mouse avbildningscentral (mus) på sjukhuset för sjuka barn och University of Toronto.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Isoflurane, USP (AErrane) | Baxter Internationl Inc. | CA2L9108 | |
| NAIR | Church & Dwight Co. | ||
| Tears Naturale P.M. | Alcon | DIN 02082519 | |
| Omniscan (gadodiamide injection USP) | GE Healthcare | J-110A | |
| Custom Sleds | Dazai Research Instruments | ||
| PBS w/o Ca and Mg | Wisent Inc. | 311-010-CL | |
| Heparin 10000USP/10ml | Pharmaceutical Partners of Canada | DIN 02264315 | |
| ProHance (gadoteridol injection USP) | Bracco Diagnostics | 11181 | |
| Parafolmadehyde (powder) | Sigma-Aldrich | P-6148-500g | |
| Sodium Azide | Fisher Scientific | S227-100 | |
| Formalin 10% | Fisher Scientific | SF100-4 |
References
- Bock, N. A., Konyer, N. B., Henkelman, R. M.
- Dazai, J., Bock, N. A., Nieman, B. J., Davidson, L. M., Henkelman, R. M., Chen, X. J. Multiple mouse biological loading and monitoring system for MRI. Magn. Reson. Med. 52, 709-715 (2004).
- Spring, S., Lerch, J. P., Henkelman, R. M. Sexual dimorphism revealed in the structure of the mouse brain using three-dimensional magnetic resonance imaging. NeuroImage. 35, 1424-1433 (2007).
- Idziak, S., Haeberlen, U. Design and construction of a high homogeneity rf coil for solid-state multiple-pulse NMR. J. Magn. Reson. 50, 281-288 (1982).
