Summary
심장 개발에 영향을 미치는 유전자 변경을 공부할 때 태아 및 perinatal 죽음은 일반적인 기능입니다. 고주파 초음파 이미징은 2-D 해상도를 개선하고 조기 심장 개발에 우수한 정보를 제공 할 수 있으며 죽기 전에 심장 구조와 기능에 미치는 영향을 감지 할 수있는 이상적인 방법입니다.
Abstract
심장 개발과 기능의 이상을 표시하는 유전자 변형 마우스에 대한 이해를위한 강력한 도구를 나타냅니다 정상적인 심장 혈관 기능과 인간의 심장 혈관 질병의 pathophysiological으로 모두를 근간 분자 메커니즘. 심장 개발 1-3에 영향을 미치는 유전자 변경을 공부할 때 태아 및 perinatal 죽음은 일반적인 기능입니다. 심장 기능의 초기 개발에 유전 적 또는 pharmacologic 변경의 역할을 연구하기 위해, 라이브 태아의 초음파 영상은 이상과 세로 후속의 조기 인식을위한 중요한 도구로 자리 잡았습니다. 비 침투 초음파 영상은 선천성 기형 및 사망 4 전에 심장 기능에 미치는 영향을 감지하고 공부하기에 이상적인 방법입니다. 그것은 살아있는 태아과 질병의 진행에 이상을 조기에 인식이 종 방향 연구 5,6와 자궁에 따라 할 수 있습니다.최근까지 태아 마우스 마음의 영상이 자주 침입 방법을 참여. 태아는 자기 공명 현미경과 전자 현미경을 수행하거나 수술 transillumination 현미경에 전달하기 위해 희생해야했습니다. 기존의 2-D 및 펄스 파 도플러 영상과 고주파 프로브의 응용 프로그램은 6-10 구할 정상적인 발달 변화의 데이터베이스와 태아의 개발 기간 동안 심장 수축과 심장 속도 측정을 제공하기 위해 표시되었습니다. , 적절한 이미징 비행기가 종종 취득하기가 어렵습니다하지만, M-모드 영상은 또한 중요한 기능 데이터를 제공합니다. 태아의 고주파 초음파 이미징은 2-D 해상도를 개선하고 심장 구조 11 초 개발에 우수한 정보를 제공 할 수 있습니다.
Protocol
1. 영상에 마우스를 준비
- 이미징 연구에 앞서, 유도 챔버에있는 댐 (2~3% isoflurane)을 마취. 유도 챔버에서 동물을 제거하고 즉시 마취 시스템에 연결된 코 콘 안에 주둥이를 넣습니다. 헤어 가위로 중간 가슴 수준에서 낮은 사지 (그림 1 참조)에 털을 제거합니다. 탈모 크림과 함께 나머지 몸 머리를 제거합니다. 탈모 용 크림도 머리 가위없이 사용할 수 있으며, 철저하게 자극을 방지하기 위해 사용 후 피부에서 헹구어해야합니다.
- 임베디드 ECG와 가열 패드에 위로 향한 위치에 anesthetized 마우스를하면 체온 (그림 1)을 유지하기 위해 연결됩니다. 네 개의 발과 ECG 전극에 테이프를에 전극 젤을 적용합니다.
- 절차를 통해 정상 상태 진정 작용 수준을 (100 % O 2 혼합 1.0 %로 1.5 % isoflurane) 구합니다. 마취의 수준으로 조정할 수 있습니다 m450 목표 심장 박동수 ± 분 당 50 비트 (BPM)를 aintain. 조심스럽게주의 미만 1 시간 진정 작용의 isoflurane과 기간의 복용량을 최소화하기 위해 지불해야합니다.
- 부드럽게 가열 패드를 통해 체온을 모니터링하기 위해 직장 프로브를 (윤활 이후) 삽입합니다. 그것은 좁은 범위 내에서 몸의 온도를 유지하는 것이 중요하다 (37.0 ° C ± 0.5 ° C).에게 제어 마취 지속적인 체온은 엄마와 태아의 hemodynamic 안정성을 위해 반드시 필요합니다.
기술 고려 사항
태아 echocardiograms의 인수 도전 할 수 있습니다. 이 연구에서 얻은 데이터는 댐과 태아 모두에서 스트레스에 대한 반응으로 인해 실마리를 못 찾고 있습니다. 이상적으로, 동물의 온도 램프, 또는 autoregulated 난방 담요를 가열, 온난화 패드를 순환 온수 이미징 플랫폼을 사용 유지해야합니다. 또한, 가온 음향 젤의 일상 사용을 권장합니다. 알체온 조절에 관한 지배적 인 관심 저체온증을 방지하는 것입니다하지만, 고열의 개발은 동일 우려해야합니다. 이러한 간단한 가열 패드 또는 할로겐 조명에 가까운 존재로 감시 가열 장치는 체온의 신속하고 위험 상승이 발생할 수 있습니다. 어느 방향으로 상당한 체온 변동 위험에 동물을 배치하기 때문에, 모든 시도가 정상적인 체온을 유지하기 위해하여야한다.
이미지를 획득 sonographer 혼자 변환기의 무게가 변경된 심장 기능이 발생할 수 있으므로, 변환기와 캐비티에 과도한 압력을 배치하지 않도록해야합니다. 이미지 수집 기간도 연장 진정 작용으로 인한 physiologic과 hemodynamic 변경 사항을 줄이기 위해 최소 (이상적 미만 1 시간)에 보관해야합니다. 또한, 시간과 각 연구 isoflurane에 노출 길이는 minimu에 보관해야합니다isoflurane 12 잠재적 teratogenic 효과로 인해 m.
2. 태아의 식별
- 영상은 (그림을 참조하십시오 L1, 2,3, 기타 등등 (왼쪽)와 R1, 2,3, 기타 등등 (오른쪽)으로 표시 왼쪽 및 오른쪽 자궁 뿔에 태아와 함께 랜드 마크로서 어머니의 방광을 사용하여 시작됩니다 1C). 태아 위치의 표현은 영상 후 표본의 검색에 유용합니다.
- 복부에 너무 깊이 자리 잡고 표본들은 존재를 문서화하는 스캔하지만, 데이터 분석에서 때문에 가난한 해상도 제외됩니다. 인접 배아를 스캔 할 수있는 능력 추적 태아 (그림 2A)에 도움이 될 수 있습니다.
- 스캔 비행기는 스캔 평면에 대하여 마우스의 방향을 변경하여 수정됩니다. 이미지는 각 태아 2 직교 비행기 (그림 2)에서 얻을 수 있습니다. 노력 가로, 정면, 또는 시상 비행기 건수와 전망을 얻기 위해 만든하지만 s입니다뿐이죠는 복부에있는 자궁의 위치가 경사 비행기로 제한됩니다. 스캔 머리의 회전도 댐을 이동하지 않고 방향의 수정을 허용합니다.
기술 고려 사항
프로브의 핸드 헬드 작업이 성인 마우스 echocardiography에 가능한 반면에 태아 영상의 핸드 헬드 작업하지 않는 것이 좋습니다. 태아의 식별은 자궁 위치, 꼬부라 짐, 그리고 움직임의 변수 자연 복잡합니다. 태아의 현지화 문제로 불편을 최소화하기 위해 댐의 수평 비행기 이외의 최소한의 운동과 고정 변환기를 사용 (그림 1)은 필수입니다.
3. 구조 및 기능에 대한 평가
- 검사 B-모드 이미지 등의 심방, 심실 간 중격, 심실 챔버, 그리고 왼쪽과 오른쪽 유출의 책자 (그림 2)와 같은 기본 심장 구조를 식별하는 데 사용됩니다.
- M 모드 이미지S는 짧은 축보기에서 얻은과 심실 벽 두께와 챔버 크기 (그림 3)을 측정하는 데 사용됩니다. 올바른 정렬은 태아 거짓말로 인해 얻을 수없는 경우, B 모드 이미지에서 측정 % 부분 단축 (FS)를 수량화하는 데 사용할 수 있습니다. 다음과 같이 LV 최종 수축기 차원 (LVESD)와 심장주기에 걸쳐 LV 최종 이완기 차원 (LVEDD) 사이 일시적으로 변경, 단축 분율 (FS)의 계산에 사용됩니다 :
% FS = [(LVEDD - LVESD) / LVEDD] × 100 - 왼쪽과 오른쪽 심실은 머리에서 꼬리까지 검색하여 확인할 수 있습니다. 왼쪽 및 오른쪽 측면은 주석이 있어야합니다. echogenic 태아 혈액에 의해 생성 된 공개 흐름 스트림 승모판 구멍 내에서 도플러 샘플 볼륨의 정확한 위치를 용이하게한다. 왼쪽 심실 유입 속도는 꼭대기 네 챔버와 LV 긴 축보기 (그림 4, C)에서 승모판 밸브에서 얻어진다. 대동맥 유출 측정은 systo를 측정하는 데 사용할 수 있습니다LIC 배출 시간 (그림 4, D). 심장 박동 한 흐름 사이클의 측정에서 다음 흐름 사이클 (그림 4, C 및 D)에 계산 될 수있다. 주의 도플러 각도를 최소화하기 위해 혈액의 흐름과 도플러 빔을 정렬주의해야한다. 60 도의 각도를 넘어 이동 값은 정확하고 피해야한다.
- 검사 B-모드 이미지는 같은 심실 septal 결함 (그림 5)와 같은 일반적인 구조 선천성 이상을 식별하는 데 사용됩니다. 심실 내 도플러 샘플 볼륨은 심실 중격에 걸쳐 흐름을 식별하는 데 사용될 수 있습니다. 쉽게 모니터링 추가 매개 변수가 태아 크기, 심장 요금, 흐름 속도, 심장 effusions, 그리고 태아 hydrops가 포함되어 있습니다. 특정 심장 결함의 확실한 진단 검시 및 조직 병리학하여 추가 평가가 필요합니다.
기술 고려 사항
왼쪽과 오른쪽 투의 식별bers 개발하는 동안 심실 챔버의 유사한 크기로 인해 태아 심장 영상에 어려울 수 있습니다. 한 전략은 수평 비행기에서 이미징 플랫폼을 이동하여 실시간으로 오른쪽과 왼쪽 태아 방향을 설정하는 것입니다. 주둥이, 사지 꽃 봉오리, 그리고 척추의 식별은 태아의하자 / 오른쪽으로 방향을 확인하는 데 도움이됩니다. 가능하다면, 아치 또는 폐동맥의 주요 분기의 시각화에 유출 트랙의 추적은 왼쪽 심실 유출 기관 또는 각각 오른쪽 유출 기관을 식별 할 수 있도록합니다. 각 태아는 공부를 들어, 저장된 이미지에 지정된 왼쪽, 오른쪽 방향을 유의하는 것이 중요합니다.
후 영상 동물 모니터링 및 관리
이미지의 완료 후, 댐은 표준 기관 사후 절차 프로토콜에 따라 해당 주택에 반환하고 모니터링합니다.이 이미징 절차에 따라 진통제가 필요하지 않습니다. 정상적인 활동의 전체 재개는 5 분 이내에 예상 할 수 있습니다.
4. 태아 Echocardiography 대표 결과
고주파 프로브 (8 MHz의 위)의 개발은 이미지가 확대하고 1cm의 깊이에 인수 될 때 0.3 mm의 측면 해상도로 약 0.2 mm의 축 해상도를 가지고 상업 echocardiographic 장비를 사용할 수 있습니다. 최근에 개발 된 트랜스 듀서의 대부분은 현장 유물 근처에 피할 수있는 장점을 가지고있는 선형 있습니다. 높은 주파수는 (30-50 MHz의) 기계 프로브는 최근 5-12mm의 깊이에서 약 50 μm의 축 해상도를 수 있도록 손쥐 가슴과 심장 박동에 적합되는 개발되었습니다. 최근 이러한 고주파 기계 프로브는 심실과 판막 기능과 s의 식별의 전체 평가를 가능하게 컬러 도플러 기능을 추가 한사냥은 태아 심장에 병변. 여기에 설명 된 방법은 VisualSonics Vevo 770 시스템에서 수행하는 거의 모든 상응하는 시스템에 적용 할 수 있습니다. 현재 상업적으로 이용 가능한 초 고주파 초음파 시스템이 측면 60mm와 50-100밀리미터 축 해상도 (Vevo770, VisualSonics 주식회사)에있는 7-14mm의 최대 이미징 깊이 40 Hz에서 작동 할 수 있습니다. 이 50-1백mm의 축 방향 및 임상 Acuson 세쿼이아의 초음파 시스템과 2백-5백밀리미터 측면 해상도로, 60 Hz에서와 20mm 이미징 깊이와 비교합니다.
태아 마우스 마음의 작은 크기 감안할 때, 마우스의 태아 echocardiography 연구 기술적으로 도전하고 있습니다. 성인 쥐 echocardiography는 달리, sonographer은 태아의 시신 축에 의해 정의 nonconventional 초음파 이미징 비행기를 사용해야합니다. 자궁 꼬부라 짐은 또한 태아의 방향에 영향을 미치는 고려되어야합니다. ultr의 또한 침투에 내재 된 한계는 깊이- 고주파 초음파는 태아의 큰 숫자가 어렵게 임신의 모든 표본 이미지에 만들 수 있습니다.
초음파 이미징 전략은 선천성 심장 혈관 및 extracardiac 결함 7 높은 처리량 검사 할 수 있습니다. 유전자 변경의 연구 외에도,이 기술은 pharmacologic 및 독성학 연구의 결함에 대한 화면으로 사용할 수 있습니다. 이 방법론은 또한 주사 또는 심실 압력 13 측정과 같은 interventional 절차에 대한 안내 도구로 사용할 수 있습니다.
태아 초음파의 비 침투 자연이 실시간으로 중요한 phenotypic 정보를 제공하기 때문에 또한 심장 혈관 기능이 생리적 조건 하에서 평가 할 수 있지만 있기 때문에뿐만 아니라 바람직하다. 하지만 기술적으로 가능한 배아의 마음,의 길이 검사는 여러 가지 이유로 도전 남아있다. 같은 태아와 IDE의 직렬 시험각 시험에서 같은 태아의 ntification은 분명 구조적 결함의 부재에 도전하고 있습니다. 자궁과 태아의 움직임은 완전히 표본의 방향을 변경하고 따라서 종 방향 추적하고 후속 측정 14 어려울 수 있습니다.
echocardiography 심장 이상을 식별하기위한 강력한 기술 임에도 불구하고, 구조적 심장 결함의 특정 진단 검시 및 조직 병리학 15 더 자세한 phenotyping이 필요합니다. 유전자형과 특정 태아의 상관 관계는 바람직 즉시 에코 연구 후에 동안 댐이 방향 및 배아 위치의 변화를 최소화하기 위해 여전히 anesthetized입니다 hysterotomy에 의해 수확 태아가 필요합니다.
챔버 크기와 기능에 대한 일반 값은이 값을 6-10에 인용 된 참조를 검토하는 것이 좋습니다 이러한 기술의 배아 마우스와 사용자에 대해보고되었습니다. 평가판막 형태의 이미지 해상도에 의해 제한되지만, 주요 혈관을 통해 환상 차원 측정 및 속도 측정는 이른 ED 9.5으로 가능합니다. 케어는 혈액의 흐름과 변환기 10, 16과 적절한 정렬을 얻기 위해 촬영해야합니다.
그것은 심장 크기가 마우스 변종, 성별 및 나이에 따라 다를 수 있으며 빠른 속도로 다른 배아 시간 지점과 심장 속도로 변경 강조해야합니다. 이 쥐 그룹은 이러한 매개 변수에 대한 일치되어 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 태아 영상도 마우스 변형에 따라 달라집니다. 예를 들어, 임신 CD-1 댐은 정기적으로 C57/BL6 변형하고, 따라서 모든 표본을 시각화하는 것이 더 어려울 수 있습니다보다 더 많은 배아가 포함되어 있습니다. 이러한 이유로, 연령 사용하여 각 실험에 대한 일치하는 컨트롤을 변형은 참조 값 대신 사용되어야합니다. 또한, 같은 왼쪽 심실 최종 이완기 차원과 뒤쪽 개별 매개 변수의 측정벽 두께는 최대 25 % 8에 일반 마우스에 따라 다를 수 있습니다.
1 그림. 생리 감시 장치와 VisualSonics Vevo 770 시스템을 사용하여 설정의 개요. (A) VisualSonics 통합 레일 시스템입니다. (B) 마우스 난방 보드에 구속 올바른 위치에와 있습니다. 사지가 ECG 전극 갇혀 있습니다. 임신 마우스 배아의 레이아웃 (C) 도식. 자궁의 각 뿔에서 배아의 수는 태아의 방향뿐만 아니라 상당히 다를 수 있습니다. (D) 이동 조작의 비행기 (X-축과 Y-축)을 지적 화살표가있는 이미징 플랫폼에 위치 댐 이미지의 댐. Z-축합니다 (패널 B의 화살표로 표시)으로 위쪽과 아래쪽 변환기의 움직임을 의미합니다. B, 방광, L, 왼쪽, R, RIght.
그림 2. 대표 B-모드의 이미지.이 수치는 배아 일 14.5 태아의 대표 B-모드 이미지가 포함되어 있습니다.이 이웃 태아의 (A) 시각화. 상자는 태아 심장의 위치를 나타냅니다. (B) 태아의 해부학 랜드 마크가 방향을 안내 할 수 있습니다. 왼쪽과 오른쪽 심실 (D), 오른쪽 심실 유출의 넓이로 봐서 및 폐동맥 (PA) (E), 그리고 왼쪽 심실 유출의 감각의 네 쏠보기 (C), 짧은 축보기에서 배아 일 14.5 마음 (LVOT) 그리고 대동맥 (F).
그림 3. 심실 기능의 대표 평가.이 그림은 대표를 포함2D 배아 일 14.5에서 마음의 긴 축보기 (A)의 echocardiography, 그리고 네 쏠보기 (B). (C) M 모드 심장 확장의 왼쪽과 오른쪽 심실 내부 직경을 나타내는 선으로 추적 (R의 이미지 / LVIDd)와 네 개의 챔버 이미지 평면에서 수축기 (R / LVIDs). 심실 간 중격은 (IVS)도 시각화 수 있습니다.
4 그림. 대표 도플러 평가.이 그림은 꼭대기 네 챔버보기 (A)에서 배아 일 14.5 심장의 2D echocardiography의 대표 이미지가 포함되어 있습니다. 왼쪽 심방과 왼쪽 심실 구멍이 설명되어 있습니다. 승모판 유입의 레코딩을위한 펄스 파 도플러 샘플 볼륨의 (B) 대표 배치. (C) 승모판 유입 도플러 패턴에서 초기 이완기 velocity 및 심방 수축 ( "A"표시됨) 속도를 측정 할 수 있습니다. (D) 대표 대동맥 도플러 파형 ( "E"표시됨). 대동맥 도플러 제트가 분출 시간 (동부 표준시)를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 심장 박동 (HR)은 다음과 같은 흐름 사이클 한 흐름 사이클의 측정에서 계산 될 수있다. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 5. 심실 septal 결함 대표 감지.이 그림은 (B)에 명시된 오른쪽과 왼쪽 심실 충치가있는 꼭대기 네 챔버보기 (A)에서 배아 일 14.5 심장의 대표 B-모드 이미지가 포함되어 있습니다. 심실 간 중격의 존재를 확인합니다. hematoxylin과 eosin 물들 이미징의 마음 (C) 가로 절을 참조하십시오.심실 꽃받침 조각 결함 (VSD)와 배아 일 14.5 심장의 (D) B-모드 이미지는 화살표로 표시. (E)를 마우스 오른쪽과 왼쪽 심실 (副鼻洞) 내용물은 전체 흐름의 기록에 대한 펄스 파 도플러 샘플 볼륨의 겹쳐 게재 위치와 설명되어 있습니다 심실 간 중격. (F) 표본 검색 후 이미징 마음 hematoxylin 및 eosin 물들 가로 섹션. (G) 심실 간 중격에 걸쳐 흐름을 녹화 펄스 파 도플러 샘플 볼륨의 위치를 겹쳐. (H) 대표 도플러 추적은 (G)에서 왼쪽에서 오른쪽 심실에 흐름을 보여주는 것은. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
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Discussion
시리얼 측정을 수행 할 수 있으며 심장 결함과 돌연변이 태아를 감지 할 수있는 능력은 정상과 비정상 심장 혈관 개발 조사를위한 echocardiography의 유용성을 강조 표시합니다. 생체의 심장 구조와 기능의 분석은 정상 태아 발달에 유전 및 비 유전 수정의 설명에 중요한 부분이되었습니다. 2D-가이드 도플러의 사용 가능 여부는 실시간으로 이미지를받는 동안 가능한 심장 박동, 혈액 흐름 패턴을 모니터링 할 수 있습니다. 이러한 심실 septal 결함 등의 발달 심장 결함이 존재하고 감지 할 수 있습니다. 대부분의 시스템에서 색상 흐름 도플러 영상의 부족이 어려운 고해상도 2D 이미지 도플러 샘플 볼륨을 정렬 할 수 있도록 현재의 이미징 플랫폼의 고해상도 기능에도 불구하고, 최고 유출의 속도의 인수, 어려운되고 있습니다. 또한, 자궁 뿔 내의 태아 위치는 배제 될 수모든 측정 또는 차선 이미지를 생성합니다. 초음파 영상의 주요 제한은 하나의 댐에서 모든 배아를 시각화 할 수있는 능력을 제한 깊이를 스캔합니다. 동일한 배아 따라서 같은 태아의 길이 추적을 복잡하게, 어머니의 복부 내 위치에 이동합니다. 이러한 제한에도 불구하고,이 비 침투 기술은 쓰레기에서 배아의 physiologic 상태를 모니터링하고 심장 결함이 예상 될 수있는 배아를 감지하고 모니터링 할 귀중한 될 수 있습니다.
새로운 기술
VisualSonics Vevo 2100 시스템, 최신 초음파 시스템은, 따라서 E10.5-11.5에서도 태아에 컬러 도플러 기능을 제공하는 것이 가능하게, 색상 흐름 이미징을위한 시설을 갖추고 선형 배열 트랜스 듀서를 단계적 있습니다. 이 시스템은 또한 태아 심근 17 개발에 대한 자세한 지역 심근 기능을 제공 할 수있는 추적 옵션을 작은 반점을 찍다 있습니다. 추적 작은 반점을 찍다이미징은 조직 변형에 기초하고 있으며 심근 수축성 및 지역 심근 기능의 또 다른 측정을 제공합니다. 작은 반점 추적의 기본 원리는 초음파 반사가 불규칙적 각 심근 세그먼트에 고유 한 패턴을 작은 반점을 찍다 만드는 것입니다. 이러한 세그먼트는 다음 심장주기에 걸쳐 추적 할 수 있으며, 마음의, 요골 길이 방향과 원주 비행기를 따라 조직 변위, 지역 속도, 스트레인 및 스트레인 속도를 계산하는 데 사용. 초음파 외에도, 이러한 광학 일관성 단층 촬영 (OCT), 마이크로-CT 및 마이크로 MRI와 같은 새로운 modalities는 태아 이미지에 적용되고 있으며, 가능성이 고해상도 echocardiography 17 무료 고급 고해상도 영상을 제공합니다.
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Disclosures
관심 없음 충돌이 선언 없습니다.
Acknowledgments
GHK는 NIH / NHLBI K08-HL098565 시카고 대학 심혈관 연구소에 의해 지원됩니다. 설명 모든 실험 방법은 시카고 대학에서 기관 동물 케어 및 사용위원회에 의해 승인됩니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Vevo 770 Imaging System (Toronto, Canada) | VisualSonics | ||
| MHz transducer | RMV707B15-45 | ||
| Isoflurane Vaporizer | Tec 3 | ||
| Isoflurane | 2-chloro-2-(difluoromethoxy)-1,1,1-trifluoro-ethane |
References
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