Summary
Morte fetale e perinatale è una caratteristica comune quando si studiano le alterazioni genetiche che influenzano lo sviluppo cardiaco. Alta frequenza ecografia ha migliorato 2-D risoluzione e può fornire informazioni excellent precoce sviluppo cardiaco ed è un metodo ideale per rilevare l'impatto sulla struttura e funzione cardiaca prima della morte.
Abstract
Topi transgenici che mostrano anomalie nello sviluppo cardiaco e funzione rappresentano un potente strumento per la comprensione dei meccanismi molecolari alla base sia normale funzione cardiovascolare e la base fisiopatologica della malattia cardiovascolare umano. Morte fetale e perinatale è una caratteristica comune quando si studiano le alterazioni genetiche che colpiscono lo sviluppo cardiaco 1-3. Al fine di studiare il ruolo di alterazioni genetiche o farmacologica nello sviluppo iniziale della funzione cardiaca, ecografia del feto vivo è diventato uno strumento importante per il riconoscimento precoce di anomalie e di follow-up longitudinale. Ecografia non invasiva è un metodo ideale per individuare e studiare le malformazioni congenite e l'impatto sulla funzione cardiaca prima della morte 4. Esso consente il riconoscimento precoce di anomalie nel feto vivente e la progressione della malattia può essere seguita in utero con studi longitudinali 5,6.Fino a poco tempo, l'imaging di cuore di topo fetali spesso coinvolti metodi invasivi. Il feto doveva essere sacrificato per effettuare microscopia risonanza magnetica e la microscopia elettronica o consegnato chirurgicamente per microscopia transilluminazione. Una applicazione di alta frequenza con sonde convenzionali 2-D e pulsato Doppler ha dimostrato di fornire misurazioni di contrazione cardiaca e della frequenza cardiaca durante lo sviluppo embrionale con i database dei normali cambiamenti evolutivi ora disponibili 6-10. M-mode fornisce ulteriori importanti dati funzionali, anche se, i piani d'immagine propri sono spesso difficili da ottenere. Ad alta frequenza di immagini ecografiche del feto ha migliorato 2-D risoluzione e in grado di fornire informazioni eccellenti sullo sviluppo precoce di strutture cardiache 11.
Protocol
1. Preparazione mouse da Imaging
- Prima dello studio di imaging, anestetizzare la diga (2-3% isoflurano) nella camera di induzione. Rimuovere l'animale dalla camera di induzione e mettere immediatamente il muso di un cono collegato al sistema di anestesia. Rimuovere pelliccia dal livello del torace metà degli arti inferiori (vedi figura 1) con tosatrici. Rimuovere i capelli rimanenti corpo con crema depilatoria. Crema depilatoria può essere utilizzato anche senza tosatrici, e deve essere accuratamente risciacquato della pelle dopo l'uso per evitare irritazioni.
- Posizionare il mouse anestetizzato in posizione supina su un tappetino riscaldante con embedded ECG per mantenere la temperatura corporea (Figura 1). Applicare il gel per elettrodi ai quattro zampe e incollate agli elettrodi ECG.
- Ottenere un livello stazionario sedazione durante tutta la procedura (1,0% al 1,5% isoflurano mescolata con 100% O 2). Il livello di anestesia può essere regolato per mantenere una frequenza cardiaca di 450 ± 50 battiti al minuto (bpm). Particolare attenzione dovrebbe essere prestata da minimizzare la dose di durata isoflurano e di sedazione a meno di un'ora.
- Inserire delicatamente una sonda rettale (dopo la lubrificazione) per monitorare la temperatura corporea attraverso il termoforo. È importante mantenere la temperatura corporea in un intervallo ristretto (37,0 ° C ± 0,5 ° C). Controllata anestetico e la temperatura corporea costante è essenziale per la stabilità emodinamica della madre e feti.
Considerazioni tecniche
L'acquisizione di ecocardiogrammi fetali può essere impegnativo. I dati ottenuti da questi studi possono confusa a causa della risposta allo stress sia dalla diga e il feto. Idealmente, la temperatura deve essere mantenuta animale usando una piattaforma riscaldata imaging, circolanti pad riscaldamento, lampade riscaldanti o coperte, riscaldamento autoregolato. Inoltre, l'uso di routine di un gel acustico riscaldata è raccomandato. Alanche se la preoccupazione predominante per quanto riguarda il controllo della temperatura del corpo è quello di evitare l'ipotermia, lo sviluppo di ipertermia deve essere di uguale considerazione. Apparecchiatura di riscaldamento non monitorato come una piastra elettrica o la semplice presenza di prossimità illuminazione alogena può causare elevazione veloce e pericoloso della temperatura corporea. Dal momento che sostanziali variazioni della temperatura corporea in entrambe le direzioni pone l'animale a rischio, ogni tentativo dovrebbe essere fatto per mantenere la temperatura corporea normale.
Dell'ecografista acquisizione delle immagini deve evitare una pressione eccessiva sulla cavità con il trasduttore, poiché il peso del trasduttore solo può causare alterazione della funzione cardiaca. La durata di acquisizione delle immagini deve essere ridotto al minimo (idealmente meno di un'ora) per ridurre i cambiamenti fisiologici ed emodinamiche risultanti dalla sedazione prolungata. Inoltre, la durata del tempo di esposizione e di isoflurano per ciascuno studio deve essere mantenuta ad un minimua causa dei potenziali effetti teratogeni di isoflurano 12 m.
2. Identificazione di embrioni
- Imaging viene avviato utilizzando vescica della madre come un punto di riferimento, con feti sulle corna a destra ea sinistra uterini etichettati come L1, 2,3, eccetera (a sinistra) e R1, 2,3, eccetera (lato destro) (si veda la Figura 1C). Notazione di posizione feto è utile per il recupero di esemplari dopo imaging.
- I campioni situati troppo in profondità nell'addome vengono sottoposti a scansione per documentare la loro presenza, ma sono esclusi dall'analisi dei dati a causa della bassa risoluzione. La capacità di scansione embrioni adiacenti possono contribuire in feti di tracciamento (Figura 2A).
- Piani di scansione vengono modificate cambiando l'orientamento del mouse rispetto al piano di scansione. Immagini sono ottenute in due piani ortogonali per ciascun feto (Figura 2). Uno sforzo è fatto per ottenere pareri di ravvicinamento delle trasversali, piano frontale, sagittale o ma sometimes è limitata a piani obliqui dalla posizione dell'utero nell'addome. La rotazione della testa di scansione anche consentire di cambiare l'orientamento senza spostare la diga.
Considerazioni tecniche
Mentre il funzionamento del palmare della sonda è fattibile in ecocardiografia topo adulto, non il funzionamento portatile nell'imaging fetale in raccomandata. Identificazione dei feti è complicata dalla natura variabile di posizione uterina, tortuosità, e movimento. Per minimizzare le difficoltà con localizzazione feto, uso trasduttore stazionario (Figura 1) con il movimento minimo oltre il piano orizzontale della diga è essenziale.
3. Valutazione della struttura e funzione
- Scansione immagini B-mode vengono utilizzati per identificare basilari strutture cardiache quali atri, setto interventricolare, camere ventricolari, e tratti di efflusso sinistro e destro (Figura 2).
- M-modes sono ottenuti dalla vista asse corto e sono utilizzati per misurare lo spessore della parete ventricolare e Dimensioni camera (Figura 3). Se l'allineamento corretto non è ottenibile a causa di menzogna fetale, misurazione da b-mode immagini possono essere utilizzate per quantificare% frazione di accorciamento (FS). Variazioni temporali tra LV telesistolico dimensione (LVESD) e LV telediastolica dimensione (LVEDD) durante il ciclo cardiaco vengono utilizzati per il calcolo della frazione di accorciamento (FS), come segue:
% FS = [(LVEDD - LVESD) / LVEDD] x 100 - I ventricoli destro e sinistro sono identificati mediante la scansione dalla testa alla coda. Lati sinistro e destro devono essere annotati. Flussi d'visibili generati da ecogena sangue fetale facilita il posizionamento preciso del volume campione Doppler all'interno dell'orifizio mitralico. Velocità del flusso del ventricolo sinistro è ottenuto dalla valvola mitrale in apicale quattro camere e viste LV assi lunghi (Figura 4, C). Misurazioni efflusso aortico può essere utilizzato per misurare sistoespulsione tempo lic (Figura 4, D). Frequenza cardiaca può essere calcolato dalla misurazione di un ciclo di flusso per il ciclo seguente flusso (Figura 4, C e D). Si deve prestare attenzione ad allineare il flusso di sangue e il fascio Doppler per minimizzare l'angolo Doppler. Rilevazione di là di un angolo di 60 gradi sono inesatti e deve essere evitato.
- Scansione di immagini B-mode vengono utilizzati per identificare comuni anomalie strutturali congenite come difetti del setto ventricolare (Figura 5). Volume campione Doppler nei ventricoli può essere utilizzato per identificare il flusso attraverso il setto ventricolare. Parametri aggiuntivi che possono essere facilmente monitorati comprendono dimensioni del feto, la frequenza cardiaca, velocità di flusso, versamento pericardico, e idrope fetale. La diagnosi definitiva di specifici difetti cardiaci richiede una valutazione supplementare da autopsia e istopatologia.
Considerazioni tecniche
Identificazione di cham destra e sinistrabri può essere difficile in imaging cardiaco fetale a causa delle dimensioni simili di camere ventricolari durante lo sviluppo. Una strategia è di stabilire destra e sinistra orientamento fetale in tempo reale muovendo la piattaforma di imaging nel piano orizzontale. Identificazione di muso, gemme degli arti, colonna vertebrale e permetterà di individuare il let / destra l'orientamento del feto. Se possibile, il monitoraggio della traccia deflusso verso l'arco o la visualizzazione della biforcazione principale dell'arteria polmonare consentirà di identificazione del tratto efflusso del ventricolo sinistro o tratto di efflusso destro rispettivamente. Per ciascun feto studiato, è importante notare il determinato orientamento sinistra-destra sulle immagini memorizzate.
Post-imaging di monitoraggio e cura degli animali
A seguito del completamento delle immagini, la diga viene restituito al corpo appropriato e monitorati secondo la norma istituzionale post-procedura di protocollo.Analgesia seguendo questa procedura di imaging non è necessaria. Piena ripresa della normale attività può essere anticipata entro cinque minuti.
4. Risultati rappresentativi di ecocardiografia fetale
Lo sviluppo di sonde ad alta frequenza (sopra 8 MHz), hanno permesso attrezzature commerciali ecocardiografica avere una risoluzione assiale di circa 0,2 mm con una risoluzione laterale di 0,3 mm quando l'immagine è acquisita e ad una profondità di 1 cm. La maggior parte dei trasduttori recentemente sviluppati sono lineari che hanno il vantaggio di evitare artefatti di campo vicino. Alta frequenza (30-50 MHz) tastatori meccanici sono state recentemente sviluppate che sono sufficienti per il torace murina e la frequenza cardiaca, consentendo una risoluzione assiale di circa 50 micron a una profondità di 5-12 mm. Più di recente, queste sonde ad alta frequenza meccaniche sono state aggiunte funzionalità di colore Doppler che permette una valutazione completa di ventricolare e della funzione valvolare e identificazione di scaccia lesioni nel cuore fetale. I metodi descritti qui sono eseguiti su un sistema VisualSonics Vevo 770 e può essere applicato a quasi tutti i sistemi equivalenti. Corrente disponibile in commercio ultra-alta frequenza ultrasuoni sistema può funzionare a 40 Hz con profondità massima di imaging di 7 a 14 mm, con fino a 60 mm laterale e 50-100 mm risoluzione assiale (Vevo770, VisualSonics, Inc.). Ciò a fronte di 60 Hz e 20 di profondità di imaging mm, con 50-100 assiale mm e 200-500 mm Risoluzione laterale con la clinica ecografia sistema Acuson Sequoia.
Date le piccole dimensioni del cuore fetale topo, studi di ecocardiografia fetale nei topi sono tecnicamente difficili. A differenza di ecocardiografia in topi adulti, l'ecografista deve utilizzare non convenzionali piani di imaging a ultrasuoni definite dagli assi del corpo del feto '. Tortuosità dell'utero colpisce anche l'orientamento del feto e deve essere presa in considerazione. Inoltre, la limitazione insita nella profondità di penetrazione ultra-ultrasuoni ad alta frequenza può rendere difficile per l'immagine tutti i campioni di gravidanze con un gran numero di feti.
Una strategia di imaging ad ultrasuoni consente di screening ad alto rendimento per difetti congeniti cardiovascolari e extracardiache 7. Oltre lo studio di alterazioni genetiche, questa tecnica può essere usato per individuare difetti farmacologici e tossicologici. Questo metodo può anche essere usato come strumento di guida per procedure interventistiche come iniezioni o misurazione della pressione ventricolare 13.
La natura non invasiva della ecografia fetale è vantaggioso, non solo perché consente funzione cardiovascolare essere valutata in condizioni fisiologiche, ma anche perché questo fornisce informazioni critiche fenotipica in tempo reale. Esame longitudinale di cuori embrionali, se tecnicamente possibili, rimane difficile per diverse ragioni. L'esame di serie del feto stesso e identification del feto stesso ad ogni prova è una sfida in assenza di un evidente difetto strutturale. Movimento dell'utero e il feto può cambiare completamente l'orientamento del campione e quindi rendere il monitoraggio longitudinale e di follow-up misure difficili 14.
Anche se l'ecocardiografia è una potente tecnica per l'identificazione di anomalie cardiache, la diagnosi specifica di difetti cardiaci strutturali, è necessario fenotipizzazione ulteriormente approfondita da autopsia e istopatologia 15. Correlazione tra genotipo e un feto specifico richiede feti raccolta mediante isterotomia, preferibilmente subito dopo uno studio eco e, mentre la diga è ancora anestetizzato per ridurre al minimo i cambiamenti di orientamento e la posizione dell'embrione.
I valori normali per le dimensioni della camera e la funzione sono stati riportati per topi embrionali e gli utilizzatori di questa tecnica sono invitati a rivedere i riferimenti citati per questi valori 6-10. Valutazionedella morfologia valvolare è limitato dalla risoluzione delle immagini, tuttavia, le misure delle dimensioni anulari e le misure di velocità attraverso i vasi maggiori è fattibile anche se già nel ED 9.5. Occorre prestare attenzione per ottenere l'adeguata con il flusso di sangue e il trasduttore 10, 16.
Va sottolineato che le dimensioni cardiache variano in base ai topi ceppi, di genere e di età, e rapidamente cambiare in diversi momenti embrionali e frequenza cardiaca. È importante verificare che i gruppi di topi sono stati abbinati per questi parametri. Di imaging fetale varia in base al ceppo di topi pure. Per esempio, la gravidanza CD-1 diga contiene routine più embrioni rispetto al ceppo C57/BL6 e quindi può essere più difficile da visualizzare tutti i campioni. Per queste ragioni, l'uso di età e versare controlli appaiati per ciascun esperimento dovrebbe essere usato invece di valori di riferimento. Inoltre, misure di parametri individuali quali ventricolare sinistra telediastolica dimensione e posteriorespessore può variare in topi normali fino al 25% 8.
Figura 1. Panoramica di set-up con VisualSonics Vevo sistema 770. (A) VisualSonics sistema ferroviario integrato con unità di monitoraggio fisiologico. (B) Il mouse è posizionato correttamente e moderazione sulla scheda di riscaldamento. I quattro arti sono nastrate nei elettrodi ECG. (C) Schema di mouse incinta e il layout degli embrioni. Il numero di embrioni all'interno di ogni corno dell'utero può variare significativamente in oltre all'orientamento del feto. (D) Una diga posizionato sulla piattaforma di imaging con frecce rilevando i piani di manipolazione (asse X e Y) per spostare la diga per l'imaging. L'asse Z si riferisce al movimento del trasduttore verso l'alto e verso il basso (come indicato dalla freccia in pannello B). B, della vescica, L, sinistra, R, right.
Figura 2. Rappresentative immagini B-mode. Questa figura contiene rappresentativi b immagini di modo embrionale di 14,5 giorni feto. (A) Visualizzazione di due feti vicini. Scatole indicare la posizione del cuore fetale. (B) punti di repere anatomici in un feto per guidare l'orientamento. Embrionali giorni 14,5 cuore in un quattro camere vista (C), asse corto dei ventricoli destro e sinistro (D), a destra del tratto di efflusso del ventricolo e arteria polmonare (PA) (E), e di efflusso del ventricolo sinistro tatto (LVOT) e aorta (F).
Figura 3. Rappresentante valutazione della funzione ventricolare. La figura presenta rappresentanteimmagini di ecocardiografia 2D della vista asse lungo del cuore al giorno embrionale 14,5 (A), ed una a quattro camere vista (B). (C) M-mode tracciando linee indicano con diametro ventricolare sinistra e destra interna alla diastole (R / LVIDd) e sistole (R / LVIDs) dal piano quattro camere immagine. Setto interventricolare (IVS) è visualizzato.
Figura 4. Rappresentante valutazione Doppler. Questa figura contiene immagini rappresentative di ecocardiografia 2D embrionale di 14,5 giorni in un cuore apicale quattro camere (A). L'atrio sinistro e la cavità ventricolare sinistra sono stati delineati. (B) Rappresentante posizionamento del volume campione Pulse Doppler per la registrazione di afflusso mitrale. (C) di afflusso mitrale modelli Doppler da cui velocit primi diastolicay (indicato "E") e la contrazione atriale (indicato "A") velocità può essere misurata. (D) rappresentativa aortica Doppler. Aortica Doppler getto può essere usato per misurare il tempo di eiezione (ET). La frequenza cardiaca (HR) può essere calcolato automaticamente dalla misura di un ciclo di flusso per il ciclo di flusso seguente. Clicca qui per ingrandire la figura .
Figura 5. Rilevamento Rappresentante del difetto del setto ventricolare. La figura presenta rappresentativi b immagini di modo embrionale di 14,5 giorni in un cuore apicale quattro camere (A) con le cavità del ventricolo destro e sinistro descritte in (B). Si noti la presenza del setto interventricolare. (C) Sezione trasversale di cuore con immagini colorate con ematossilina ed eosina.(D) B-mode di 14,5 giorni embrionale cuore con un difetto sepal ventricolare (VSD) indicata dalla freccia. (E) cavità ventricolare destra e sinistra sono delineati con posizionamento sovrapposto di impulsi d'onda campione di volume Doppler per la registrazione del flusso attraverso l' setto interventricolare. (F) Sezione trasversale colorate con ematossilina ed eosina di cuore con immagini dopo il recupero del campione. (G) sovrapposizione posizionamento del campione Pulse Doppler dell'onda di volume per la registrazione del flusso attraverso il setto interventricolare. (H) Rappresentante Doppler traccia da (G) dimostrando di flusso da sinistra a ventricolo destro. Clicca qui per ingrandire la figura .
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Discussion
La possibilità di eseguire misurazioni seriali e di individuare feti mutanti con difetti cardiaci mette in evidenza l'utilità di ecocardiografia per lo studio dello sviluppo normale e anormale cardiovascolare. Analisi della struttura e della funzione cardiaca in vivo è diventato una parte integrante nella descrizione di modificazioni genetiche e non genetiche al normale sviluppo del feto. La disponibilità di 2D-Doppler guidata consente di monitorare la frequenza cardiaca e modelli di flusso di sangue ottenendo immagini in tempo reale. Difetti cardiaci dello sviluppo, come difetti del setto ventricolare può essere presente e rilevabile. Nonostante le capacità ad alta risoluzione di piattaforme di imaging attuali, l'acquisizione della velocità di efflusso di punta continua ad essere difficile, in quanto la mancanza di colore Doppler sulla maggior parte dei sistemi rendono difficile per allineare il volume campione Doppler con le immagini ad alta risoluzione 2D. Inoltre, la posizione fetale nel corno uterino può precluderetutte le misure o producono immagini non ottimale. Il limite principale della ecografica sta eseguendo la scansione di profondità che limita la possibilità di visualizzare tutti gli embrioni da una diga unico. Stesso embrione si sposterà in posizione all'interno sull'addome della madre, complicando monitoraggio longitudinale del feto stesso. Nonostante questi limiti, questa tecnica non invasiva può essere prezioso per monitorare le condizioni fisiologiche di embrioni all'interno di una cucciolata e di individuare e monitorare tali embrioni in cui difetti cardiaci possono essere previsti.
Le tecnologie emergenti
Il sistema VisualSonics Vevo 2100, il nuovo sistema ad ultrasuoni, è gradualmente trasduttori lineari di matrice attrezzate per immagini a colori di flusso, rendendo così possibile fornire funzionalità Doppler colore anche in embrioni a E10.5-11.5. Questo sistema ha anche speckle opzioni di rilevamento in grado di fornire dettagliate funzione miocardica regionale di sviluppo fetale miocardio 17. Speckle inseguimentoimmagini si basa sulla deformazione del tessuto e fornisce un'altra misura della contrattilità miocardica e la funzione miocardica regionale. Il principio di base è che speckle monitoraggio ultrasuoni riflessi creare un irregolare speckle che è unico per ogni segmento miocardico. Questi segmenti possono essere monitorati durante il ciclo cardiaco e possono essere usate per calcolare lo spostamento del tessuto, velocità regionale, deformazione, velocità di deformazione e secondo piani radiali, longitudinale e circonferenziale del cuore. Al di là di ultrasuoni, modalità emergenti come la tomografia a coerenza ottica (OCT), micro-CT, e micro-risonanza magnetica, sono stati applicati a immagini del feto e probabilmente offrire avanzati di immagini ad alta risoluzione in omaggio ad alta risoluzione ecocardiografia 17.
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Disclosures
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Acknowledgments
GHK è sostenuto da NIH / NHLBI K08-HL098565 e l'Istituto per la Ricerca Cardiovascolare presso l'Università di Chicago. Tutti i metodi sperimentali descritti sono stati approvati dalla cura degli animali e del Comitato Istituzionale uso presso l'Università di Chicago.
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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