Høyfrekvente ultralyd imaging fosterets musen har forbedret tenkelig oppløsning og gir presis ikke-invasiv karakterisering av hjerte utvikling og strukturelle feil. Protokollen skissert heri er utformet til å utføre sanntid fosterets mus echocardiography i vivo.
Medfødt hjertefeil (CHDs) er den vanligste årsaken til barndommen sykelighet og tidlig dødelighet. Prenatal påvisning av underliggende molekylære mekanismer av CHDs er avgjørende for oppfinne nye forebyggende og terapeutisk strategier. Mutant musen modeller er kraftige verktøy for å oppdage nye mekanismer og miljøbelastning modifikatorer som driver enkelte utvikling og deres potensielle endring i CHDs. Men er arbeidet med å etablere årsakssammenheng av disse antatte bidragsyterne har vært begrenset til histologiske og molekylære studier i ikke-overlevelse dyreforsøk, hvilke overvåke nøkkelparameterne fysiologiske og hemodynamic ofte fraværende. Live bildeteknologi har blitt et uunnværlig verktøy å etablere etiologien for CHDs. Spesielt ultralyd imaging kan brukes prenatally uten kirurgisk utsette fostre, slik at opprettholde planlagte fysiologi mens overvåking virkningen av miljøstress på hemodynamic og strukturelle deler av cardiac kammer utvikling. Her, bruker vi høyfrekvente ultralyd (30/45) systemet for å undersøke det kardiovaskulære systemet i fosterets mus på E18.5 i utero på grunnlinjen og svar på prenatal hypoksi eksponering. Vi viser muligheten for systemet å måle cardiac kammer størrelse, morfologi, ventrikkel funksjon, fosterets hjertefrekvens, og umbilical arterien flyt indekser og deres endringer i fosterets mus utsatt for systemisk kronisk hypoksi i utero Real tid.
Medfødte misdannelser av hjertet er heterogene strukturelle feil som oppstår under tidlig hjerte utvikling. Dagens tekniske fremskritt av operative prosedyrer har ført til betydelige forbedringer i overlevelse av spedbarn med CHDs1,2. Livskvalitet er imidlertid ofte kompromittert videregående langvarig sykehusinnleggelse og behov for iscenesatt kirurgisk reparasjon prosedyrer1,2,3,4,5. Prenatal påvisning av underliggende molekylære mekanismer av CHDs er avgjørende for å planlegge tidlig intervensjon, å gjennomføre nye forebygging strategier, og å forbedre livslang resultater6,7.
Selv om flere genetiske og miljømessige faktorer har vært innblandet i CHDs patogenesen, fortsatt etablering av kausalitet et udekket behov å forbedre diagnostiske, terapeutiske og forebyggende strategier1,8,9 ,10,11,12. Videre åpner undersøker rollene i utero stress faktorer og epigenetic modifikatorer nye arenaer for fremtidige undersøkelser11,12. Det siste tiåret har faktisk vitne raske fremskritt innen neste generasjons sekvensering teknologi inkludert single nukleotid polymorfisme (SNP) microarray, hele exome sekvensering og genom hele metylering studier, utnyttelse i å studere den genetisk årsaker til komplekse menneskelige sykdommer, inkludert CHDs1,8,9,10,11 banet vei å identifisere romanen mutasjoner og genetisk varianter som ennå ikke er testet for deres virusets i egnet dyremodeller.
Blant de ulike sykdom modell systemene er musen dyr modell av valg, ikke bare for å undersøke mekanismer for CHDs under tidlig cardiogenesis13,14,15,16, men også å belyse deres innvirkning på cardiac kammer modning og fungere på slutten svangerskapet prenatal og perinatal stress faktorer. Dermed utføre i vivo fenotypiske karakterisering av en mutant fosterets musen hjerte, under både begynnelsen og slutten stadier av utvikling, er avgjørende for å forstå rollen av disse genetiske variasjoner og miljøfaktorer i cardiac utvikling, og den mulige fremtidige virkningen på kammeret bestemt modning prosesser i mus.
Tidlig oppdagelse og nøyaktig diagnose av kardiale defekter under utvikling er avgjørende for intervensjonsradiologi planlegging17,18. Å være sikker, enkel, bærbare og repeterbare, blitt føtal sonography faktisk standard tenkelig teknikk for cardiac evaluering i klinikken. Fosterets sirkulasjon vurdering ved hjelp av Doppler ultralyd har vært mye brukt i klinisk praksis ikke bare for påvisning av kardiale defekter, men også å oppdage vaskulær Misdannelser, morkaken insuffisiens og intrauterine vekst begrensning og vurdere fosterets velvære svar i utero fornærmelser inkludert hypoksemi, mors sykdom og medikament toksisitet17,18. Parallelt med verdien i evalueringen av menneskelig feil og sykdommer, har ultralyd vurdering av fetal mus fått økende verktøyet i eksperimentell innstillinger19,20,21,22, 23. Spesielt kan fosterets hjerte ultralyd (echocardiography) følge i vivo visualisering av utvikle hjerte. Mange eksperimentelle studier har brukt ultralyd-imaging teknologi for å observere fosterets hjerte utvikling i transgene fosterets mus. Doppler ultralyd er spesielt nyttig å belyse patofysiologiske parametrene som flyt mønstre i fosterets sirkulasjon under fysiologiske utfordringer eller sykdom betingelser10,19. I både mennesker og dyr, kan unormale blod flyte eller oksygen forsyning til fosteret skyldes ulike forhold som kan forstyrre fosterets miljø i utero og påvirker fetoplacental aksen, inkludert placental unormalt, mors hypoksi, svangerskapsdiabetes, og pharmaceutically indusert vaskulær innsnevring15,22. Derfor vil etablering av standardiserte metoder for å utføre Doppler ultrasounds på fosterets mus enormt styrke fremtidige studier av CHDs ved å tilrettelegge overvåking flyt mønstre og viktige hemodynamic indeksene av hjerte kretser under ulike stadier av cardiac utvikling i genetisk musen modeller.
Høy frekvens ultralyd har dukket opp som et kraftig verktøy for å måle utviklingsmessige og fysiologiske parametere av det kardiovaskulære systemet i musen modeller og menneskelige sykdommer18. Denne teknologien har blitt ytterligere forbedret de siste årene. Vi og andre forskere har vist muligheten for dette systemet for å gjennomføre ultra høy frekvens ultralyd studier på fosterets musen hjertet15,19,20,21,22 ,23. Systemet er utstyrt med Doppler Fargekartlegging flyt og lineær array transducers som genererer todimensjonal, dynamiske bilder med høy frekvens (30-50 MHz) bildefrekvens. Disse fordelene, sammenlignet med lavfrekvens ultralyd systemer og foregående generasjons høyfrekvent ultralyd21,22, gir den nødvendige sensitivitet og oppløsning for grundig vurdering av de fosterets sirkulasjonssystemet systemet, inkludert omfattende karakteristikk av hjertet strukturer, kammer funksjon og flyt indekser fosterets mus i eksperimentell innstillinger. Her, skissere vi metoder for å utføre rask vurdering av hjerte sirkulasjon og feto-placental sirkulasjon på embryonale dag E18.5 i vivo ved hjelp av en høyfrekvent system. Vi valgte en 30/45 MHz svinger som gir en aksial oppløsning på omtrent 60 µm og en lateral oppløsning på 150 µm. Imidlertid kan en høyere klokkefrekvensen svinger (40/50 MHz) velges analysere tidligere utviklingsstadier ved å følge en lignende metodisk tilnærming. Den valgte M-modusen lar visualisering av vev i gang temporal høyoppløselig nivåer (1000 rammer/s). Til slutt, viser vi muligheten for høy ultralyd for detaljert omfattende fenotypiske karakterisering av fosterets hjerte hemodynamic status og funksjon i mus ved baseline og svar på prenatal hypoksi stress.
Hjerte misdannelser og sykdommer er betydelig påvirket av genetiske faktorer og miljømessige elementer19. Vi har tidligere vist en betydelig innvirkning på mors kalori begrensning, startet i andre trimester, på feto-placental sirkulasjons flyt og fosterets hjertefunksjon9.
Prenatal hypoksi er en annen vanlig stressfaktor i fosterets utvikling som enormt påvirker feto-placental fysiologi og sirkulasjonssystemet. Virkningen av prenatal hypoksi…
The authors have nothing to disclose.
Vi takker dyr fysiologi kjernen, divisjon i molekylær medisin ved UCLA for å gi teknisk støtte og åpen tilgang til Vevo 2100 ultralyd biomicroscopy (GIA) systemet. Denne studien ble støttet av NIH/barn Health Research Center (5K12HD034610/K12), UCLA-Children’s Discovery Institute og i dag og i morgen Children’s Fund, og David Geffen skolen av medisin forskning Innovation award til M. Touma.
Vevo 2100 | VisualSonics, Toronto, Ontario, Canada | N/A | High Freequency Ultrasound Biomicroscopy. The set up is available in animal physiology core facility, division of molecular medicine, UCLA. USA |
inbred mice (c57/BL6) | Charles River Laboratories | N/A | Inbread wild type mouse strain |