Summary
Dette manuskriptet beskriver en detaljert protokoll for bruk av høyfrekvent ultralydavbildning for å måle luminal diameter, pulsforplantningshastighet, distensibility og radial belastning på en musemodell av abdominal aortaaneurisme.
Abstract
En abdominal aortaaneurisme (AAA) er definert som en lokalisert utvidelse av abdominal aorta som overskrider maksimal intraluminal diameter (MILD) med 1,5 ganger av sin opprinnelige størrelse. Kliniske og eksperimentelle studier har vist at små aneurismer kan briste, mens en underpopulasjon av store aneurismer kan forbli stabil. I tillegg til måling av intraluminal diameter av aorta, kan kunnskap om strukturelle egenskaper på karveggen gi viktig informasjon for å vurdere stabiliteten til AAA. Aortastivning har nylig dukket opp som et pålitelig verktøy for å bestemme tidlige endringer i vaskulær veggen. Pulsforplantningshastighet (PPV) sammen med distensibility og radial belastning er svært nyttige ultralydbaserte metoder som er relevante for vurdering av aortastivhet. Hovedformålet med denne protokollen er å gi en omfattende teknikk for bruk av ultralydbildesystem for å skaffe bilder og analysere aortas strukturelle og funksjonelle egenskaper som bestemmes av MILD, PPV, distensibility og radial belastning.
Introduction
En abdominal aortaaneurisme (AAA) representerer en betydelig kardiovaskulær sykdom preget av en permanent lokalisert utvidelse av aorta som overskrider den opprinnelige kardiameteren med 1,5 ganger1. AAA rangerer blant de 13 viktigste dødsårsakene i USA2. Utviklingen av AAA tilskrives degenerasjonen av aortaveggen og elastinfragmentering, noe som til slutt fører til aortabrudd. Disse endringene i aortaveggen kan oppstå uten en signifikant økning i maksimal intraluminal diameter (MILD), og dermed tyder på at MILD alene ikke er tilstrekkelig til å forutsi alvorlighetsgraden av sykdommen3. Derfor må ytterligere faktorer identifiseres for å oppdage innledende endringer i aortaveggen, noe som kan veilede tidlige behandlingsalternativer. Det overordnede målet med denne protokollen er å gi en praktisk veiledning for å vurdere aortafunksjonelle egenskaper ved hjelp av ultralydavbildning som preget av målinger av pulsforplantningshastighet (PPV), distensibility og radial belastning.
En godt preget eksperimentell modell for å studere AAA, først beskrevet av Daugherty og kolleger, innebærer subkutan infusjon av angiotensin II (AngII) via osmotiske pumper i Apoe-/- mus4. Nøyaktig måling av MILD ved hjelp av ultralydavbildning har vært medvirkende til å karakterisere AAA i denne musemodellen5. Selv om histologiske endringer under utviklingen av AAA har blitt grundig studert, har endringer i fartøyets funksjonelle egenskaper som aortastivhet ikke vært godt karakterisert. Denne protokollen understreker bruken av høyfrekvent ultralyd i kombinasjon med de sofistikerte analysene som kraftige verktøy for å studere den timelige progresjonen av AAA. Spesielt tillater disse tilnærmingene oss å vurdere de funksjonelle egenskapene til fartøyets vegg målt ved PPV, distensibility og radial belastning.
Nyere kliniske studier hos humane personer med AAA, samt i murine elastase-indusert AAA-modell, tyder på en positiv sammenheng mellom aortastivhet og aortadiameter6,7. PPV, en indikator på aortastivhet, aksepteres som en utmerket måling for kvantifiserende endringer i stivhet i fartøyets vegg6,8. PPV beregnes ved å måle transitttiden til pulsbølgeform på to steder langs vaskulaturen, og gir dermed en regional vurdering av aortastivhet. Vi har nylig vist at økt aortastivhet målt ved PPV, og på cellenivå som bestemt ved hjelp av atomkraftmikroskopi, korrelerer positivt med aneurismeutvikling9. Videre antyder litteraturen at aortastivhet kan gå foran aneurysmal dilatasjon og dermed kan gi nyttig informasjon om regionale indre egenskaper av fartøyetveggen under utviklingen av AAA10. På samme måte er distensibility og belastningsmålinger kvantifiseringsverktøyene for å måle tidligere endringer i arteriell kondisjon. Sunne arterier er fleksible og elastiske, mens med økt stivhet og mindre elastisitet reduseres, distensibility og belastning reduseres. Her gir vi en praktisk guide og trinnvis protokoll for bruk av et høyfrekvent ultralydsystem for å måle MILD, PPV, distensibility og radial belastning hos mus. Protokollen gir tekniske tilnærminger som bør brukes sammen med grunnleggende informasjon gitt av manualer for spesifikke ultralydbildeinstrumenter og den medfølgende videoopplæringen. Viktigere, i våre hender gir den beskrevne bildeprotokollen reproduserbare og nøyaktige data som virker verdifulle i studiet av utvikling og progresjon av eksperimentell aAA.
For ytterligere å demonstrere nytten av ultralydavbildning, gir vi eksempelbilder og målinger tatt fra våre egne studier som tar sikte på å bruke farmakologiske tilnærminger for å forhindre eksperimentell AAA11. Spesielt, hakk signalering har blitt foreslått å være involvert i flere aspekter av vaskulær utvikling og betennelse12. Ved hjelp av genhaploinsuffisiens og farmakologiske tilnærminger har vi tidligere vist at Hakk hemming reduserer utviklingen av AAA hos mus ved å forhindre infiltrasjon av makrofager på stedet for vaskulær skade13,14,15. For den nåværende artikkelen fokuserer vi på forholdet mellom aortastivhet og faktorer knyttet til AAA ved hjelp av farmakologisk tilnærming for Hakk-hemming. Disse studiene illustrerer at Hakk hemming reduserer aortastivhet, som er et mål på AAA progresjon11.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollen for håndtering av mus og ultralydavbildning ble godkjent av University of Missouri Institutional Animal Care and Use Committee (dyr protokoll nummer 8799) og ble utført i henhold til AAALAC International.
1. Utstyrsoppsett og tilberedning av mus
- Oppsett av utstyr
- Slå på ultralydinstrumentet, ultralydgelvarmere og varmeputen.
- Åpne ultralydprogrammet og skriv inn studienavnet og beskrivende informasjon for hver mus.
- Velg programmet som Generell bildebehandling.
- Velg riktig transduser for abdominal avbildning (Figur 1B,C). I dette eksperimentet brukes MS400-svingeren.
- Sørg for at anestesi isofluran ei og oksygennivået er tilstrekkelig for hver eksperimentelløkt.
- Rengjør ultralyddyrbildeplattformen.
- Mus forberedelse
- Plasser museburet på toppen av en varmepute (36,5 til 38,5 °C).
- Hold musen forsiktig ved halebasen og legg den i det oksygenfylte isofluranekammeret.
- Rett isofluran ei og oksygenstrømmen til induksjonskammeret.
- Slå på isoflurane vaporizer og sett isoflurane nivået til 1-2% vol / vol. Slå på oksygentanktrykket til 1-2 L / min.
- Etter ~ 2 min, bekrefter tilstrekkelig dybde av anestesi ved fravær av uttaksreflekser ved klemming av foten pad av musen.
- Deretter slår du av induksjonskammerets forsyningsgren og slår på grenen rettet mot anestesinesekjegle.
- Overfør musen fra induksjonskammeret til ultralydbildestadiet og plasser anestesikjeglen over dyrets nese.
- Vipp dyrebildeplattformen rundt 10° til nedre høyre hjørne for optimal skanning (Figur 1B).
- Sett en dråpe steril oftalmisk oppløsning i begge øynene til mus for å forhindre tørking under anestesi.
- Plasser musen i supine posisjon med nesen satt inn i anestesikjeglen.
- Påfør elektrodegelen på alle fire potene ved hjelp av en bomullspinne og bånd potene til kobberledningene på dyreavbildningsplattformen for elektrokardiogramavlesninger (figur 1C).
- Bruk klippere til å barbere håret på bildestedet og deretter bruke hårfjerningskrem for å fjerne gjenværende pels. La stå i mindre enn 1 min.
- Tørk forsiktig av krem og hår med et fuktig papirhåndkle.
- Overvåk pusten og kontroller at hjertefrekvensen opprettholdes mellom 450-550 slag/min. Hvis under dette nivået, redusere isoflurane flyt og vente til hjertefrekvensen gjenoppretter.
- Påfør prewarmed ultralyd gel (37 ° C) til forberedt hudområdet og fest svingeren til holderen og ned til den berører gelen (Figur 1C).
2. Ultralydavbildning av abdominal aorta
- Plasser svingeren horisontalt (dvs. vinkelrett på midten av musen).
- Glatt ultralydgelen og fjern bobler ved hjelp av trepinnen til en bomullspinne.
- Senk svingeren og plasser 0,5 - 1 cm under membranen etter at du har trykket på gelen. Nå begynner å observere bildene.
- Visualiser abdominal aorta i kort aksevisning (figur 1C).
MERK: B-modus er standard og mest effektiv modus for anatomisk å finne aorta og plassere svingeren. Abdominal aorta identifiseres ved tilstedeværelse av pulsatilstrømning ved hjelp av farge Doppler og makt Doppler moduser i den korte aksen (dvs. omkrets tverrsnitt av aorta). Juster mikromanipulatorene på dyrestadiet og svingeren for å bringe tverrsnittet av aorta en del av bildet. - Roter svingeren 90° forsiktig med klokken, og juster sakte x-akse mikromanipulatorknappen for å visualisere aortaen i lang aksevisning (langsgående del av aorta).
MERK: I mange tilfeller kan gastro-tarmgasser forstyrre bildet, eller aorta en kan ikke være i optimal vinkel for å tillate en klar lang aksevisning. Juster vinkelen på svingeren langsomt og horisontalt til en akseptabel lang aksevisning er oppnådd. Hvis problemene vedvarer, løft svingeren, se etter luftbobler under svingeren, juster vippevinkelen på dyrestadiet, påfør geler på nytt og gjenta alle trinnene igjen. - Angi fokussonen og dybden i området av aorta ved hjelp av fokussonen og fokusdybde veksler, henholdsvis. Juster glidebryteren for tidsgevinstkompensasjon manuelt for å mørkere aortaens lumen for å oppnå en optimal kontrast av aortaveggen.
- Juster y-aksemanipulatoren for å visualisere forgreningspunktene til den overlegne mesenteriske og de riktige nyrearteriene. Bruk riktig nyrearterie som et landemerke for å fange bilde av den suprarenal aorta (Figur 2A).
- Ta opp minst 100 bilder av B-modus på den suprarenal aorta.
- Trykk på cinestore for å lagre B-modusbildene.
- Trykk på M-modus-knappen på instrumenttastaturet for å aktivere M-modusopptak. Rull markørballen for å bringe den gule indikatorlinjen til en normal aortaseksjoner med klart fartøyveggbilde, eller til seksjonene der maksimal diameter av aneurisme observeres.
- Trykk på SV/gate-bryteren og juster markørkulen for å sikre at karveggene er inkludert i målebraketten. Trykk på oppdatering for å registrere M-modusmålinger og trykk cinestore for å fange (Figur 2A,B).
MERK: Maksimal diameter på aneurismen er kanskje ikke i samme bildeplanet som den optimale lange aksevisningen av aortaen. Juster x-aksemanipulatorknotten litt for hver M-modusmåling for å sikre at MILD for hver del fanges. - Hvis du vil skaffe EKG-gated Kilohertz Visualization (EKV)-bilder, trykker du på B-modusknappen for å gå tilbake til B-modusopptak.
MERK: Hvis bildene ikke er skarpe, justerer du x-aksemanipulatoren for å oppnå det skarpeste bildet av øvre vegg av lumen over en seksjonslengde (dvs. > 6 mm). - Trykk på Physio Settings-knappen på tastaturet, og velg Respiration Gating. Juster gating delay og window manuelt for å registrere dataene bare under de flatere delene av respirasjonsbølgen. Opptaksseksjonene vises som fargede blokker på sporing av respirasjonsbølgen.
MERK: Uten justering av respirasjonsgatingen vil EKV-bildene bli uskarpe på grunn av normal bevegelse av dyr under pusten. - Trykk på EKV-knappen for å aktivere EKV-modus. I den aktuelle menyen velger du Standard oppløsning og bildefrekvens 3000 eller høyere. Velg Fortsett for å ta opp EKV-bilder. Trykk på cinestore for å lagre bildene. Bruk EKV-modusbilde for å oppnå målinger av pulsforplantningshastighet (PPV), distensibility og radial belastning.
MERK: EKV-opptak kan mislykkes hvis det er unormale svingninger i respirasjon, dyr respirerer for raskt, eller innstillingene for bildefrekvenser er for høye. I dette tilfellet, sett bildefrekvensen lavere og vent på at dyret ånder å stabilisere seg. Å stille inn bildefrekvensen på 3000 er vanligvis egnet for både mus og rotter.
3. Trinn etter bildebehandling
- Tørk forsiktig ultralydgelen fra musens bukområde med et papirhåndkle fuktet med varmt vann.
- Plasser musen tilbake i sitt hjem bur på en varmepute.
- Slå av isofluranemaskinen, rengjør dyrebildeplattformen og svingeren med fuktige kluter.
- Overfør bildedataene som samles inn under ultralydskanningen til harddisken.
- Slå av ultralydinstrumentet.
- Etter at musen gjenoppretter fra anestesi og er våken, fjern varmeputen og returner buret til dyrehusstativet.
4. Analyse av abdominalaortabilder
- Analyse av M-modus bilder for å måle MILD
- Åpne ultralydprogrammet og skriv inn studienavnet og beskrivende informasjon for hver mus.
- Åpne ultralyddataene i analyseprogramvaren og åpne M-modusbildet og sett hjerterytmen på pause.
- Klikk på Målinger.
- Velg vaskulær pakke fra rullegardinmenyenalternativer. Klikk på Dybde og tegn en linje over aortalumen som strekker seg fra indre vegg til vegg (Figur 2C,D).
MERK: For konsistens bør målingene tas i den systolisk fasen av hjertesyklusen når aorta en maksimal utvidelse. Tegn tre linjer på tvers av tre forskjellige hjerteslag for å oppnå nøyaktige og gjennomsnittlige målinger av MILD. I AAA tas målingene ved maksimal dilatasjon av aorta. Det anbefales også å raskt dyrene 4-6 h før du samler bilder for å unngå forstyrrelser fra tarmmotilitet og sikre bildeklarhet.
- Analyse for pulsforplantningshastighet (PPV)
- Åpne EKV-bildet, og sett hjerterytmen på pause.
- Åpne et nytt vindu på analyseprogramvaren (f.eks. Vevo Vac) ved å klikke på navneikonet.
- Klikk på PPV alternativet (pilen i Figur 3D). Et lite vindu vil vises videre med bildet av aorta.
- Tegn en rektangulær boks ved å klikke på den øvre karveggen og dra pekeren i ca 4 mm som dekker begge veggene i den suprarenal aorta.
MERK: Hold lengden på boksen konsekvent (~ 4 mm) for alle bildene. Brukeren kan justere den rektangulære boksen ved å rotere for å justere boksen og velge linjen og deretter dra til en ny posisjon på fartøyet som analyseres for å oppnå den mest hensiktsmessige og klare bøyningen av pulsbølgen. De vertikale datalinjene fra rektangelet vises og identifiseres som venstre (øverste bilde) og Høyre (nederste bilde) på avkastningen. For en bedre visualisering av bøyningen av pulsbølgen, er det noen ganger nyttig å tegne boksen bare på den øvre veggen som vist i figur 3. Programvaren beregner automatisk PPV (m/s). Det er imidlertid alltid bedre å justere de lilla linjene manuelt for å angi det nøyaktige bøyningspunktet på pulsbølgene, og PPV vil endres tilsvarende. - Til slutt velger du Godta-kommandoen for å lagre PPV-verdiene. Eksporter tallene og dataene til datalagringsstasjonen.
- Analyse for distensibility og radial belastning
- Åpne EKV-bildet, og sett hjerterytmen på pause.
- Klikk på programvareikonet. Programvaren vil åpne et nytt vindu.
- Klikk på spor nye avkastning og tegne en rektangulær boks på begge veggene i fartøyet. Programvaren vil automatisk spore fartøyets øvre og nedre vegger. Brukeren kan justere sporet for å justere på veggen ved å klikke på grønne punkter (Figur 4A,B).
- Godta nå sporet. Programvaren beregner distensibility (1/Mpa) i den valgte avkastningen.
- For radialbelastningsmålingen velger du det aktuelle belastningsalternativet fra menylinjene øverst til venstre. Bildene for radial belastning og tangential belastning vil åpne.
- Få verdien for radial belastning (%) ved å flytte markøren på toppen av kurven. Eksporter dataene som bilder eller i videoformat (figur 4A,B).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Representative M-modus bilder av normal og aneurismal abdominal aorta fra mus er vist i figur 2A og figur 2B, henholdsvis. Den suprarenal abdominal aorta er identifisert ved sin plassering ved siden av høyre nyrearterie og overlegen mesenteriske arterie (Figur 2A). Representative bilder som brukes til beregning av MILD, ved tre forskjellige hjerteslag i systolisk hjertesyklus, i normal og aneurysmal aorta er vist i henholdsvis figur 2C,D. I den situasjonen hvor en aortaaneurisme har utviklet seg, bestemmes lysstyrken ved å tegne en vinkelrett gul linje mellom de to indre kantene av lumen på området maksimal fortynning (figur 2B). Tre uavhengige målinger er vanligvis gjennomsnittlig for å bestemme en nøyaktig intraluminal diameter.
Representative EKV-bilder av abdominal aorta som brukes i analyse av PPV er vist i figur 3. PPV beregnes ved å tegne en rektangulær boks på luminalveggen til suprarenal aorta (Figur 3E) og justering av de lilla vertikale datalinjene som er hentet fra den rektangulære boksen (Figur 3F). De lilla linjene bør justeres for å stille inn bøyningspunktet til pulsbølgene. Representative EKV-bilder av abdominal aorta egnet for analyse av distensibility og radial stammer er vist i figur 4. Distensibility og radial belastning beregnes ved å spore luminalveggene i suprarenal aorta som vist i figur 4E. Verdien for distensibility (1/MPa) oppnås ved å velge alternativet distensibility/elastisitet fra rullegardinmenyen i boksen (rød pil, figur 4F). Den radiale stammen (%) oppnås ved å velge det radiale belastningsalternativet (figur 4G) og flytte markøren til toppen av radialstammegrafen (figur 4H).
Vi har validert betydningen av PPV i den AngII-induserte musemodellen til AAA og videre undersøkt det terapeutiske potensialet til en Hakk-hemmer (N-[N-(3,5-difluorophenacetyl)-L-alanyl]-(S)-phenylglycine t-butyl ester; DAPT) om progresjon og stabilitet av forhåndsetablerte AAA. Spesielt ble alle disse aneurismestudiene utført på 8-10 uker gamle Apoe-/- mannlige mus etter infusjon av AngII av publiserte protokoller4,13. På dag 28 av AngII infusjon ble mus tilfeldig delt inn i to grupper og ble administrert kjøretøy eller DAPT (10 mg/kg) til offer på dag 5613. Transabdominal ultralydavbildning viste en progressiv økning i MILD, PPV, og en reduksjon i distensibility og radial belastning som svar på AngII på dag 28 (Figur 5A-E). AngII infusjon marginalt økt MILD fra dag 28 til 56 og DAPT endret ikke MILD signifikant sammenlignet med AngII alene (figur 5A og figur 5B). PPV økte imidlertid gradvis med AngII-infusjon fra dag 28 til dag 56 og DAPT reduserte betydelig ytterligere økninger i PPV på dag 56 (figur 5C). Distensibility og radial stammer, parametere for å vurdere elastisiteten av fartøyetveggen ble redusert med AngII infusjon mens DAPT viste ingen signifikant effekt(Figur 5D og 5E). Det er viktig å sette pris på at PWV korrelert sterkt med MILD på dag 28 (R2= 0,51, figur 5F),mens på dag 56 var korrelasjonen relativt svak (R2= 0,22) (Figur 5G). Aortisk stivhet i AAA er primært forbundet med endringer i aortaveggarkitektur. Histologisk økte AngII infusjon kollagennedbrytning og proteolytisk aktivitet i det mediale laget av aorta (figur 5H, øverste rad). DAPT-behandling minimerte slike endringer i ECM-nedbrytningen (figur 5H, nederste rad).
Figur 1: Oppsett av instrumentet. (A) Samlet visning av ultralydmaskinen sammen med induksjonskammer for anestesi og gelvarmer. (B) Nærbilde visning av bildeplattformen og transdusersystemet. (C) Visningen av svingerplasseringen mens du fanger kort aksebilde av abdominal aorta. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Analyse av M-modusbilder for å oppnå maksimal intraluminal diameter (MILD). M-modusbilder av normal aorta (A) og aorta med abdominal aortaaneurisme (B) fra mus vises. (C) og (D), MILD trukket i systolisk fase av hjertesyklusen i suprarenal aorta av normale mus (C) og mus med AAA (D). Målinger ved tre forskjellige hjerteslag tas som vist, og gjennomsnittsverdien beregnes. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Analyse av EKV-bilder for å oppnå pulsforplantningshastighet (PPV). EKV-bilder samlet inn fra vanlig mus aorta. Analyse gjøres ved å klikke på målinger (A) og programvareikonet (B). Et nytt vindu vises med ikonene på høyre side, som vist i C. Nå klikker du på PPV(D) og igjen, vil et lite vindu vises (E). Tegn en rektangulær boks på den øvre veggen av lumen som vist i E, og klikk godta. PPV-verdien hentes som vist i F (pil). De lilla linjene justeres for å stille inn bøyningspunktet til pulsbølgene (G). Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 4: Måling av distensibility og radial belastning. EKV-bilder samlet inn fra vanlig mus aorta. Analyse gjøres ved å klikke på målinger (A) og programvareikonet (B). Et nytt vindu vises med ikonene på høyre side, som vist i C. Nå klikker du på spor nye AVKASTNING (D), vil et nytt vindu vises med spor på øvre og nedre vegg av lumen som vist i E og klikk godta. Verdien for distensibility vil bli oppnådd i tabellen som vist i F. For belastning, klikk på belastning (G). Vinduet viser radialbelastningsverdien (%, grønn uthevet boks), da markøren er plassert på toppen av radialbelastningsgrafen (H). Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Figur 5: PPV korrelerer med strukturelle egenskaper ved aorta i den etablerte AAA. (A) Representative transabdominal ultralyd bilder som viser MILD på dag 0, 28, 42 og 56 av indikerte eksperimentelle grupper i Apoe-/- mus. DAPT ble startet på dag 28. Stiplede gule linjer skisserer lumen. (B) Kvantifisering av MILD i de angitte gruppene (lilla og grønn farge viser angii + kjøretøy og AngII + DAPT behandlede mus henholdsvis (n= 16-18). - Jeg har ikke noeå si. PPV, distensibility og radial belastning på ulike dager med AngII og DAPT behandlinger (n = 8). (F og G), Grafer som viser Pearsons sammenheng mellom PPV og MILD på dag 28 (F) og dag 56 (G). (H)Representative histologiske bilder for kollagenfarging (farget med trikrom og sett på som blå farging) og proteolytisk aktivitet ved in situ zymografi med eller uten DAPT-behandling på dag 56. Tukey flere sammenligninger test ble brukt for dataanalyse. *P<0,05; ns = ikke-signifikant. Skala 50 μm i H. Dette tallet er tilpasset fra Sharma et al. (2019), Scientifc Reports (SREP-19-16491B)11. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ultralydavbildning gir en kraftig teknikk for å bestemme funksjonelle egenskaper av aorta gjennom målinger av PPV, distensibility og radial belastning. Disse målingene er spesielt lærerike for å studere musemodeller av AAA og in vivo-tilnærmingen gjør det mulig å samle langsgående data som potensielt er viktig for å forstå timelig utvikling av aortapatologien. Spesielt bestemmes målinger av in vivo aortastivhet lokalt i abdominal aorta av PPV, distensibility og radial belastning ved å analysere EKV-data og betraktes som en uavhengig risikofaktor for AAA ustabilitet16. Teknikkene som er beskrevet i disse protokollene er relativt rett frem og tar bare 8-10 min for å få bildesett fra en mus. Alle bilder bør fortrinnsvis samles inn av en enkelt operatør ved hjelp av veldefinerte og konsekvente landemerker for å generere reproduserbare og presise data.
Det er potensielle faktorer som krever teknisk ekspertise for anvendelser av disse verktøyene. For eksempel kan PPV for det første ikke bare gjenspeile graden av AAA-utvikling i den lokale arterielle veggen fordi det er et indirekte mål på regional arteriell stivhet. For det andre kan det være vanskelig å måle PPV nøyaktig hvis intimalveggen er skadet. For det tredje kan det være utfordrende å få skarpe oppløsningsbilder uten kompetanse i driften av instrumentet. Noen av disse bekymringene har blitt adressert i nyere versjoner av ultralydbildesystemer hvor spektrestøy og gjenstander reduseres, samtidig som datainnsamlingen bevares for små dyrestudier.
Fokuset på teknikker som brukes tidligere (Doppler, mikroangiografi, magnetisk resonansavbildning) for å bestemme aortastivhet var begrenset til todimensjonale bilder. PPV beregnet fra ultralydavbildningen har dukket opp som en pålitelig og reproduserbar metode for å bestemme aortastivhet og synes å være uavhengig av arterielt trykk9,17. Det er viktig å merke seg at den rådende definisjonen av AAA ved hjelp av maksimal diameter som standardindeks ikke alltid korrelerer med kliniske observasjoner. For eksempel kan små aneurismer briste mens noen store aneurismer har en tendens til å forbli stabile18,19,20. Aortastiving er en tidlig endring som genererer aortaveggstress som utløser aneurisk smal vekst, og ombyggingav 10 og har vært sterkt korrelert med Mmp2 og Mmp9 i musemodeller av AAA10. I tillegg til aortadiameteren kan funksjonelle analyser gi viktig informasjon for å vurdere aaaens progresjon og stabilitet.
Ved hjelp av disse protokollene har vi undersøkt det terapeutiske potensialet til en potent farmakologisk Hakkhemmer (2S-N-[(3,5-Difluorophenyl) acetyl]-L-alanyl-2-fenylglycine 1,1-dimetyletyltylester; DAPT) om progresjon og stabilitet av forhåndsetablerte AAA ved hjelp av en AngII-indusert musemodell av AAA11. Transabdominal ultralydavbildning viste en progressiv økning i MILD, PWV, og en reduksjon i distensibility og radial belastning i Apoe-/- mus som svar på AngII enn kontroller på dag 28. Ingen ytterligere økning i MILD ble observert utover dag 28 til dag 56 (figur 5). PpV økte imidlertid gradvis og var betydelig høyere på dag 56 sammenlignet med dag 28. Med hemming av Notch-signalering av DAPT var MILD-mus ikke signifikant forskjellig fra AngII alene på dag 56. Interessant, DAPT forhindret ytterligere økning i PPV slik at det var betydelig lavere enn AngII på dag 56 (Figur 5C). DAPT-behandling påvirket ikke signifikant distensibility eller radial belastning (figur 5D,E). Interessant, PPV korrelerte sterkt med MILD på dag 28 (R2= 0,51), mens på dag 56 var korrelasjonen relativt svak (R2= 0,22; Figur 5F). Disse endringene i aortastivheten ble reflektert i økt nedbrytning av kollagen og proteolytisk aktivitet med AngII og demperingen av DAPT (figur 5H). Denne eksempelstudien fremhever den potensielle verdien av ultralydbaserte aortastivhetsmålinger for å forstå tidskurset og forutsigbarheten til både AAA-progresjon og stabilitet.
Videre virker ultralydbasert tilnærming verdifull i vurderingen av den potensielle rollen for farmakologiske intervensjoner, spesielt i stadier som sannsynligvis vil være uavhengig av endringer i intra-luminal diameter (dvs. utover forventningen til faktiske regresjon). Oppsummert vil detaljert forståelse og bruk av slik teknologi ha nytte av å evaluere prognosen til AAA på et tidlig stadium av sykdommen for effektive terapeutiske intervensjoner.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av R01HL124155 (CPH) og finansiering fra Research Institute ved University of Missouri til CPH.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Angiotensin II | Sigma | A9525 | |
| Apoe-/- mice | The Jackon lab |  |
|
| Clippers | WAHL | 1854 | |
| Cotton swab | Q-tips | ||
| DAPT | Sigma | D5942 | |
| Depilatory cream | Nair | LL9038 | |
| Electrode cream | Sigma | 17-05 | |
| Gel warmer | Thermasonic (Parker) | 82-03 (LED) | |
| Heating pad | Stryker | T/pump professional | |
| Isoflurane | VetOne | Fluriso TM | |
| Isoflurane vaporizer | Visualsonics | VS4244 | |
| Lubricating ophthalmic ointment | Lacri-lube | ||
| Osmotic pumps | Alzet | Model 2004 | |
| Oxygen tank | Air gas | ||
| Tranducer | Visualsonics | MS-400 or MS550D | |
| Ultrasonic gel | Parker | Aquasonic clear | |
| Ultrasound Imaging System | Visualsonics | Vevo 2100 | |
| Vevo Vasc Software | Visualsonics |
References
- Wanhainen, A. How to Define an Abdominal Aortic Aneurysm — Influence on Epidemiology and Clinical Practice. Scandinavian Journal of Surgery. 97, 105-109 (2008).
- Benjamin, E. J., et al. Heart Disease and Stroke Statistics—2018 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 137, 67 (2018).
- Xu, J., Shi, G. -P. Vascular wall extracellular matrix proteins and vascular diseases. Biochimica et biophysica acta. 1842, 2106-2119 (2014).
- Daugherty, A., Manning, M. W., Cassis, L. A. Angiotensin II promotes atherosclerotic lesions and aneurysms in apolipoprotein E-deficient mice. Journal of Clinical Investigation. 105, 1605-1612 (2000).
- Au - Sawada, H., et al. Ultrasound Imaging of the Thoracic and Abdominal Aorta in Mice to Determine Aneurysm Dimensions. Journal of Visualized Experiments. , 59013 (2019).
- Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
- van Disseldorp, E. M. J., et al. Influence of limited field-of-view on wall stress analysis in abdominal aortic aneurysms. Journal of Biomechanics. 49, 2405-2412 (2016).
- Miyatani, M., et al. Pulse wave velocity for assessment of arterial stiffness among people with spinal cord injury: a pilot study. Journal of Spinal Cord Medicine. 32, 72-78 (2009).
- Sharma, N., et al. Deficiency of IL12p40 (Interleukin 12 p40) Promotes Ang II (Angiotensin II)-Induced Abdominal Aortic Aneurysm. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 39, 212-223 (2019).
- Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
- Sharma, N., et al. Pharmacological inhibition of Notch signaling regresses pre-established abdominal aortic aneurysm. Scientific Reports. , (2019).
- Bray, S. J. Notch signalling: a simple pathway becomes complex. Nature Reviews Molecular and Cell Biology. 7, 678-689 (2006).
- Hans, C. P., et al. Inhibition of Notch1 signaling reduces abdominal aortic aneurysm in mice by attenuating macrophage-mediated inflammation. Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology. 32, 3012-3023 (2012).
- Cheng, J., Koenig, S. N., Kuivaniemi, H. S., Garg, V., Hans, C. P. Pharmacological inhibitor of notch signaling stabilizes the progression of small abdominal aortic aneurysm in a mouse model. Journal of American Heart Association. 3, 001064 (2014).
- Hans, C. P., et al. Transcriptomics analysis reveals new insights into the roles of Notch1 signaling on macrophage polarization. The Journal of Immunology. 200, (2018).
- Paraskevas, K. I., et al. Evaluation of aortic stiffness (aortic pulse-wave velocity) before and after elective abdominal aortic aneurysm repair procedures: a pilot study. Open Cardiovascular Medicine Journal. 3, 173-175 (2009).
- Fortier, C., Desjardins, M. P., Agharazii, M. Aortic-Brachial Pulse Wave Velocity Ratio: A Measure of Arterial Stiffness Gradient Not Affected by Mean Arterial Pressure. Pulse. 5, 117-124 (2017).
- Golledge, J. Abdominal aortic aneurysm: update on pathogenesis and medical treatments. Nature Reviews Cardiology. 16 (4), 225-242 (2019).
- Choksy, S. A., Wilmink, A. B., Quick, C. R. Ruptured abdominal aortic aneurysm in the Huntingdon district: a 10-year experience. Annals of the Royal College of Surgeons of England. 81, 27-31 (1999).
- Luo, F., Zhou, X. -L., Li, J. -J., Hui, R. -T. Inflammatory response is associated with aortic dissection. Ageing Research Reviews. 8, 31-35 (2009).
