En ny användning av tredimensionella högfrekvent ultraljud för tidig graviditet karakterisering i musen
Summary
Möss används allmänt att studera graviditetsdiabetes biologi. Men krävs abort för sådana studier som utesluter longitudinella undersökningar och nödvändiggör användning av stora mängder djur. Därför beskriver vi en icke-invasiv teknik av högfrekvent ultraljud för tidig upptäckt och övervakning av efter implantation i gravid musen.
Abstract
Högfrekvent ultraljud (HFUS) är en vanlig metod att icke-invasivt övervaka i realtid utvecklingen av det mänskliga fostret i livmodern. Musen används rutinmässigt som en in-vivo -modell för att studera embryo implantation och graviditet progression. Tyvärr kräver sådana murina studier graviditet avbrott att möjliggöra uppföljning fenotypiska analys. För att lösa problemet, använde vi tredimensionell (3-D) rekonstruktion av HFUS imaging data för tidig upptäckt och karakterisering av murina embryo implantationsställen och deras individuella utvecklande progression i livmodern. Kombinera HFUS imaging med 3D-rekonstruktion och modellering, kunde vi exakt kvantifiera embryo implantation webbplats nummer samt övervaka utvecklande progression i gravid C57BL6J/129S möss från 5.5 dagar post coitus (d.p.c.) genom att 9,5 d.p.c. med hjälp av en givare. Mätningar ingår: antal, läge och volym av implantationsställen samt mellan implanteringsstället avstånd; embryo lönsamhet bedömdes av hjärtats aktivitetsövervakning. Under omedelbar efter implantation (5,5 till 8,5 d.p.c.), 3D-rekonstruktion av dräktiga livmodern både mesh och solid overlay format aktiverat visuell representation av de framkallande graviditeter inom varje livmoderns horn. Genetiskt modifierade möss fortsätter att användas för att karaktärisera kvinnliga reproduktiva fenotyper härrör från livmodern dysfunktion, erbjuder denna metod en ny metod för att identifiera, kvantifiera och beskriva tidig implantation händelser i vivo. Denna roman användning av 3D-HFUS imaging visar förmåga att framgångsrikt identifiera, visualisera och karakterisera embryo-implantationsställen under tidig murina graviditet på ett icke-invasivt sätt. Tekniken erbjuder en betydande förbättring jämfört med nuvarande metoder, som förlitar sig på avbrytande av graviditeter för brutto vävnad och histopatologisk karakterisering. Här använder vi en video och text-format för att beskriva hur man framgångsrikt utföra ultraljud av tidig murina graviditet att generera tillförlitliga och reproducerbara data med återuppbyggnaden av livmoderns form i mesh och solid 3D-bilder.
Introduction
Återkommande tidigt missfall är en av de vanligaste komplikationerna efter befruktningen och drabbar cirka 1% av alla par som försöker bli gravid1,2. De bakomliggande mekanismerna till tidiga missfall är varierande: från inneboende embryonala avvikelser och maternell samsjuklighet till defekter i livmoderslemhinnans mottaglighet1,3,4. På grund av deras genetiska tractability, har musmodeller allmänt använts för undersökningar av tidig embryo implantation och graviditet. Dessutom har kort graviditetslängd tiden av musen och förmågan att utföra storskaliga studier sett växande nyttan av musen i viktiga kliniska frågor i reproduktiv medicin5. Som sagt, den stora majoriteten av murina experimentell design kräver fortfarande många dammar till vara euthanized på sekventiella graviditetsdiabetes dagar att kvantifiera och analysera implantation plats, antal, storlek och avstånd mönster under graviditet6, 7,8, därmed utgör hinder för longitudinella studier på samma djur.
I kliniken är ultraljud en pålitlig och ovärderliga verktyg för att övervaka mänskliga fostrets livsduglighet och utveckling i en icke-invasiv sätt9,10,11. Mer nyligen, högfrekvent ultraljud (HFUS) har börjat hitta begränsade tillämpningar i musen som en metod för att övervaka fostrets livsduglighet och tillväxt under graviditet12,13,14. De senaste tekniska framstegen i ultraljudsundersökningar har tillåtit tillämpningen av tredimensionell (3-D) data för visuell rekonstruktion av animaliska organ och efterföljande övervakning patologier15,16, 17. Användning av denna avancerade imaging teknik förbättrats markant kraften att upptäcka mindre volym svängningar, att minska variabilitet och övervaka utvecklingen av en patologi eller effekten av en terapeutisk intervention17. Medan det primära verktyget för denna teknik har varit att övervaka malignitet progression i oncomouse modeller15,16, har 3-D HFUS imaging använts endast nyligen att kvantifiera och övervaka aktiva tillväxten av embryo implantation och fostrets utveckling i livmodern mus18.
Här visar vi hur du utför HFUS imaging för att producera 2D och 3D-data för att generera rekonstruktioner av tidig gravid mus livmodern. Vi visar nyttan av denna nya metod att upptäcka dessa tidiga embryonala implantation händelser utan behovet av abort, så att forskare att samla in data på ett icke-invasivt sätt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna roman användning av 3D-HFUS imaging visar förmåga att framgångsrikt identifiera, visualisera och karakterisera embryo-implantationsställen under tidig murina graviditet på ett icke-invasivt sätt. Tekniken erbjuder en betydande förbättring jämfört med nuvarande metoder, som förlitar sig på avbrytande av graviditeter för brutto vävnad och histopatologisk karakterisering. Det bör emellertid noteras att histologiska metoder skulle fortfarande anses vara mer optimalt när karakterisering på en mer förs…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi uppskattar mycket hjälp av Rong Zhao, Jie Li och Yan Ying.
Materials
| VisualSonics Vevo 2100 Ultrasound Imaging Platform/Machine | VisualSonics, inc. | VS-11945 | |
| Vevo Imaging Station | VisualSonics, inc. | SA-11982 | |
| Aquasonic 100 Ultrasound Transmission Gel | Parker | #SKU PLI 01-08 | |
| Isoflurane (IsoThesia) 100mL bottle | Henry Shein | #29404 | |
| PuraLubenAnimal Ophthalmic Ointment | Dechra | #12920060 |
Referenzen
- Rai, R., Regan, L. Recurrent miscarriage. Lancet. 368 (9535), 601-611 (2006).
- Sugiura-Ogasawara, M., Ozaki, Y., Suzumori, N. Management of recurrent miscarriage. J Obstet Gynaecol Res. 40 (5), 1174-1179 (2014).
- Kutteh, W. H. Novel strategies for the management of recurrent pregnancy loss. Semin Reprod Med. 33 (3), 161-168 (2015).
- Page, J. M., Silver, R. M. Genetic Causes of Recurrent Pregnancy Loss. Clin Obstet Gynecol. 59 (3), 498-508 (2016).
- Zhang, J., Croy, B. A. Using ultrasonography to define fetal-maternal relationships: moving from humans to mice. Comp Med. 59 (6), 527-533 (2009).
- Li, S. J., et al. Differential regulation of receptivity in two uterine horns of a recipient mouse following asynchronous embryo transfer. Sci Rep. 5, 15897 (2015).
- Ding, Y. B., et al. 5-aza-2′-deoxycytidine leads to reduced embryo implantation and reduced expression of DNA methyltransferases and essential endometrial genes. PLoS One. 7 (9), e45364 (2012).
- Kusakabe, K., Naka, M., Ito, Y., Eid, N., Otsuki, Y. Regulation of natural-killer cell cytotoxicity and enhancement of complement factors in the spontaneously aborted mouse placenta. Fertil Steril. 90 (4 Suppl), 1451-1459 (2008).
- Demianczuk, N. N., et al. The use of first trimester ultrasound. J Obstet Gynaecol Can. 25 (10), 864-875 (2003).
- Thompson, H. E. Evaluation of the obstetric and gynecologic patient by the use of diagnostic ultrasound. Clin Obstet Gynecol. 17 (4), 1-25 (1974).
- Unterscheider, J., et al. Definition and management of fetal growth restriction: a survey of contemporary attitudes. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 174, 41-45 (2014).
- Greco, A., et al. High frequency ultrasound for in vivo pregnancy diagnosis and staging of placental and fetal development in mice. PLoS One. 8 (10), e77205 (2013).
- Flores, L. E., Hildebrandt, T. B., Kuhl, A. A., Drews, B. Early detection and staging of spontaneous embryo resorption by ultrasound biomicroscopy in murine pregnancy. Reprod Biol Endocrinol. 12, 38 (2014).
- Nguyen, T. M., et al. Estimation of mouse fetal weight by ultrasonography: application from clinic to laboratory. Lab Anim. 46 (3), 225-230 (2012).
- Singh, S., et al. Quantitative volumetric imaging of normal, neoplastic and hyperplastic mouse prostate using ultrasound. BMC Urol. 15, 97 (2015).
- Liu, L., et al. Ultrasound-mediated destruction of paclitaxel and oxygen loaded lipid microbubbles for combination therapy in ovarian cancer xenografts. Cancer Lett. 361 (1), 147-154 (2015).
- Ni, J., et al. Monitoring Prostate Tumor Growth in an Orthotopic Mouse Model Using Three-Dimensional Ultrasound Imaging Technique. Transl Oncol. 9 (1), 41-45 (2016).
- Peavey, M. C., et al. Three-Dimensional High-Frequency Ultrasonography for Early Detection and Characterization of Embryo Implantation Site Development in the Mouse. PLoS One. 12 (1), e0169312 (2017).
- Song, H., et al. Cytosolic phospholipase A2alpha is crucial [correction of A2alpha deficiency is crucial] for ‘on-time’ embryo implantation that directs subsequent development. Development. 129 (12), 2879-2889 (2002).
- Nallasamy, S., Li, Q., Bagchi, M. K., Bagchi, I. C. Msx homeobox genes critically regulate embryo implantation by controlling paracrine signaling between uterine stroma and epithelium. PLoS Genet. 8 (2), e1002500 (2012).
- Hirate, Y., et al. Mouse Sox17 haploinsufficiency leads to female subfertility due to impaired implantation. Sci Rep. 6, 24171 (2016).
- Wang, T. S., et al. Dysregulated LIF-STAT3 pathway is responsible for impaired embryo implantation in a Streptozotocin-induced diabetic mouse model. Biol Open. 4 (7), 893-902 (2015).
- Ji, R. P., et al. Onset of cardiac function during early mouse embryogenesis coincides with entry of primitive erythroblasts into the embryo proper. Circ Res. 92 (2), 133-135 (2003).
- Srinivasan, S., et al. Noninvasive, in utero imaging of mouse embryonic heart development with 40-MHz echocardiography. Circulation. 98 (9), 912-918 (1998).
- Franco, N. H., Olsson, I. A. Scientists and the 3Rs: attitudes to animal use in biomedical research and the effect of mandatory training in laboratory animal science. Lab Anim. 48 (1), 50-60 (2014).
- Pratap, K., Singh, V. P. A training course on laboratory animal science: an initiative to implement the Three Rs of animal research in India. Altern Lab Anim. 44 (1), 21-41 (2016).
- Landi, M. S., Shriver, A. J., Mueller, A. Consideration and checkboxes: incorporating ethics and science into the 3Rs. J Am Assoc Lab Anim Sci. 54 (2), 224-230 (2015).
