Eine neue Verwendung des dreidimensionalen Hochfrequenz-Sonographie zur frühen Schwangerschaft Charakterisierung in der Maus
Summary
Mäuse sind weit verbreitet, Schwangerschafts Biologie zu studieren. Schwangerschaftsabbruch ist jedoch erforderlich für solche Studien, die longitudinale Untersuchungen entgegensteht und erfordert den Einsatz einer großen Anzahl von Tieren. Daher beschreiben wir eine nicht-invasive Technik der Hochfrequenz-Sonographie zur Früherkennung und Überwachung von Ereignissen nach der Implantation in die schwangere Maus.
Abstract
Hochfrequenz-Sonographie (HFUS) ist eine gängige Methode, die Echtzeit-Entwicklung des menschlichen Fötus in der Gebärmutternicht-invasiv zu überwachen. Die Maus wird routinemäßig als in Vivo Modell zur Implantation des Embryos und das Fortschreiten der Schwangerschaft zu studieren. Leider benötigen solche murinen Studien Schwangerschaft Unterbrechung um Follow-up-phänotypische Analyse zu ermöglichen. Um dieses Problem zu beheben, verwendet wir dreidimensionale (3D) Rekonstruktion des HFUS Bilddaten zur frühzeitigen Erkennung und Charakterisierung von murinen Embryo Implantation Websites und ihre individuelle Entwicklung Fortschreiten in Utero. Die Kombination HFUS Bildgebung mit 3-d-Rekonstruktion und Modellierung, konnten wir genau quantifizieren Embryo Implantation Sitenummer sowie Entwicklungsstörungen Progression bei schwanger C57BL6J/129S Mäuse aus 5,5 Tage Post Koitus (d.p.c.) bis zu 9,5 d.p.c. überwachen mit dem Einsatz von einem Schallkopf. Messungen enthalten: Zahl, Lage und Umfang der Implantation als auch inter Implantationsort Abstand; Embryo Rentabilität wurde durch die Überwachung der Herztätigkeit bewertet. In der unmittelbar nach der Implantation Periode (5,5 bis 8,5 d.p.c.), 3-d-Rekonstruktion der trächtigen Gebärmutter aus Mesh und solide Overlay aktiviert Format visuelle Darstellung der entwickelnden Schwangerschaften innerhalb jedes uterine Horn. Gentechnisch veränderte Mäuse weiterhin verwendet werden, um weibliche reproduktive Phänotypen abgeleitet uterine Dysfunktion zu charakterisieren, bietet diese Methode einen neuen Ansatz zu erkennen, zu quantifizieren und zu charakterisieren frühen Implantation Veranstaltungen in Vivo. Diese neuartige Nutzung des HFUS 3D-Imaging demonstriert die Fähigkeit, erfolgreich zu erkennen, zu visualisieren und Implantation des Embryos Websites während der frühen Schwangerschaft murinen in eine nicht-invasive Weise zu charakterisieren. Die Technologie bietet eine deutliche Verbesserung gegenüber aktuellen Methoden, die auf die Unterbrechung der Schwangerschaft für grobe Gewebe und histologischen Charakterisierung angewiesen sind. Hier verwenden wir eine Video und Text-Format um zu beschreiben, wie man erfolgreich führen Sie Ultraschall der murinen Frühschwangerschaft, zuverlässige und reproduzierbare Daten mit Rekonstruktion des uterinen Form aus Mesh und solide 3-d-Bilder zu generieren.
Introduction
Wiederkehrende frühen Schwangerschaftverlust gehört zu den häufigsten Komplikationen nach der Empfängnis und betrifft etwa 1 % der Paare versuchen,1,2zu begreifen. Die zugrunde liegenden Mechanismen der frühen Schwangerschaftverlust sind vielfältig: vom inneren embryonalen Missbildungen und mütterliche Komorbiditäten auf Mängel im Endometrium Empfänglichkeit1,3,4. Aufgrund ihrer genetischen Lenkbarkeit wurden Mausmodelle für Untersuchungen des frühen Embryos und Schwangerschaft weithin genutzt. Darüber hinaus Schwangerschafts kurz von der Maus und die Fähigkeit, groß angelegte Studien haben dafür gesorgt das wachsende Dienstprogramm der Maus in wichtigen klinischen Fragestellungen in menschlichen Reproduktionsmedizin5. Das heißt, die überwiegende Mehrheit der murinen experimentellen Designs erfordern noch zahlreiche Staudämme, eingeschläfert werden auf sequentielle Schwangerschafts Tage zu quantifizieren und Implantation Standort, Anzahl, Größe und Abstand Muster während der Schwangerschaft6zu analysieren, 7,8, damit entgegensteht Längsschnittstudien auf das gleiche Tier.
In der Klinik ist Ultraschall eine zuverlässige und wertvolle Tool zur Überwachung von menschlichen fötalen Entwicklungsfähigkeit und Entwicklung in eine nicht-invasive Weise9,10,11. Vor kurzem hat Hochfrequenz-Ultraschall (HFUS) begonnen, begrenzte Anwendungen in der Maus als eine Methode zur Überwachung der fetalen Rentabilität und Wachstum während der Schwangerschaft12,13,14zu finden. Die jüngsten technologischen Fortschritte in der Ultraschall-Bildgebung erlaubt die Anwendung von dreidimensionalen (3D) Daten für visuelle Rekonstruktion von Tierorganen und anschließende Überwachung von Pathologien15,16, 17. Verwendung dieses fortschrittliche imaging-Technologie hat sich verbessert die Macht zu erkennen, kleinere Volumenschwankungen, Inter Tier Variabilität zu reduzieren und das Fortschreiten der Pathologie oder die Wirksamkeit einer therapeutischen Intervention17zu überwachen. Während der primäre nutzen dieser Technologie zur Überwachung der malignen Progression bei Oncomouse Modelle15,16 wurde, wurde HFUS 3D-Imaging erst vor kurzem zur quantitate und Überwachen des aktiven Wachstums der Implantation des Embryos und Entwicklung des Fötus in der Maus Gebärmutter18.
Hier zeigen wir wie HFUS imaging um zu 2-D und 3-d-Daten zu erzeugen, um Rekonstruktionen des frühen schwangere Maus Uterus erzeugen durchführen. Wir zeigen den Nutzen von dieser neuartigen Methode zur Erkennung dieser frühen embryonalen Implantation Ereignisse ohne die Notwendigkeit einer Schwangerschaftsunterbrechung, erlauben Forschern, Daten in eine nicht-invasive Weise zu sammeln.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese neuartige Nutzung des HFUS 3D-Imaging demonstriert die Fähigkeit, erfolgreich zu erkennen, zu visualisieren und Implantation des Embryos Websites während der frühen Schwangerschaft murinen in eine nicht-invasive Weise zu charakterisieren. Die Technologie bietet eine deutliche Verbesserung gegenüber aktuellen Methoden, die auf die Unterbrechung der Schwangerschaft für grobe Gewebe und histologischen Charakterisierung angewiesen sind. Jedoch sollte angemerkt werden, dass die histologische Methoden noch optimaler…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir schätzen sehr die Hilfe von Rong Zhao, Jie Li und 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 |
References
- 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).
