In vivo kwantitatieve beoordeling van myocard structuur, functie, perfusie en levensvatbaarheid Met behulp van Cardiac Micro-computertomografie
Summary
This method outlines the use of Quantum Micro-Computed Tomography (MicroCT) to assess cardiac morphology, function, perfusion, metabolism and viability with iodinated contrast agent in mice with experimentally-induced myocardial ischemia. The technique can be applied for non-destructive high-throughput longitudinal in vivo imaging of various animal models of human heart disease.
Abstract
The use of Micro-Computed Tomography (MicroCT) for in vivo studies of small animals as models of human disease has risen tremendously due to the fact that MicroCT provides quantitative high-resolution three-dimensional (3D) anatomical data non-destructively and longitudinally. Most importantly, with the development of a novel preclinical iodinated contrast agent called eXIA160, functional and metabolic assessment of the heart became possible. However, prior to the advent of commercial MicroCT scanners equipped with X-ray flat-panel detector technology and easy-to-use cardio-respiratory gating, preclinical studies of cardiovascular disease (CVD) in small animals required a MicroCT technologist with advanced skills, and thus were impractical for widespread implementation. The goal of this work is to provide a practical guide to the use of the high-speed Quantum FX MicroCT system for comprehensive determination of myocardial global and regional function along with assessment of myocardial perfusion, metabolism and viability in healthy mice and in a cardiac ischemia mouse model induced by permanent occlusion of the left anterior descending coronary artery (LAD).
Introduction
Ischemische hartziekte (IHD) blijft de enige grootste oorzaak van morbiditeit en mortaliteit voor mannen en vrouwen wereldwijd 1 zijn. Door complexiteit en onderlinge relaties die bestaan tussen de organen en systemen op organismaal niveau, het gebruik van het gehele dier als een model van IHD relevant niet alleen voor een beter begrip van de ziekte pathofysiologie blijft, maar ook toelaat evaluatie van nieuwe preventieve en therapeutische strategieën . Muismodellen name hebben bijgedragen tot de kennis van ontwikkeling van het hart, pathogenese van myocardiale infarct, myocardiale hypertrofie, myocarditis en aneurysmatische letsels 2-7. De parameters die de prestaties van hart te bepalen en zijn nuttig in termen van de prognose en de keuze van therapeutische interventie zijn cardiale massa en geometrie, globale en regionale functie, ruimtelijke verdeling van het myocard bloedstroom en myocard levensvatbaarheid.
De meeste van traditional experimentele methoden in muismodellen van hartziekten omvatten invasieve metingen die uren nodig voor de voltooiing, waardoor het dier kan niet worden gebruikt voor herhaalde metingen of methode vereist dier offeren 8-12. Bijvoorbeeld, regionale myocardiale perfusie meten, radioactief of fluorescent gelabelde microsferen worden gebruikt wanneer radioactieve telling of fluorescentiesignalen gedetecteerd op een fysisch ontleed hart of in situ 13,14.
Evenzo wordt de evaluatie van infarctgrootte in diermodellen van myocardiale infarct meestal uitgevoerd door trifenyltetrazoliumchloride (TTC) kleuring en om het tijdsverloop van infarct evolutie en het effect van therapeutische interventies bepalen, deze techniek vereist dat de dieren moeten worden opgeofferd voor het hart histopathologisch onderzoek op verschillende tijdstippen 15. Als zodanig, niet-destructief en humane technieken die het mogelijk maken quantitative en longitudinale analyse van cardiale morfologie, functie, het metabolisme en de levensvatbaarheid van het allergrootste belang. Hierbij preklinische beeldvorming van groot belang. Onder de huidige beschikbare beeldvormingsmodaliteiten magnetic resonance imaging (MRI) en echocardiografie zijn de meest gebruikte 16,17,18.
Echter, en ondanks het feit dat MRI wordt beschouwd als de modaliteit van referentie zowel klinisch en preklinisch werk, de hoge kosten voor speciale dierenverblijf MRI systemen verkrijgen en behouden, evenals de complexiteit van deze technologie voor niet-gevorderde gebruikers te bedienen zorg MRI onbetaalbaar voor routinematig gebruik. Met betrekking tot echocardiografie, bestaan er significante nadelen voor de manier waarop hartfunctie gemeten. De door meest echocardiografische onderzoeken gegevens tweedimensionaal, en om volumes leiden, moeten geometrische aannames 19. Bovendien, slechte intra- en inter-observer reproducibility is een belangrijke beperking van deze techniek. Radio-isotoop beeldvorming met SPECT-scan (SPECT) en positron emissie tomografie (PET) worden voornamelijk gebruikt voor het meten van myocard perfusie en metabolisme 17,20,21. Echter, beperkte ruimtelijke resolutie van deze beeldvormende technieken maakt cardiale beeldvorming bij muizen uitdagend.
Anderzijds, met de komst van flat panel detector technologie die betere röntgen- gevoeligheid en snellere uitleestijden, stand van de techniek MicroCT systemen bieden nu cardiorespiratoire gated driedimensionale (3D) en vierdimensionale (toestaat 4D) beelden van MRI-grade kwaliteit. Ze zijn vrijwel onderhoudsvrij kosteloos en eenvoudig te bedienen door niet-ervaren gebruikers. Zo kan een dergelijke MicroCT instrumenten goed geschikt zijn voor routine onderzoek van kleine dieren als modellen van ziekten bij de mens. Belangrijker, de ontwikkeling van een nieuwe preklinische jodiumhoudende contrastmiddelen, simultaneous functionele en metabolische evaluatie van het hart werd het mogelijk 22-24.
Dit contrastmiddel bevat een hoge concentratie van jodium (160 mg / ml), tot sterke bloed-pool contrast na intraveneuze toediening mogelijk in vivo beeldvorming van vasculatuur en de hartkamers. Binnen een uur na toediening, kan een voortdurende toename van myocardiale contrast geassocieerd met metabole opname worden waargenomen, dus dezelfde contrastmiddel kan worden gebruikt voor de evaluatie van myocardiale bedwelmen en levensvatbaarheid.
Het doel van de in dit manuscript techniek is om onderzoekers in staat om de high-speed MicroCT systeem te gebruiken met een intrinsieke cardio-respiratoire gating, in combinatie met bloed-zwembad gejodeerd contrastmiddel, voor het bepalen van het myocard globale en regionale functie, samen met myocardperfusie en levensvatbaarheid bij gezonde muizen en in een cardiale ischemie muismodel opgewekt door permanente occlusievan de linker voorste dalende kransslagader (LAD). Via dit diermodel en beeldvormende techniek, kan snelle evaluatie van de belangrijkste cardiale parameters herhaaldelijk worden uitgevoerd met een beeldvormende modaliteit en zonder de noodzaak van invasieve procedures of de noodzaak om de dieren te offeren. De techniek kan worden uitgevoerd om nieuwe preventieve en therapeutische strategieën te evalueren.
Protocol
Representative Results
Discussion
In de afgelopen jaren MicroCT is uitgegroeid tot de modaliteit vele onderzoeken overwogen voor de karakterisering van cardiale structuur en functie in kleine dieren 26-29,30. Echter, de instrumentatie gebruikt in de stand werkzaamheden zowel maatwerk of niet meer commercieel verkrijgbaar. Als zodanig is dit onderzoek gericht op een eenvoudige en uitgebreide protocol voor het gebruik van high-speed MicroCT systeem met intrinsieke cardio-respiratoire gating cardiale globale en regionale functie te bepalen samen met myocardperfusie en leefbaarheid in kleine dieren als modellen van het menselijk hart te bieden ziekte.
Een van de belangrijkste vereisten voor het bestuderen hart structuur en functie is het vermogen van de scanner te verantwoorden hart fysiologische bewegingen. Daartoe ECG-prospectieve en retrospectieve gating technieken kunnen worden gebruikt. Echter, prospectieve (stap en schieten) gating is gebaseerd op een vooraf bepaald interval van de cardiale cyclus, voor examenple tijdens diastole, wanneer het hart beweging is minimaal. Met deze benadering slechts één beeld per hartcyclus wordt verkregen en slechts één fase van de hartcyclus kan worden gereconstrueerd. Als zodanig naast zijn tijdrovend om, prospectief gated reconstructies produceren slechts één gegevensset, die verstoken van functionele informatie. Retrospectieve gating, daarentegen, maakt reconstructie van meerdere gegevenssets bij elk gedeelte van de hartcyclus, zodat globale en regionale linker ventrikel functionele analyse.
De huidige werkzaamheden in dienst cardiorespiratory reconstructies met intrinsieke retrospectieve gating. Intrinsieke retrospectieve gating maakt gebruik van gepatenteerde image-based software om eind-diastolische en eind-systolische cardiale fases te reconstrueren zonder noodzaak van speciale ademhaling en hartbewaking apparaten 29,31,32. Een uitstekende overeenstemming tussen intrinsieke en extrinsieke retrospectieve ECG-afhankelijke retrospectieve gating voor studying hartfunctie bij muizen en ratten werd aangetoond door Dinkel et al. 29. Tijdens deze huidige werk, intrinsieke retrospectieve gating niet alleen aanzienlijk beperkt de tijd die nodig is voor het opzetten van de scan, maar ook geëlimineerd afhankelijkheid van controle hardware, zoals ECG leads en respiratoire pneumatische sensor, evenals aanvullende operator vaardigheden om goed te zetten het op.
Na de reconstructie werd de beeldkwaliteit van zowel de eind-diastolische en eind-systolische datasets bevredigend voor cardiale analyse gevonden. Tijdens het onderzoek van de beelden, werd bijzondere aandacht besteed aan beweging artefacten die kunnen optreden tijdens een onvoldoende niveau van anesthesie, het wegschieten van artefacten die kan gebeuren als gevolg van ontbrekende projecties bij dieren met een hoge ademhalingsfrequentie, lage demping artefacten die vaak worden veroorzaakt door botstructuren en kan perfusiedefecten nabootsen en ring artefacten die kunnen voortvloeien uit onjuiste kalibratie of falen van een of meer detectorelementgen.
Het vermogen van MicroCT cardiale structurele en functionele informatie te produceren, is ook afhankelijk van de beschikbaarheid van geschikte intravasculaire contrastmiddel. De meeste momenteel in de handel verkrijgbaar MicroCT contrasten kunnen in het algemeen worden onderverdeeld in fijnverdeelde niet-metaboliseerbare macrofaag specifiek en polydisperse metaboliseerbare jodium gebaseerde contrasten 23,33-36. Hoewel deeltjesvormige middelen bieden meer X-ray troebelingen vanwege de hogere atoomnummer (barium, Z = 56, en goud, Z = 79), kunnen ze niet gebruikt worden voor metabolische beoordeling. Bovendien zijn deze middelen beschouwd als schadelijk voor het organisme en verwijderd door de lever macrofagen (Kupffer cellen), de scavenging cellen van het reticulo-endotheliale systeem (RES). Vanwege hun niet-metaboliseerbare aard, deze middelen veroorzaken modificaties aan de lever microcirculatie kleeft leverbeschadiging 37.
Metaboliseerbare jodium gebaseerde contrasten, daarentegen, zijn niet targeted voor RES-specifieke verwijdering, moet dus beter veiligheidsprofiel te bieden en te voorkomen lever toxiciteit. Naast hun beter veiligheidsprofiel worden deze contrasten opgenomen door metabolisch actief weefsel en kan worden gebruikt voor levensvatbaarheidsbeoordeling 22,23. Hiertoe werd gejodeerd contrastmiddel geselecteerd voor deze studie. Het contrast werd toegediend in een dosis van 5 of 10 pl per gram lichaamsgewicht van het dier als een enkele intraveneuze bolusinjectie. Hoewel beide doses bevredigende verbetering resultaten geleid, werd een dosisafhankelijke toename van linker ventriculaire myocardiale en contrastniveaus waargenomen wanneer 10 gl / g contrast werd geïnjecteerd. Van belang, met de grotere dosis, de duur van het bloed zwembad was langdurig en de piek van het myocard contrast opname werd vertraagd. Één dier (Mouse 1) werd gevolgd gedurende 10 weken na de operatie en gedurende deze periode werd in beeld gebracht om de twee weken. Uit ervaring, geen nadelige gevolgen met betrekking tot het contrast (totaal van 5 inuitsteeksels) of gerelateerd aan röntgenopname (totaal 10 MicroCT scans) werden waargenomen in deze muizen tijdens de controle. Een van de meest frequent gemelde bijwerkingen van blootstelling aan jodium op lange termijn is schildklier stoornis die niet macroscopisch werd waargenomen op de post-mortem onderzoek. Mannheim et al. Bestudeerden thyroxine na 3 opeenvolgende toedieningen contrast en vonden geen verschil wanneer de spiegels vergeleken met de controles 37. Met het gebruik van dezelfde MicroCT datasets werden geen tekenen van door straling geïnduceerde longfibrose gedetecteerd in deze dieren (gegevens niet getoond), conform de veiligheid van de procedure.
Beoordeling van globale en regionale ventriculaire hartfunctie wordt beschouwd als de sterkste determinant van hartfunctie en belangrijk voor de prognose en de keuze van therapeutische interventie 38,39. De wereldwijde linker ventrikel functionele indices omvatten linker ventrikel eind-diastolische volume (LVEDV), linker ventrikel eind-systolisch volume (LVESV), linker ventrikel slagvolume (Liberaal Vlaams Studentenverbond), linker ventrikel ejectiefractie (LVEF), en cardiale output (CO). Eerder MicroCT studies bevestigd dat de kwantitatieve evaluatie van de wereldwijde hartfunctie is haalbaar in muizen cardiovasculaire ziekte-modellen en die uitgesproken daling van de globale hartfunctie vindt plaats kort na de LAD slagader occlusie. Deze bevindingen zijn in overeenstemming met eerdere rapporten in die duidelijke daling van de Liberaal Vlaams Studentenverbond, LVEF en CO opgetreden al op dag 1 na occlusie 29,40-43. Het is vermeldenswaard dat de cardiale functionele prestaties afhankelijk van het type en de anesthesie, waardoor voor nauwkeurige metingen van de hartslag tijdens beeldverwerving moet zo fysiologische mogelijk worden gehouden 44.
Kwantitatieve beoordeling van de linker ventriculaire myocardiale massa (LVMM) belangrijk voor de evaluatie van linker ventriculaire hypertrofie en werd voornamelijk uitgevoerd met MRIk 11,43,45,46. LVMM wordt vaak gecorrigeerd voor lichaamsgewicht en gepresenteerd als linker ventrikel myocard mass index (LVMMI) mogelijk te maken voor normalisering van de cardiale gewicht tussen de muizen van verschillende leeftijd en habitus. Nauwkeurige schatting van deze parameters is van belang, omdat de muizen met hartinfarct ontwikkelen significante LV hypertrofie 47. Beoordeling van LVMM, LVMMI en LV geometrie is ook belangrijk voor de diagnose van cardiale hypertrofie en dysplasie 11. Als zodanig zullen bepalen van deze parameters bovendien gunstig voor aandoeningen zoals concentrische hypertrofie, excentrische hypertrofie of concentrisch remodelleren differentiëren. In het huidige werk, zowel LVMM en LVMMI waarden werden bepaald in muizen blootgesteld aan slagader ligatie LAD en in de schijn-geopereerde dieren. Vervolgens bepalen de omvang van myocardiaal infarct werd geïdentificeerd en gebruikt om het percentage van infarctgrootte te berekenen. Hoewel tijdens de operatie de ligatuur aan de LAD kransslagader was applIED op hetzelfde niveau occlusie gegenereerde infarcten met enige variabiliteit: 13,3%, 15,8% en 22,4% (Tabel 1). Een mogelijke verklaring voor deze variabiliteit vloeien voort uit verschillen in coronaire anatomie en hun territoriale bloedtoevoer tussen de dieren, en in overeenstemming met eerdere rapporten 48. De meest gebruikelijke manier om infarctgrootte evaluatie in een muismodel van myocardiale infarct is de ex vivo trifenyltetrazoliumchloride (TTC) kleuring, de techniek die niet het longitudinaal volgen van de ziekte bij hetzelfde dier zou toestaan. In de context van eerder werk van Ashton et al. 22 en dit moment is opmerkelijk dat MicroCT in samenhang met jodiumhoudende contrastmiddelen alternatief en niet-destructieve werkwijze voor het bepalen infarctgrootte langsrichting kan voorzien.
Een bijkomend voordeel van de MicroCT techniek ligt in de zeer nauwkeurige bepaling van regionale ischemie. Like bij de mens de linker kransslagader van de muis splitst in een afdalende arterie (LAD) en een septale tak (LCX). Echter, in muizen, de anatomie van de kant takken van de LAD en LCX aanzienlijk verschilt tussen dieren 48. Grote takken van de LCX soms nauw parallel aan de LAD en aangezien de kransslagaders van muizen zijn intra-myocard en dus niet zichtbaar is, kant beugels van de LCX zijn soms per ongeluk, maar onvermijdelijk in de coronaire occlusie tijdens de muis-infarct procedure. Als zodanig kan de circumferentional polaire kaart verkregen na MicroCT worden gebruikt om precies te bepalen welke kransslagaders werden afgesloten, omdat perfusie en contrast opname in sectoren 2, 3, 8 en 9 worden beïnvloed door de LCX terwijl sectoren 7, 10, 11, 12 , 13, 15, 16 en 17 worden door de LAD. Dienovereenkomstig, de polaire kaart is van groot voordeel voor nauwkeurige bepaling van de afgesloten bloedvaten en dus helpt belangrijker in de correcte interpretatie van de effecten van de myocardial infarct van de hartfunctie en ziekteprogressie.
Myocardiale infarct muismodel gebruikt zeer bootst de klinische situatie waarin coronairvaten ineens geoccludeerd als gevolg van een acute plaquebreuk en is als zodanig van groot voordeel voor de ziekteontwikkeling van het infarct hart 49 bestuderen. Terwijl in de ontwikkelde westerse landen behandeling van patiënten met myocardiaal infarct is gericht op snel herstel recirculatie van de kransslagader, in vele gevallen, met name in minder economisch ontwikkelde landen waar de incidentie van myocardinfarct snel toeneemt, kan de afsluiting niet ringsluitingsreactie in tijd 1,50. Dit veroorzaakt in grote ventriculaire infarcten die het vaakst zal leiden tot chronisch hartfalen en zijn een enorme last op de volksgezondheid. Bijgevolg longitudinale niet-invasieve diagnostische werkwijzen onder toepassing van een myocardiaal infarct model met een vaste kransslagader occlusion en een grote ventriculaire infarct van groot belang om nieuwe behandelingsstrategieën tegen deze ziekte te ontwikkelen.
Myocard perfusie CT-beeldvorming is een snel evoluerende techniek die kwantitatieve beoordeling van de regionale coronaire bloedstroom afwijkingen en hun relevantie voor de hartfunctie en de levensvatbaarheid mogelijk maakt. Nieuwer kleine dierstudies verminderde de kloof tussen MicroCT en SPECT, de modaliteit van de keuze voor perfusie en levensvatbaarheid assessment 22. Met het doel de mate van doorbloeding stoornis veroorzaakt door de LAD-coronaire arterie occlusie evalueren, werden de gegevens MicroCT ook geëvalueerd voor myocardiale perfusie informatie. De geligeerde LAD slagader bekend bloedtoevoer naar de vrije wand, een deel van het septum en het apicale gebied van de linker ventrikel te verschaffen. Myocardperfusie defecten (hypoenhanced gebieden) van de muis 1 worden getoond in een polaire assenstelsel en duidelijke medio anterior, mid-inferolateral, mid-anterolateral, apicaleanterieure en laterale apicale segmenten, de bevindingen komen overeen met dezelfde coronaire verdeling (figuur 3). Geen verschil tussen perfusiedefecten afgeleid van eind-diastolische en eind systolische beelden werd gevonden in homosegments. Eind-diastolische en eind systolische myocardiale perfusie polaire kaart toont van de schijn-geopereerde dieren worden getoond in Figuur 4. Kleine verschillen in myocardiale bloedstroom tussen de segmenten van de controledier verwaarloosbaar zowel eind-diastolische en eind systolische representaties . Interessant is dat de gebieden hypoenhancement visueel gezien op korte axiale doorsnede beelden (figuur 1) en kan gemakkelijk worden gekwantificeerd zoals getoond in figuur 3. Dit was niet mogelijk in de studie van Befeda et al. En kon worden verklaard door meer lawaai van de MicroCT instrument gebruikt 22. Teneinde visueel te onderscheiden, moet de signaalverschillen ten minste 3-5 maal groterdan de ruis (standaarddeviatie) in de opname 51. Laag geluidsniveau van de MicroCT die in deze studie is toegestaan detectie van een klein signaal verschil tussen een gestoorde en normaal doorbloed hartspier (127HU ± 23HU vs. 217HU ± 29HU), waardoor succesvolle evaluatie van de myocardperfusie patroon gebreken.
Een van de grote voordelen van het gebruik van gejodeerd contrastmiddel is de mogelijkheid om myocardiale levensvatbaarheid en metabolisme beoordelen omdat het contrast myocardiale verbetering. Voor zover wij weten, is het vermogen van het contrast om myocardium verbeteren eerst beschreven door Detombe et al. 23 en het eerste gebruik myocardinfarct beeldvorming werd gemeld door Ashton et al. 22. Hoewel de groep aangegeven dat geperfundeerde myocardium in de muizen met myocardiaal infarct vertoonden verbetering vergelijkbaar met de controles, en dat het infarct myocardium toonde geen verbetering, kwantitatieve beoordeling van het segmentale myocardiale enhancement werd niet gemeld. Te onderzoeken of myocardiale verbetering kwantitatief kan worden bepaald, werden alle muizen reimaged met hetzelfde beeldvormingsprotocol 3-4 uur na toediening van het contrastmiddel bij myocardiale verbetering ten opzichte holte was maximaal.
Myocardiale contrast opname defecten werden visueel waargenomen op korte axiale eind diastolische en eind systolische dwarsdoorsnede beelden van een muis hart met myocardiaal infarct (figuur 5), maar niet in de schijn-geopereerde dieren (figuur 6). Myocardopname werd kwantitatief bepaald in elk myocardiale segment van zowel eind-diastolische en eind systolische reconstructies en gepresenteerd in een polair coördinatensysteem (figuur 7 en 8). Eind-diastolische en eind systolische homosegmental waarden verkregen uit hetzelfde dier niet verschilden. Echter, de omtrek polaire plots toonde segment-specifieke afwijkingen (Figure 7) met gelijke patronen die op het myocardiale perfusie kaarten (figuur 2). Geen contrast opname gebreken werden gezien op de omtrek polaire grafieken van de schijn-geopereerde muizen (Figuur 8). De myocardopname gegevens waren voldoende kwaliteit globale functionele analyse en kwantitatieve bepaling van LV myocardiale massa en infarctgrootte te voeren (niet getoond). Hoewel niet relevant voor de momenteel gebruikte model met permanente LAD coronaire occlusie, geloven wij dat contrast myocardiale extractie kan worden niet alleen betrekking op veranderingen in plaatselijke myocardiale bloedstroom, maar ook de status van cardiomyocyten (bijvoorbeeld littekens, verdoofd en overwinterende myocardium) . Om deze hypothese te testen, zal de toekomstige werkzaamheden het model met tijdelijke ischemie en reperfusie in dienst.
Actieve inkrimping van de hartspier leidt tot hartspier beweging en verdikking die zo belangrijk markers van de systolische f dienenzalving en myocard levensvatbaarheid. Beoordeling van de regionale wandbeweging, verdikking, en ejectiefractie helpt om passieve systolische wandbeweging van actieve myocardiale contractie onderscheiden. Met het oog op gestandaardiseerde kwantificering van de omvang en de ernst van het letsel, wandbeweging, wand verdikking en regionale ejectiefracties in staat worden meestal toegewezen aan polaire kaarten. Afwijkingen van de regionale ventriculaire wandbeweging zijn belangrijke markers van ischemie van de hartspier die het meest worden beoordeeld door MRI 52. De LV wandbeweging, verdikking en regionale ejectiefractie scores voor elk vak van een muis met en zonder myocardinfarct zijn weergegeven in figuur 9 en figuur 10. Zoals verwacht werd de LAD coronaire ligatie resulteerde in opmerkelijke afname van LV regionale functionele indices ( figuur 9), terwijl geen effect werd waargenomen in de schijn-geopereerde muizen (figuur 10). Deze resultaten zijn in overeenstemming meteerder gerapporteerde gegevens.
Tot slot, heeft dit werk de eerste succesvolle gebruik van een high-speed MicroCT systeem voor een uitgebreide bepaling van het myocard mondiale en regionale functionele parameters, samen met de beoordeling van de myocard perfusie en levensvatbaarheid in gezonde en in een muismodel van een myocardinfarct aangetoond. Dit werk kan verder worden uitgebreid richting karakterisering andere modellen van cardiovasculaire ziekte, waardoor nauwkeurig en niet-destructieve analyse van cardiale functionele en pathofysiologische veranderingen, en evaluatie van nieuwe preventieve en therapeutische strategieën.
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de Stichting Lijf en Leven, project verwijden versus stenose arterieel vaatlijden.
Materials
| Quantum FX MicroCT Imaging System | PerkinElmer, Hopkinton, MA, USA | Micro Computed Tomography System | |
| XGI-8 Anesthesia System | PerkinElmer, Hopkinton, MA, USA | Cat. No. 118918 | Gas Anesthesia System |
| Analyze 12.0 Software | Analyze Direct, Overland Park, KS, USA | Visualization and Analysis Software for Imaging | |
| eXIA160 MicroCT Contrast | Binitio Biomedical, Ottawa, ON, CANADA | Cat. No. eXIA160-01; eXIA160-02; eXIA160-03; eXIA160-04; eXIA160-05 | Iodine based Radiocontrast for MicroCT Imaging |
| Isoflurane | Pharmachemie BV, Haarlem, Netherlands |
Cat. No. 45.112.110 | inhalation anesthesia |
| 1/2CC U-100 28G1/2 Insulin Syringe | Becton Dickinson and Company, USA |
Cat. No. 329461 | Insulin syringes with sterile interior |
| Leica microscope type M80 | Leica Microsystems BV, Eindhoven, Netherlands | Stereo zoom microscope |
Riferimenti
- Finegold, J. A., Asaria, P., Francis, D. P. Mortality from ischaemic heart disease by country, region, and age: statistics from World Health Organisation and United Nations. Int J Cardiol. 168, 934-945 (2013).
- Briaud, S. A., et al. Leukocyte trafficking and myocardial reperfusion injury in ICAM-1/P-selectin-knockout mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 280, H60-H67 (2001).
- Heymans, S., et al. Inhibition of plasminogen activators or matrix metalloproteinases prevents cardiac rupture but impairs therapeutic angiogenesis and causes cardiac failure. Nat Med. 5, 1135-1142 (1999).
- Kaijzel, E. L., et al. Multimodality imaging reveals a gradual increase in matrix metalloproteinase activity at aneurysmal lesions in live fibulin-4 mice. Circ Cardiovasc Imaging. 3, 567-577 (2010).
- MacLellan, W. R., Schneider, M. D. Genetic dissection of cardiac growth control pathways. Annu Rev Physiol. 62, 289-319 (2000).
- Michael, L. H., et al. Myocardial ischemia and reperfusion: a murine model. Am J Physiol. 269, H2147-H2154 (1995).
- Zhang, D., et al. TAK1 is activated in the myocardium after pressure overload and is sufficient to provoke heart failure in transgenic mice. Nat Med. 6, 556-563 (2000).
- Feldman, M. D., et al. Validation of a mouse conductance system to determine LV volume: comparison to echocardiography and crystals. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 279, H1698-H1707 (2000).
- Kolwicz, S. C., Tian, R. Assessment of cardiac function and energetics in isolated mouse hearts using 31P NMR spectroscopy. J Vis Exp. , (2010).
- Kubota, T., et al. End-systolic pressure-dimension relationship of in situ mouse left ventricle. J Mol Cell Cardiol. 30, 357-363 (1998).
- Lorell, B. H., Carabello, B. A. Left ventricular hypertrophy: pathogenesis, detection, and prognosis. Circulation. 102, 470-479 (2000).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Batkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3, 1422-1434 (2008).
- Buckberg, G. D., et al. Some sources of error in measuring regional blood flow with radioactive microspheres. J Appl Physiol. 31, 598-604 (1971).
- Krueger, M. A., Huke, S. S., Glenny, R. W. Visualizing regional myocardial blood flow in the mouse. Circ Res. 112, e88-e97 (2013).
- Vivaldi, M. T., Kloner, R. A., Schoen, F. J. Triphenyltetrazolium staining of irreversible ischemic injury following coronary artery occlusion in rats. Am J Pathol. 121, 522-530 (1985).
- Johnson, K. Introduction to rodent cardiac imaging. ILAR J. 49, 27-34 (2008).
- Buonincontri, G., et al. MRI and PET in mouse models of myocardial infarction. J Vis Exp. , e50806 (2013).
- Respress, J. L., Wehrens, X. H. Transthoracic echocardiography in mice. J Vis Exp. , (2010).
- Gao, S., Ho, D., Vatner, D. E., Vatner, S. F. Echocardiography in Mice. Curr Protoc Mouse Biol. 1, 71-83 (2011).
- Stillman, A. E., Wilke, N., Jerosch-Herold, M. Myocardial viability. Radiol Clin North Am. 37, 361-378 (1999).
- Lahoutte, T. Monitoring left ventricular function in small animals. J Nucl Cardiol. 14, 371-379 (2007).
- Ashton, J. R., et al. Anatomical and functional imaging of myocardial infarction in mice using micro-CT and eXIA 160 contrast agent. Contrast Media Mol Imaging. 9, 161-168 (2014).
- Detombe, S. A., Dunmore-Buyze, J., Drangova, M. Evaluation of eXIA 160 cardiac-related enhancement in C57BL/6 and BALB/c mice using micro-CT. Contrast Media Mol Imaging. 7, 240-246 (2012).
- Prajapati, S. I., Keller, C. Contrast enhanced vessel imaging using microCT. J Vis Exp. , (2011).
- Cerqueira, M. D., et al. Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart. A statement for healthcare professionals from the Cardiac Imaging Committee of the Council on Clinical Cardiology of the American Heart Association. Circulation. 105, 539-542 (2002).
- Badea, C. T., Fubara, B., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. 4-D micro-CT of the mouse heart. Mol Imaging. 4, 110-116 (2005).
- Bartling, S. H., et al. Retrospective motion gating in small animal CT of mice and rats. Invest Radiol. 42, 704-714 (2007).
- Clark, D., Badea, A., Liu, Y., Johnson, G. A., Badea, C. T. Registration-based segmentation of murine 4D cardiac micro-CT data using symmetric normalization. Phys Med Biol. 57, 6125-6145 (2012).
- Dinkel, J., et al. Intrinsic gating for small-animal computed tomography: a robust ECG-less paradigm for deriving cardiac phase information and functional imaging. Circ Cardiovasc Imaging. 1, 235-243 (2008).
- Drangova, M., Ford, N. L., Detombe, S. A., Wheatley, A. R., Holdsworth, D. W. Fast retrospectively gated quantitative four-dimensional (4D) cardiac micro computed tomography imaging of free-breathing mice. Invest Radiol. 42, 85-94 (2007).
- Boileau, C., et al. TGFB2 mutations cause familial thoracic aortic aneurysms and dissections associated with mild systemic features of Marfan syndrome. Nat Genet. 44, 916-921 (2012).
- Kachelriess, M., Sennst, D. A., Maxlmoser, W., Kalender, W. A. Kymogram detection and kymogram-correlated image reconstruction from subsecond spiral computed tomography scans of the heart. Med Phys. 29, 1489-1503 (2002).
- Boll, H., et al. Comparison of Fenestra LC, ExiTron nano 6000, and ExiTron nano 12000 for micro-CT imaging of liver and spleen in mice. Acad Radiol. 20, 1137-1143 (2013).
- Ford, N. L., et al. Time-course characterization of the computed tomography contrast enhancement of an iodinated blood-pool contrast agent in mice using a volumetric flat-panel equipped computed tomography scanner. Invest Radiol. 41, 384-390 (2006).
- Hainfeld, J. F., Smilowitz, H. M., O’Connor, M. J., Dilmanian, F. A., Slatkin, D. N. Gold nanoparticle imaging and radiotherapy of brain tumors in mice. Nanomedicine (Lond). 8, 1601-1609 (2013).
- Willekens, I., et al. Time-course of contrast enhancement in spleen and liver with Exia 160, Fenestra LC, and VC. Mol Imaging Biol. 11, 128-135 (2009).
- Mannheim, J. G., Schlichthärle, T., Pichler, B. J. Possible toxicological side effects after i.v. administration of iodine CT contrast agents. World Molecular Imaging Conference. , P400 (2012).
- White, H. D., et al. Left ventricular end-systolic volume as the major determinant of survival after recovery from myocardial infarction. Circulation. 76, 44-51 (1987).
- Sheehan, F. H., et al. Advantages and applications of the centerline method for characterizing regional ventricular function. Circulation. 74, 293-305 (1986).
- Nahrendorf, M., et al. High-resolution imaging of murine myocardial infarction with delayed-enhancement cine micro-CT. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 292, H3172-H3178 (2007).
- Sheikh, A. Y., et al. Micro-CT for characterization of murine CV disease models. JACC Cardiovasc Imaging. 3, 783-785 (2010).
- Young, A. A., Barnes, H., Davison, D., Neubauer, S., Schneider, J. E. Fast left ventricular mass and volume assessment in mice with three-dimensional guide-point modeling. J Magn Reson Imaging. 30, 514-520 (2009).
- Young, A. A., et al. Reperfused myocardial infarction in mice: 3D mapping of late gadolinium enhancement and strain. J Cardiovasc Magn Reson. 8, 685-692 (2006).
- Roth, D. M., Swaney, J. S., Dalton, N. D., Gilpin, E. A., Ross, J. Impact of anesthesia on cardiac function during echocardiography in mice. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 282, H2134-H2140 (2002).
- Dall’Armellina, E., et al. Improved method for quantification of regional cardiac function in mice using phase-contrast MRI. Magn Reson Med. 67, 541-551 (2012).
- Shapiro, E. P. Evaluation of left ventricular hypertrophy by magnetic resonance imaging. Am J Card Imaging. 8, 310-315 (1994).
- Michael, L. H., et al. Myocardial infarction and remodeling in mice: effect of reperfusion. Am J Physiol. 277, 660-668 (1999).
- Salto-Tellez, M., et al. Myocardial infarction in the C57BL/6J mouse: a quantifiable and highly reproducible experimental model. Cardiovasc Pathol. 13, 91-97 (2004).
- van Deel, E. D., et al. Extracellular superoxide dismutase protects the heart against oxidative stress and hypertrophy after myocardial infarction. Free Radic Biol Med. 44, 1305-1313 (2008).
- Forouzanfar, M. H., et al. Assessing the global burden of ischemic heart disease, part 2: analytic methods and estimates of the global epidemiology of ischemic heart disease in 2010. Glob Heart. 7, 331-342 (2012).
- Rose, A. The sensitivity performance of the human eye on an absolute scale. J Opt Soc Am. 38, 196-208 (1948).
- Befera, N. T., Badea, C. T., Johnson, G. A. Comparison of 4D-microSPECT and microCT for murine cardiac function. Mol Imaging Biol. 16, 235-245 (2014).
