Un nuevo uso de la ecografía tridimensional de alta frecuencia para la caracterización de embarazo temprano en el ratón
Summary
Ratones son ampliamente utilizados para estudiar biología gestacional. Sin embargo, interrupción del embarazo se requiere para este tipo de estudios que impide investigaciones longitudinales y hace necesario el uso de grandes cantidades de animales. Por lo tanto, describimos una técnica no invasiva de la ecografía de alta frecuencia para la detección precoz y seguimiento de eventos tras la implantación en el ratón embarazado.
Abstract
Sonografía de alta frecuencia (HFUS) es un método no invasor, controlar el desarrollo en tiempo real del feto humano en el útero. El ratón se utiliza rutinariamente como un modelo en vivo para el estudio de la implantación del embrión y la progresión del embarazo. Desafortunadamente, estos estudios murinos requieren interrupción del embarazo para permitir el seguimiento análisis fenotípico. Para solucionar este problema, se utilizó la reconstrucción tridimensional (3D) de HFUS imagen de datos para la detección temprana y la caracterización de sitios de implantación de embriones murinos y su progresión en el desarrollo individual en el útero. Combinación de modelado y proyección de imagen de HFUS con reconstrucción 3-d, pudimos con precisión cuantificar número de sitio de implantación de embriones, así como monitorear la progresión del desarrollo en embarazadas ratones C57BL6J/129S de 5,5 días post coito (d.p.c.) a través de d.p.c. 9.5 con el uso de un transductor. Mediciones incluidas: número, ubicación y volumen de sitios de implantación así como espaciamiento entre implantación; se evaluó la viabilidad del embrión mediante el control de la actividad cardiaca. En el período tras el implante inmediato (5.5 a 8.5 d.p.c.), reconstrucción 3D del útero grávido en malla y recubrimiento sólido formato permitió a representación visual de los embarazos en vías de desarrollo dentro de cada cuerno uterino. Como ratones transgénicos se siguen usando para caracterizar fenotipos reproductivos femenino derivados de disfunción uterina, este método ofrece un nuevo enfoque para detectar, cuantificar y caracterizar principios implantación eventos en vivo. Este nuevo uso de la proyección de imagen de 3-d HFUS demuestra la capacidad de detectar, visualizar y caracterizar sitios de implantación del embrión durante el embarazo temprano murino de manera no invasiva con éxito. La tecnología ofrece una mejora significativa sobre los métodos actuales, que se basan en la interrupción de embarazos para tejidos brutos y Caracterización histopatológica. Aquí utilizamos un formato de vídeo y texto para describir cómo realizar con éxito los ultrasonidos del embarazo temprano murino para generar datos fiables y reproducibles con la reconstrucción de la forma uterina en malla y sólidos 3D imágenes.
Introduction
Pérdida recurrente de embarazo temprano es una de las complicaciones más frecuentes después de la concepción y afecta aproximadamente al 1% de las parejas que intentan concebir1,2. Los mecanismos subyacentes de la pérdida temprana del embarazo son muy variados: desde intrínsecas anormalidades embrionarias y comorbilidades maternas a los defectos en la receptividad endometrial1,3,4. Debido a su maleabilidad genética, modelos de ratón han sido ampliamente utilizados para las investigaciones de temprana implantación del embrión y el embarazo. Además, el poco tiempo de gestación del ratón y la capacidad para realizar estudios de gran escala han asegurado la creciente utilidad del ratón para hacer frente a preguntas claves clínicas en medicina reproductiva humana5. Dicho esto, la gran mayoría de los diseños experimentales murinos aún requiere numerosas presas para ser sacrificados en los días gestacionales secuenciales para cuantificar y analizar la ubicación del sitio de implantación, número, tamaño y patrones de separación durante el embarazo6, 7,8, lo que impide estudios longitudinales sobre el mismo animal.
En la clínica, el ultrasonido es una herramienta confiable y valiosa para monitorear la viabilidad fetal humano y desarrollo en una manera no invasiva9,10,11. Más recientemente, el ultrasonido de alta frecuencia (HFUS) ha comenzado a encontrar aplicaciones limitadas en el ratón como un método de control de viabilidad fetal y crecimiento durante el embarazo12,13,14. Los recientes avances tecnológicos en proyección de imagen de ultrasonido han permitido la aplicación de datos tridimensionales (3D) para la reconstrucción visual de los órganos animales y posterior seguimiento de patologías15,16, 17. Uso de esta avanzada tecnología de imagen ha mejorado notablemente el poder de detectar fluctuaciones de volumen más pequeño, para reducir la variabilidad entre animales y para monitorizar la progresión de una patología o la eficacia de una intervención terapéutica17. Mientras que la principal utilidad de esta tecnología ha sido monitorear la progresión de la neoplasia en el oncorratón modelos15,16, 3-d imágenes HFUS sólo recientemente se ha utilizado para cuantificar y monitorear el crecimiento activo de la implantación del embrión y desarrollo del feto en el útero de ratón18.
Aquí, demostramos cómo realizar HFUS para producir datos 2-D y 3-d la proyección de imagen para generar reconstrucciones del útero de ratón embarazadas temprano. Demostramos la utilidad de este novedoso método para detectar estos eventos tempranos de la implantación embrionaria sin necesidad de interrupción del embarazo, permitiendo a los investigadores recolectar datos de manera no invasiva.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este nuevo uso de la proyección de imagen de 3-d HFUS demuestra la capacidad de detectar, visualizar y caracterizar sitios de implantación del embrión durante el embarazo temprano murino de manera no invasiva con éxito. La tecnología ofrece una mejora significativa sobre los métodos actuales, que se basan en la interrupción de embarazos para tejidos brutos y Caracterización histopatológica. Sin embargo cabe señalar que los métodos histológicos aún se consideraría más óptima cuando se desee caracterizació…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Apreciamos mucho la asistencia de Rong Zhao, Li Jie y 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).
