Summary

Imagerie de contraste dans les embryons de souris utilisant à haute fréquence à ultrasons

Published: March 04, 2015
doi:

Summary

Ici, nous présentons un protocole d'injecter des agents de contraste ultrasonores de microbulles dans la vie, isolés en fin de gestation embryons murins de la scène. Cette méthode permet l'étude des paramètres de perfusion et de marqueurs moléculaires vasculaires au sein de l'embryon en utilisant à haute fréquence échographie de contraste amélioré.

Abstract

Ultrasound contrast-enhanced imaging can convey essential quantitative information regarding tissue vascularity and perfusion and, in targeted applications, facilitate the detection and measure of vascular biomarkers at the molecular level. Within the mouse embryo, this noninvasive technique may be used to uncover basic mechanisms underlying vascular development in the early mouse circulatory system and in genetic models of cardiovascular disease. The mouse embryo also presents as an excellent model for studying the adhesion of microbubbles to angiogenic targets (including vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2) or αvβ3) and for assessing the quantitative nature of molecular ultrasound. We therefore developed a method to introduce ultrasound contrast agents into the vasculature of living, isolated embryos. This allows freedom in terms of injection control and positioning, reproducibility of the imaging plane without obstruction and motion, and simplified image analysis and quantification. Late gestational stage (embryonic day (E)16.6 and E17.5) murine embryos were isolated from the uterus, gently exteriorized from the yolk sac and microbubble contrast agents were injected into veins accessible on the chorionic surface of the placental disc. Nonlinear contrast ultrasound imaging was then employed to collect a number of basic perfusion parameters (peak enhancement, wash-in rate and time to peak) and quantify targeted microbubble binding in an endoglin mouse model. We show the successful circulation of microbubbles within living embryos and the utility of this approach in characterizing embryonic vasculature and microbubble behavior.

Introduction

échographie de rehaussement du contraste permet l'utilisation d'agents de contraste à microbulles de visualiser et caractériser l'environnement vasculaire. Ces agents permettent l'évaluation non invasive de la microcirculation, la vascularisation et la fonction cardiovasculaire. En outre, la modification de la surface de la bulle peut conduire à la liaison à microbulles ciblée biomarqueurs endotheliales, comme démontré dans des applications précliniques de l'angiogenèse, l'athérosclérose et l'inflammation faisant 1,2 imagerie par ultrasons moléculaire des événements vasculaires possibles. Échographie de contraste amélioré peut donc être utilisée pour identifier les environnements complexes et variés qui influencent états vasculaires sains et malades 3-5.

Dans le cours des dernières années, l'intérêt pour l'utilité de l'imagerie de microbulles a étendu au modèle polyvalent d'embryon de souris. Comme un modèle de développement des mammifères, l'introduction de microbulles dans le système vasculaire embryonnaire améliore physiologiqueétude du système circulatoire en développement (par exemple, le flux sanguin, le débit cardiaque) et en cas de transgéniques et des modèles de souris mutantes ciblés de la maladie cardiaque 6,7, peut fournir des indications sur la façon dont les facteurs génétiques de modifier la fonction cardiovasculaire. En fait, 2D analyse quantitative et qualitative du cerveau embryonnaire vasculaire ont déjà été atteints 8. En outre, l'embryon de souris présente comme un excellent modèle pour l'examen de la liaison de microbulles ciblées à des marqueurs vasculaires in vivo. Bartelle et al. 9, par exemple, ont mis en place des microbulles avidine en embryon ventricules cardiaque pour évaluer la liaison ciblées dans BIO TAG-Bira embryons transgéniques et d'examiner l'anatomie vasculaire. La génération de modèles hétérozygotes et homozygotes souris peut également être utilisé comme un substitut pour des études de modèle de tumeur visant à définir la nature quantitative de l'échographie moléculaire – une étape importante dans la traduction de cette technique à la clinique.

<p class = "jove_content"> microbulles sont le plus souvent introduit à la circulation embryonnaire par injections intra-cardiaque dans des embryons simples exposés à travers une laparotomie 8-10. Dans injections in utero, cependant, faire face à un certain nombre de défis. Il se agit notamment des conseils d'injection, la nécessité de contrer le mouvement dans la mère et l'embryon extériorisé, le maintien de la viabilité hémodynamique chez la mère et embryons extériorisés, portant sur ​​les effets à long terme de l'anesthésie et de complications dues à un saignement 11. Par conséquent, l'objectif de l'enquête était de développer une technique pour injecter microbulles en vie isolé des embryons à un stade avancé 12. Cette option offre plus de liberté en matière de contrôle d'injection et le positionnement, la reproductibilité du plan d'imagerie sans entrave, et l'analyse d'image simplifiée et la quantification.

Dans la présente étude, nous présentons une nouvelle procédure pour l'injection de microbulles en vivant embryons murins for les fins de l'étude du comportement cinétique microbulles et d'étudier la liaison à des marqueurs de surface endothéliales endogènes microbulles ciblées. Non linéaire échographie de contraste spécifique est utilisé pour mesurer un certain nombre de paramètres de perfusion de base, y compris la mise en valeur de crête (PE), lavez-la fréquence et de temps pour culminer (TTP) dans isolées embryons E17.5. Nous démontrons également la validité du modèle d'embryons pour évaluer la nature quantitative de l'échographie moléculaire dans une perte de endogline embryonnaire de modèle de souris fonction transgénique, où endogline est une cible cliniquement pertinente en raison de sa forte expression dans les cellules endothéliales vasculaires dans les sites de l'angiogenèse active 13 . L'adhésion de l'endogline ciblée (MB E), isotype de rat IgG 2 commande (MB C) et non ciblées (MB U) microbulles est évaluée dans endogline hétérozygote (+/- Eng) et homozygote endogline (ENG + / +) exprimant des embryons. Analyse du bindi cibléeng révèle que l'échographie moléculaire est capable de différencier entre les génotypes de endogline et concernant les densités de récepteurs à des niveaux moléculaires quantifiables à ultrasons.

Protocol

REMARQUE: Les procédures expérimentales effectuées dans cette étude ont été approuvées par le Comité de soins des animaux au Sunnybrook Research Institute (Toronto, Ontario, Canada). Procédures pour le traitement sans cruauté des animaux doivent être respectées en tout temps. Il est supposé que l'enquêteur est formé dans le fonctionnement de base d'un système d'imagerie par ultrasons. Ce protocole fonctionne mieux avec deux personnes. 1. Modèles animaux <li…

Representative Results

L'injection d'agents de contraste ultrasonore dans ex utero des embryons de souris dépend de l'isolement réussi de vie, les embryons au stade gestationnel tardif de l'utérus et le maintien de la viabilité au cours de l'injection et l'imagerie par ultrasons associée. Une fois que l'embryon a été extériorisé et positionné, comme le montre la figure 1, l'injection soigneuse de l'agent de contraste dans le système vasculaire embryonnaire est possible. …

Discussion

Ultrasons agents de contraste ont été injectés dans des embryons de souris gestation stade avancé et des images de contraste non linéaires ont été acquis pour mesurer les paramètres de perfusion et de microbulles ciblées contraignant. Imagerie réussie des microbulles à l'intérieur du système vasculaire embryonnaire était dépendant d'un certain nombre de facteurs, le premier étant embryon viabilité. Tous les équipements et appareils ont été préparées à l'avance afin de minimiser le temp…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by the Terry Fox Program of the National Cancer Institute of Canada.

Materials

Reagents Company Catalog Number Comments/Description
Antibodies (biotinylated, eBioscience) Antibody choice depends on the experiment
      rat isotype IgG2 control eBioscience 13-4321-85 This antibody/microbubble combination is often required as experimental control 
      biotin anti-mouse CD309 eBioscience 13-5821-85
Biotinylated rat MJ 7/18 antibody to mouse endoglin In house hybridoma Outside antibodies may also be appropriate: we  have used eBioscience (13-1051-85 ) in the past
Distilled water
Embryo media
     500 mL Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium with high glucose Sigma D5796
     50 mL Fetal Bovine Serum ATCC 30-2020 lot # 7592456
     Hepes  Gibco 15630 5mL, 1M
     Penicillin-Streptomycin  Gibco 15140-122 5 mL, 10,000 units Pen., 10,000 ug Strep
Ethanol, 70%
Ice
Paraformaldehyde Sigma 76240 4%
Phosphate Buffered Saline [1x]  Sigma D8537 1x, w/o calcium chloride & magnesium chloride
Pregnant mouse, CD-1 Charles River Laboratories Inc. 
0.9% sodium chloride (saline) Hospira 0409-7984-11
Ultrasound contrast agent, target ready and untargeted MicroMarker; VisualSonics Inc.
Ultrasound gel (Aquasonic 100, colourless) CSP Medical 133-1009
Equipment
Cell culture plates (4) :  100×20 mm Fisher Scientific 08-772-22
Cell culture plates (12) : 60×15 mm Sigma D8054
Centrifuge Sorvall Legend RT centrifuge 
Conical tubes, 50 mL BD Falcon VWR 21008-938
Diluent Beckman Coulter Isoton II Diluent, 8448011
Dissection scissors (Wagner) Fine Science Tools Wagner 14068-12
Forceps (2), Dumont SS (0.10×0.06 mm) Fine Science Tools 11200-33
Forceps, splinter VWR 25601-134
Glass beaker, 2 L (Griffin Beaker) VWR 89000-216
Glass capillaries, 1×90 mm GD-1 with filament Narishige GD-1
Glass needle puller Narishige PN-30
Gloves Ansell 4002
Gross anatomy probe Fine Science Tools 10088-15
Hot plate VWR 89090-994
Ice bucket Cole Parmer RK 06274-01
Imaging Platform VisualSonics Inc. Integrated Rail System
Light source, fiber-optic Fisher Scientific 12-562-36 Ideally has adjustable arms
Luers (12), polypropylene barbed female ¼-28 UNF thread Cole Parmer 45500-30
Micro-ultrasound system, high-frequency VisualSonics Inc. Vevo2100
Needles, 21 gauge  (1”) VWR 305165
Particle size analyzer Beckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counter
Perforated spoon (Moria) Fine Science Tools MC 17 10373-17
Pins (6), black anodized minutien 0.15 mm Fine Science Tools 26002-15
Pipettors [2-20 uL, 20-200uL, 100-1000uL] Eppendorf Research Plus  adjustable 3120000038;       3120000054;       3120000062
Pipettor tips [2-200uL, 50-1000uL] Eppendorf epT.I.P.S.                   22491334;             022491351
Scissors
Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit Dow Corning
Tubing, Tygon laboratory 1/32×3/32” VWR 63010-007
Wooden applicator stick (swab, cotton head) VWR CA89031-270
Surgical microscope 5-8x magnification Fisher Scientific Steromaster
Syringes, 1 mL Normject Fisher 14-817-25
Syringes (10), 30 mL VWR CA64000-041
Syringe infusion pump  Bio-lynx  NE-1000
Thermometer, -20-110oC VWR 89095-598
Timer VWR 33501-418
Tubes, Eppendorf VWR 20170-577
Tube racks (3) VWR 82024-462
Ultrasound transducer, 20 MHz VisualSonics Inc. MS250
Vannas-Tubingen, angled up Fine Science Tools 15005-08

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Denbeigh, J. M., Nixon, B. A., Puri, M. C., Foster, F. S. Contrast Imaging in Mouse Embryos Using High-frequency Ultrasound. J. Vis. Exp. (97), e52520, doi:10.3791/52520 (2015).

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