Summary

تحليل عيوب القلب الخلقية في أجنة الفئران باستخدام أساليب النسيج النوعي والكمي

Published: March 10, 2020
doi:

Summary

في هذا البروتوكول، نصف إجراءات التحليل النوعي والكمي للأنماط الظاهرية التنموية لدى الفئران المرتبطة بعيوب القلب الخلقية.

Abstract

عيوب القلب الخلقية (CHD) هي النوع الأكثر شيوعًا من العيوب الخلقية في البشر ، مما يؤثر على ما يصل إلى 1٪ من جميع المواليد الأحياء. ومع ذلك، لا تزال الأسباب الكامنة وراء CHD غير مفهومة بشكل جيد. الفأر النامية يشكل نموذجا قيما لدراسة CHD، وذلك لأن برامج النمو القلبي بين الفئران والبشر يتم الحفاظ عليها بدرجة عالية. يصف البروتوكول بالتفصيل كيفية إنتاج أجنة الفئران من مرحلة الحمل المطلوبة ، وأساليب لعزل والحفاظ على القلب للمعالجة النهائية ، والأساليب الكمية لتحديد الأنواع الشائعة من CHD حسب الأنسجة (على سبيل المثال ، الحاجز البطيني العيوب، وعيوب الحاجز الأذيني، وبراءة اختراع القناة الشريانية)، وطرق قياس الهيمتولوجيا الكمية لقياس الأنماط الظاهرية الشائعة للضغط العضلي. توضح هذه الأساليب جميع الخطوات التي ينطوي عليها إعداد العينات وجمعها وتحليلها ، مما يسمح للعلماء بقياس CHD بشكل صحيح ومستنسخ.

Introduction

CHDs هي النوع الأكثر شيوعا من العيوب الخلقية في البشر وهي السبب الرئيسي للوفيات المرتبطة بالعيوب الخلقية1،2،3،4، 5،6. على الرغم من أن حوالي 90٪ من الأطفال حديثي الولادة البقاء على قيد الحياة CHD، فإنه يرتبط في كثير من الأحيان مع المراضة كبيرة والتدخلات الطبية على مر السنين، وفرض عبء ثقيل على حياة المرضى ونظام الرعاية الصحية10. خارج العوامل الوراثية البحتة ، وأسباب CHD غير مفهومة بشكل جيد4. أسباب مجهولة تمثل ~ 56-66٪ من جميع الحالات CHD وفقا لجمعية القلب الأمريكية وغيرها من المصادر11. وتشمل العوامل المعروفة الطفرات الوراثية، CNVs، دي نوفو المتغيرات النيوكليوتيدات واحد، وaneuploidy. ويشتبه في أن العوامل البيئية والغذائية هي أيضا مصادر هامة تساهم في CHD، كما اقترحت الدراسات الوبائية التي تربط بين نمط الحياةالأمومي2،12،الحرمان الاقتصادي، والعرق13،وعن طريق البحث في العوامل الغذائية مثل حمض الفوليك11،14 وحمض الريتينويك الدهون النشطة بيولوجيا15،16. التحقيق في آليات وأسباب CHD وغيرها من عيوب القلب والأوعية الدموية من المهم وضع استراتيجيات وقائية وخيارات علاجية جديدة1،4،17،18،19.

الفأر النامية هو نموذج حجر الزاوية لدراسة CHD في الثدييات. ومع ذلك، فإن بعض الأساليب والتحليلات المستخدمة، مثل تشريح الحفاظ على مورفولوجيا القلب، وتحليل مراحل النمو، وتحديد العيوب المرتبطة بـ CHD، يمكن أن تكون شاقة للعلماء الجدد في تحليل قلوب المورين. والهدف من الأساليب الموصوفة في هذا البروتوكول هو تقديم مبادئ توجيهية نوعية وكمية لهذه العمليات. وهكذا ، في هذا البروتوكول نشرح كيفية إجراء التزاوج في الوقت المناسب لإنتاج أجنة من مرحلة الحمل المطلوبة ، وتشريح الإناث الحوامل لاستعادة القلب سليمة (بما في ذلك الأنسجة المرتبطة بها مثل القناة الخارج) ، وتثبيت القلب والاستعداد ل أقسام ة الكبوتورستات، وطرق الأنسجة الأساسية، والتحليلات الكمية لعيوب القلب الشائعة، والتحليل النوعي لضغط عضلة القلب، وهو النمط الظاهري السلائف الشائعة لبعض أنواع CHD.

Protocol

تم علاج جميع الحيوانات المستخدمة في التجارب المشار إليها في هذه الورقة باستخدام المبادئ التوجيهية لرعاية الحيوانات من جامعة ولاية ميشيغان لجنة الرعاية الحيوانية المؤسسية (IACUC). 1. التزاوج في الوقت المناسب من الفئران C57BL6/J لإنتاج الأجنة بمجرد أن تصل الفئران إلى سن التكا…

Representative Results

تمت مقارنة مؤشر ضغط العضلات بين القلوب النامية تحت اثنين من بيئات مختلفة، والسيطرة ومجموعة تجريبية. وقد استخدمت هذه البروتوكولات لتحليل الضغط من الأنسجة العضلية كميا، مما سمح التحليل الإحصائي. وقد تبين أن ضغط العضلات قد انخفض بشكل كبير في القلوب التجريبية نسبة إلى الأج?…

Discussion

يستكشف هذا البروتوكول التقنيات التي ينطوي عليها تحليل تطور القلب في القلوب الجنينية. بعض القيود المفروضة على هذه الطريقة هي البراعة البدنية المطلوبة للتقنيات التحضيرية ، والتي قد تتطلب الممارسة ، والمهارة مع التصوير المجهر. إذا كانت الشرائح التي تم الحصول عليها في cryostat فوضوية ، فإن تلطي?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

يتم دعم مختبر أغيري من قبل المعهد الوطني للقلب والرئة والدم في المعاهد الوطنية للصحة تحت رقم الجائزة K01HL135464 وجمعية القلب الأمريكية تحت رقم الجائزة 19IPLOI34660342.

Materials

15 mL Conical Tube(s) Fisher Scientific # 1495970C
C57BL/6J Mice Jackson Labs C57BL/6J – stock 000664
Coplin Staining Jars (x6) VWR Scientific # 25457-006
Coverslips 24X50MM #1.5 VWR Scientific # 48393-241
Cryostat – Leica CM3050S Leica N/A
Dissecting Dish(s) Fisher Scientific # 50930381
Dumont #5 – Fine Forceps (x2) Fine Science Tools # 11254-20
Eosin Y Solution Millipore Sigma # HT110116-500ML
Ethyl Alcohol (Pure, 200 proof) Fisher Scientific # BP2818-500
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) Millipore Sigma # E9884-100G
Eukitt Millipore Sigma # 03989-100ML
Fine Scissors Fine Science Tools # 14060-10
Fluorescent Stereo Microscope Leica M165 FC Leica N/A
Glycine Millipore Sigma # 410225-250G
Graefe Forceps Fine Science Tools # 11052-10
Graphpad Prism 8 Software Graphpad
ImageJ Software ImageJ
Kimwipes Fisher Scientific # 06666A
Mayer's hematoxylin solution Millipore Sigma # MHS16-500ML
Micropipette tip(s) – p200 Fisher Scientific # 02707448
Microsoft Excel Software Microsoft
OCT Compound VWR Scientific # 102094-106
Olympus CkX53 Microscope Olympus
Paint Brushes (at least 2)
Paraformaldehyde VWR Scientific # 0215014601 Make into 4% solution (dissolved in PBS)
Pasteur pipette(s) Fisher Scientific # 13-711-7M
Penicillin-Streptomycin ThermoFisher Scientific # 15140122
Phosphate Buffered Saline (PBS) ThermoFisher Scientific # 70011044 Dilute from 10x to 1x before using
Scale Mettler Toledo # MS1602TS
Scale Mettler Toledo # MS105
Scalpel Handle #3 VWR Scientific # 10161-918
Scalpel Blades VWR Scientific # 21909-612
Square Mold VWR Scientific # 100500-224 For OCT molds
Sucrose Millipore Sigma # S9378-500G
Superfrost Plus Slides Fisher Scientific # 1255015
Surgical Scissors Fine Science Tools # 14002-14
Tissue-Tek Accu-Edge Disposable Microtome Blades VWR Scientific # 25608-964
Travel Scale Acculab VIC 5101
Xylene Millipore Sigma 214736-1L

References

  1. Kathiresan, S., Srivastava, D. Genetics of human cardiovascular disease. Cell. 148 (6), 1242-1257 (2012).
  2. Sun, R., Liu, M., Lu, L., Zheng, Y., Zhang, P. Congenital Heart Disease: Causes, Diagnosis, Symptoms, and Treatments. Cell Biochemistry and Biophysics. 72 (3), 857-860 (2015).
  3. Hoffman, J. I. E., Kaplan, S. The incidence of congenital heart disease. Journal of the American College of Cardiology. 39 (12), 1890-1900 (2002).
  4. Fahed, A. C., Gelb, B. D., Seidman, J. G., Seidman, C. E. Genetics of congenital heart disease: The glass half empty. Circulation Research. 112 (4), 707-720 (2013).
  5. Pelech, A. N., Broeckel, U. Toward the etiologies of congenital heart diseases. Clinics in Perinatology. 32 (4), 825-844 (2005).
  6. Zaidi, S., Brueckner, M. Genetics and Genomics of Congenital Heart Disease. Circulation Research. 120 (6), 923-940 (2017).
  7. Kenny, L. A., et al. Transplantation in the single ventricle population. Annals of Cardiothoracic Surgery. 7 (1), 152-159 (2018).
  8. Navaratnam, D., et al. Exercise-Induced Systemic Venous Hypertension in the Fontan Circulation. The American Journal of Cardiology. 117 (10), 1667-1671 (2016).
  9. De Leval, M. R., Deanfield, J. E. Four decades of Fontan palliation. Nature Reviews Cardiology. 7 (9), 520-527 (2010).
  10. Buckberg, G. D., Hoffman, J. I. E., Coghlan, H. C., Nanda, N. C. Ventricular structure-function relations in health and disease: part II. Clinical considerations. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery : Official Journal of the European Association for Cardio-thoracic Surgery. 47 (5), 778-787 (2015).
  11. Jenkins, K. J., et al. Noninherited risk factors and congenital cardiovascular defects: Current knowledge – A scientific statement from the American Heart Association Council on Cardiovascular Disease in the Young. Circulation. 115 (23), 2995-3014 (2007).
  12. Botto, L. D., et al. Lower rate of selected congenital heart defects with better maternal diet quality : a population-based study. Archives of Disease in Childhood – Fetal and Neonatal Edition. 101 (1), F43-F49 (2016).
  13. Knowles, R. L., et al. Ethnic and socioeconomic variation in incidence of congenital heart defects. Archives of Disease in Childhood. 102 (6), 496-502 (2017).
  14. Feng, Y., et al. Maternal Folic Acid Supplementation and the Risk of Congenital Heart Defects in Offspring : A Meta-Analysis of Epidemiological Observational Studies. Scientific Reports. 17 (5), 8506 (2015).
  15. Rhinn, M., Dolle, P. Retinoic acid signalling during development. Development. 139 (5), 843-858 (2012).
  16. Liu, Y., et al. Circulating retinoic acid levels and the development of metabolic syndrome. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 101 (February), 2015 (2016).
  17. Kurian, L., et al. Identification of novel long noncoding RNAs underlying vertebrate cardiovascular development. Circulation. 131 (14), 1278-1290 (2015).
  18. Aguirre, A., Sancho-Martinez, I., Izpisua Belmonte, J. C. Reprogramming toward heart regeneration: Stem cells and beyond. Cell Stem Cell. 12 (3), 275-284 (2013).
  19. Srivastava, D. Making or breaking the heart: from lineage determination to morphogenesis. Cell. 126 (6), 1037-1048 (2006).
  20. Heyne, G. W., et al. A simple and reliable method for early pregnancy detection in inbred mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (4), 368-371 (2015).
  21. . Stage Definition Available from: https://www.emouseatlas.org/emap/ema/theiler_stages/StageDefinition/stagedefinition.html (1998)
  22. Part 4-Measure Areas using Thresholding. Science Education Resource Center Available from: https://serc.carleton.edu/eet/measure_sat2/part_4.html (2017)
  23. . Examples of Image Analysis Using ImageJ Available from: https://imagej.nih.gov/ij/docs/pdfs/examples.pdf (2007)
  24. MacIver, D. H., Adeniran, I., Zhang, H. Left ventricular ejection fraction is determined by both global myocardial strain and wall thickness. IJC Heart and Vasculature. 1 (7), 113-118 (2015).
  25. Towbin, J. A., Ballweg, J., Johnson, J. Left Ventricular Noncompaction Cardiomyopathy. Heart Failure in the Child and Young Adult: From Bench to Bedside. , 269-290 (2018).
  26. Choi, Y., Kim, S. M., Lee, S. C., Chang, S. A., Jang, S. Y., Choe, Y. H. Quantification of left ventricular trabeculae using cardiovascular magnetic resonance for the diagnosis of left ventricular non-compaction: evaluation of trabecular volume and refined semi-quantitative criteria. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 18 (1), 24 (2016).

Play Video

Cite This Article
Ball, K., Kinne, R., Aguirre, A. Analysis of Congenital Heart Defects in Mouse Embryos Using Qualitative and Quantitative Histological Methods. J. Vis. Exp. (157), e60926, doi:10.3791/60926 (2020).

View Video