Een pijplijn om structurele hartafwijkingen in de foetale muis te karakteriseren

Aangeboren hartziekten (CHD’s) zijn de meest voorkomende neonatale geboorteafwijking ^1,2, die ongeveer 0,8% -1,7% van de pasgeborenen treft en resulteert in significante neonatale mortaliteit en morbiditeit³. Een genetische etiologie is sterk geïndiceerd met CHD’s ^4,5. Genetisch gemodificeerde muismodellen zijn op grote schaal gebruikt om de complexiteit van CHD’s en de mechanismen die ze veroorzaken te begrijpen als gevolg van het feit dat de muizen harten met vier kamers en vergelijkbare cardiale ontwikkelings-DNA-sequenties hebben bij muizen en menselijke foetussen⁶. Het identificeren van het fenotype van de muismutanten is de fundamentele eerste stap in het karakteriseren van de functie van het beoogde gen. Muismodellen die gendoseringseffecten tot expressie brengen, waarbij een enkele genetische mutatie kan resulteren in een spectrum van hartafwijkingen die menselijke CHD’s nabootsen, zijn belangrijk voor het begrijpen van de complexiteit van CHD’s en de mechanismen die ze veroorzaken.

Dit artikel schetst een pijplijn om cardiale fenotypen in muismodellen te karakteriseren. De toegepaste methoden maken gebruik van foetaal echocardiogram⁷, gevolgd door obductie en ECM-histopathologie ^7,8, die de gedetailleerde anatomie van het ontwikkelen van muizenhartfenotypen kan weergeven. Een foetaal echocardiogram is een niet-invasieve modaliteit die directe visualisatie van meerdere embryo’s met een redelijke beeldresolutie mogelijk maakt. Bovendien biedt een foetaal echocardiogram een snelle bepaling van het totale aantal embryo’s in een nest, hun ontwikkelingsstadia en de relatieve oriëntatie en locatie in de baarmoederhoorn. Met behulp van een spectrale Doppler/kleurstroom kunnen abnormale embryo’s worden geïdentificeerd op basis van de structuur, de hemodynamische verstoring, de groeibeperking of de ontwikkeling van hydrops. Aangezien een foetaal echocardiogramonderzoek een niet-invasieve techniek is, kan het worden gebruikt om op meerdere dagen te scannen en om de veranderingen in hemodynamiek of cardiale morfologie te observeren. Het verkrijgen van hoogwaardige beeldvorming van foetale echocardiogrammen vereist oefening en vaardigheid, omdat specifieke hartafwijkingen kunnen worden gemist vanwege een gebrek aan ervaring en kennis. Hierdoor kan een meer definitieve analyse van cardiale morfologie worden verkregen door een combinatie van obductie en ECM-histopathologie. Obductie biedt directe visualisatie van de boogstructuur, de relatieve relaties van de aorta en longslagader, de grootte van de ventrikels en boezems, de positie van het hart ten opzichte van de borst en de bronchopulmonale structuren. Interieurkenmerken zoals de hartkleppen en wanddikte kunnen echter moeilijk te beoordelen zijn door obductie alleen. Ecm-histopathologie wordt dus aanbevolen voor een sluitende diagnose. ECM-histopathologie is een visualisatietechniek met hoge resolutie die zowel 2D- als 3D-reconstructie van de beeldstapel⁹ mogelijk maakt. Deze beelden worden verkregen door middel van seriële episcopische fluorescerende beeldvorming van een paraffine-ingebed monster, omdat het met een consistent interval dun wordt doorsneden door een automatische microtoom. In tegenstelling tot de klassieke histologie worden afbeeldingen vastgelegd als een sectie voordat deze uit het blok wordt gesneden, zodat alle afbeeldingen binnen hetzelfde referentiekader worden vastgelegd. Hierdoor kan de 2D-beeldstapel geproduceerd door ECM histopathologie eenvoudig en betrouwbaar worden gereconstrueerd in drie dimensies. Dit wordt gedaan met behulp van een DICOM-viewer, die 3D-visualisatie van de beelden in de drie anatomische vlakken mogelijk maakt: coronaal, sagittale en transversale. Uit deze hoge resolutie 3D reconstructies kan een definitieve hartdiagnose worden gesteld. De toepassing van deze drie verschillende visualisatiemodaliteiten, individueel of in combinatie, kan nauwkeurige karakteriseringen van structurele hartafwijkingen in muizenembryo’s opleveren.