In vivo כמותי הערכת מבנה שריר הלב, תפקוד, זלוף ואת הכדאיות שימוש טומוגרפיה לב מיקרו שחושב
Özet
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
מחלת לב איסכמית (IHD) ממשיכה להיות הגורם הגדול ביותר של תחלואה ותמותה לגברים ונשים ברחבי העולם 1. בגלל המורכבות ויחסי הגומלין הקיימים בין איברים ומערכות ברמת האורגניזם, השימוש של החיה כולו כמודל של IHD נשאר רלוונטי לא רק עבור הבנה טובה יותר שלנו של פתופיזיולוגיה המחלה, אלא גם המתיר הערכת אסטרטגיות הרומן למנוע ולרפא אותן . מודלים עכבר, בפרט, תרמו את הידע שלנו על פיתוח הלב, בפתוגנזה של אוטם שריר הלב, היפרטרופיה שריר הלב, דלקת שריר הלב, ונגעים aneurysmal 2-7. הפרמטרים הקובעים ביצועי הלב והם שימושיים מבחינת הפרוגנוזה ובחירה של התערבות טיפולית הם בעלי מסה הלב וגיאומטריה, פונקציה גלובלית ואזורית, הפריסה המרחבית של זרימת דם בשריר הלב ואת הכדאיות שריר הלב.
עם זאת, רוב traditional שיטות מחקר השתמשו במודלים של עכברים של מחלת לב כרוכה מדידות פולשנית הדורשים שעות להשלמה, ובכך החיה לא יכולה לשמש מדידות חוזרות, או השיטה תדרוש חיה להקריב 8-12. לדוגמה, כדי למדוד זלוף אזורי שריר הלב, רדיואקטיבית או fluorescently microspheres שכותרתו משמשים בו ספירת רדיואקטיבי או אותות ניאון מזוהים על לב גזור פיזית או באתרו 13,14.
בדומה לכך, הערכת גודל האוטם במודלים של בעלי חיים של אוטם שריר הלב מבוצע לרוב על ידי כלוריד triphenyltetrazolium (TTC) מכתים, ועל מנת לקבוע את מהלך הזמן של התפתחות האוטם וההשפעה של התערבויות טיפוליות, טכניקה זו דורשת כי בעלי החיים צריכים להקריבו לבדיקת histopathological לב בנקודות הזמן שונה 15. כמו טכניקות כאלה, שאינם הרסניים ואנושיים שייאפשרו quantitativדואר וניתוח אורך של מורפולוגיה לב, תפקוד, חילוף חומרים ואת הכדאיות הם בעלי חשיבות עליונה. בהקשר זה, הדמיה פרה-קלינית חשובה ורלוונטית במיוחד. בין שיטות הדמית תהודה מגנטית הזמינות כרגע (MRI) אקו הם הנפוצים ביותר 16,17,18.
עם זאת, ועל אף העובדה כי MRI נחשב באופנות של התייחסות גם עבודה קלינית פרה-קליניים, העלות הגבוהה לרכישת ולתחזק מערכות MRI ייעודי קטן-חיה, כמו גם את המורכבות של הטכנולוגיה הזו עבור משתמשים שאינם מתקדמים לפעול , לעשות MRI יקר מדי לשימוש שגרתי. באשר אקוקרדיוגרפיה, קיימים חסרונות מהותיים באופן שבו תפקוד הלב נמדד. הנתונים המיוצר על ידי רוב בדיקות אקו הם דו ממדים, ועל מנת להפיק כרכים, הנחות גיאומטריות צריכות להתבצע 19. בנוסף, repr תוך והבין-משקיף עניoducibility עוד מגבלה משמעותית של טכניקה זו. הדמיה רדיואיזוטופיים עם טומוגרפיה ממוחשבת פליטת פוטונים בודדת (SPECT) ו טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) משמשת בעיקר לצורך ההערכה של זלוף שריר לב וחילוף חומרי 17,20,21. עם זאת, ברזולוציה מרחבית מוגבלת של שיטות הדמיה אלה עושה הדמיה של לב בעכברים מאתגר.
מצד שני, עם הופעת טכנולוגית גלאים שטוחה, אשר מאפשרת רגישות רנטגן טובה יותר פעמי readout מהר, מצב נוכחי של האמנות מערכות microCT יכולות עכשיו לספק מגודר לב-ריאה תלת ממדי (3D) וארבעה-ממדים ( 4D) תמונות באיכות MRI כיתה. הם עלות תחזוקה כמעט בחינם וקלים לתפעול על ידי משתמשים שאינם מתקדמים. לפיכך, מכשירי microCT כזה יכול להיות מתאים גם עבור בדיקה שיגרתית של חיות קטנות כמודלים של מחלות אנושיות. והכי חשוב, עם פיתוח של חומר ניגוד עם יוד פרה-רומן, sהערכה תפקודית ומטבוליות imultaneous של לב התאפשרה 22-24.
חומר ניגוד זה מכיל ריכוז גבוה של יוד (160 מ"ג / מ"ל), בהפקת בניגוד דם-הבריכה חזקה לאחר מתן תוך ורידי שלה המאפשר in vivo הדמיה של כלי הדם ואת חדרי הלב. תוך שעה לאחר נטילתו, גידול מתמשך בניגוד שריר הלב קשורה ספיגת מטבולית שלה ניתן לצפות, ולכן אותו חומר ניגוד יכול לשמש לצורך הערכה של מהממת ואת הכדאיות שריר הלב.
מטרת הטכניקה המתוארת בכתב היד הזה היא לאפשר לחוקרים להשתמש במערכת microCT במהירות הגבוהה עם gating לב-ריאה מהותי, בשיתוף עם חומר ניגוד עם יוד דם-ברכה, לקביעת פונקציה הגלובלית ואזורי שריר לב יחד עם זלוף שריר הלב הכדאיות בעכברים בריאים במודל של עכברים איסכמיה לבבית המושרה על ידי חסימה קבועהשל הקדמי השמאלי היורד לב כלילית (LAD). באמצעות טכניקת מודל והדמית החיה הזאת, הערכה מהירה של פרמטרי הלב החשובים ביותר יכולה להתבצע שוב ושוב עם שיטת הדמיה יחידה וללא צורך בהליכים פולשניים או הצורך להקריב את החיות. הטכניקה ניתן לבצע כדי להעריך אסטרטגיות מניעה טיפוליות חדשניות.
Protocol
Representative Results
Discussion
במהלך השנים האחרונות microCT הפכה מחקרי אפנות רבים נחשבים לאפיון של מבנה לב ותפקודו בחיות קטנות 26-29,30. עם זאת, המכשור המשמש ביצירה המוקדמת או נבנה בהתאמה אישית או כבר לא זמין מסחרי. ככזה, המחקר נועד לספק פרוטוקול פשוט ומקיף עבור השימוש במערכת microCT במהירות גבוהה עם gating לב-ריאה מהותי לקבוע פונקציה הגלובלית ואזורי לב יחד עם זלוף שריר לב ואת הכדאיות בחיות קטנות כמודלים של לב אנושי מַחֲלָה.
אחת הדרישות החשובות ביותר ללימוד מבנה הלב ותפקודו היא היכולת של סורק לתת דין וחשבון על תנועות הלב פיזיולוגיים. לשם כך, א.ק.ג. מבוסס טכניקות gating פוטנציאליות רטרוספקטיבי ניתן להשתמש. עם זאת, צופה פני עתיד (שלב ו לירות) gating מסתמך על מרווח מוגדר מראש של מחזור הלב, לבחינהple במהלך דיאסטולה, כאשר תנועת הלב היא לפחות. עם גישה זו רק תמונה אחת לכל מחזור לב מתקבלת ורק בשלב אחד של מחזור לב ניתן לשחזר. ככזה, בנוסף להיות זמן רב כדי לייצר, שחזורים מגודרים באופן פרוספקטיבי לייצר מערך נתונים אחד בלבד, הוא משולל מידע פונקציונלי. gating רטרוספקטיבה, ומצד שני, מאפשר שחזור של מערכי נתונים מרובים בו כל מנה של מחזור לב, ובכך מאפשר אנליזה פונקציונלית של חדר שמאלי הגלובלית ואזורית.
העבודה הנוכחית מועסקים שחזורים קרדיו עם gating רטרוספקטיבי מהותי. Gating רטרוספקטיבי פנימי עושה שימוש בתוכנה מבוססת תמונת קניינית לשחזר סוף-דיאסטולי וסוף-סיסטולי שלבי לב ללא צורך נשימה ייעודית והתקני ניטור לב 29,31,32. הסכם מצוין של רטרוספקטיבה וחיצוני המהותי א.ק.ג. תלוי gating רטרוספקטיבי עבור studyiתפקוד הלב ng בעכברים וחולדות הודגם על ידי דינקל et al. 29. במהלך העבודה נוכחית, gating רטרוספקטיבי המהותי לא רק משמעותי למזער את הזמן הדרוש כדי להגדיר את הסריקה, אלא הוא גם מנע את תלות חומרת ניטור, כגון מוביל אק"ג חיישן פנאומטי נשימה, כמו גם מיומנויות מפעיל נוסף שצריך להגדיר אותו.
בעקבות שחזור, איכות התמונה של שני מערכי נתונים מקצה הדיאסטולי חזות הסיסטולי נמצאה משביע רצון עבור ניתוח לב. במהלך הבדיקה של התמונות, תשומת לב מיוחדת הוקדשה ממצא תנועה שעלולה להתרחש במהלך רמה מספקת של הרדמה, פסים חפצים שיכול לקרות כתוצאת תחזיות חסרות בחיות עם קצב נשימה גבוהה, חפצים נמוכים הנחתה אשר נגרמים בדרך כלל על ידי מבנים גרמיים יכול לחקות פגמים זלוף, וממצאי טבעת שיכול לנבוע כיול mis או כישלון של ele גלאי אחד או יותרמפעלים.
היכולת של microCT לייצר מידע מבני ותפקודי לב הוא גם תלויה בזמינות של חומר ניגוד תוך-המתאים. רוב כרגע זמינים מסחרי ניגודי microCT אפשר לחלק באופן כללי לתוך מקרופאג הלא מטבולית החלקיקים ספציפי polydisperse ניגודים מטבולית מבוסס יוד 23,33-36. למרות סוכני חלקיקים להציע opacification רנטגן יותר בשל המספר האטומי הגבוה שלהם (בריום, Z = 56; וזהב, Z = 79), הם לא יכולים לשמש לצורך ההערכה מטבולית. יתר על כן, סוכנים אלה נתפסים מזיקים לאורגניזם והוציאו ידי מקרופאגים הכבדים (התאים Kupffer), תאי ההדחה של מערכת reticuloendothelial (RES). בגלל האופי שלהם שאינם מטבולית, סוכנים אלה לגרום שינויים במקביל מיקרו הכבד עם נזק כבד 37.
ניגודים מטבולית מבוססי יוד, מצד שני, הם לא targeטד להסרת RES ספציפי, ולכן צריך להציע פרופיל בטיחות טוב יותר ולהימנע רעילות בכבד. בנוסף לפרופיל הבטיחות הטוב יותר שלהם, הניגודים אלה נתפסים על ידי רקמות פעילות מבחינה מטבולית, ולכן יכולים לשמש להערכה כדאית 22,23. לשם כך, חומר ניגוד עם יוד נבחרה למחקר הנוכחי. הניגוד היה מנוהל במינון של 5 או 10 μl לגרם של משקל גוף חי כמו הזרקה תוך ורידית בולוס היחיד. למרות המינונים הן הניבו תוצאות שיפור משביע רצון, עלייה תלויה-מינון שמאל-חדרית ורמות שריר לב של ניגוד נצפתה כאשר 10 μl / g של ניגוד שהוזרקו. מעניין, עם המינון גבוה יותר, משך ברכת דם היה ממושך והפסגה ספיג בניגוד שריר לב התעכבה. חיה אחת (עכבר 1) הייתה במעקב במשך 10 שבועות לאחר הניתוח ובמהלך תקופה זו הוא צלם כל שבוע שני. מניסיון, ללא תופעות לוואי הקשורות הניגוד (סה"כ 5 בjections) או קשור לחשיפה רנטגן (בסך הכל 10 סריקות microCT) נצפה העכבר הזה בתקופת הניטור. אחת מתופעות הלוואי הנפוצות ביותר שדווחו החשיפה יוד לטווח ארוך היא הפרעה בבלוטת התריס אשר לא נצפתה macroscopically על בדיקות שלאחר המוות. מנהיים et al. רמות תירוקסין למדו לאחר 3 ממשלים בניגוד רצופים לא מצאו הבדל כאשר הרמות הושוו לקבוצת ביקורת 37. עם השימוש של אותו מערכי הנתונים microCT, ללא סימני פיברוזיס ריאתי מושרה קרינה אותרו חיה הזאת (מידע לא מוצג), העומד על ביטחונם של הליך.
הערכת תפקוד לב חדרית הגלובלי והאזורי נחשבת הקובע החזק של ביצועי לב וחשוב מבחינת הפרוגנוזה והבחירה של התערבות טיפולית 38,39. המדדים הפונקציונליים שמאל העולמיים חדרית כוללים חדר שמאל נפח סוף-דיאסטולי (LVEDV), נפח סוף-סיסטולי של חדר שמאל (LVESV), נפח הפעימה של החדר השמאלי (LVSV), מקטע פליטה של חדר שמאל (LVEF), ותפוקת הלב (CO). המחקרים קודמים microCT אשרו כי ההערכה כמותית של תפקוד לב העולמי אינה ריאלית במודלי מחלה בעכברי לב וכלי דם וכי הירידה משמעותית בתפקוד לב העולמי מתרחשת זמן קצר לאחר החסימה בעורק LAD. ממצאים אלה עולים בקנה אחד עם דיווחים קודמים כי ירידה ניכרת LVSV, LVEF, ו- CO התרחשה כבר ביום 1 לאחר חסימה 29,40-43. ראוי לציין להזכיר כי ביצוע תפקוד לב תלוי בסוג ומידת ההרדמה, ובכך עבור מדידות מדויקות את קצב לב בזמן רכישת התמונה צריכה להישמר כפי פיסיולוגי כמו 44 אפשריים.
הערכה כמותית של מסת שריר לב החדר שמאלי (LVMM) חשובה להערכה של היפרטרופיה של החדר השמאלי והתנהלה בעיקר באמצעות MRאני 11,43,45,46. LVMM מתוקן לעתים קרובות עבור משקל גוף ומוצג אינדקס מסת שריר לב חדר שמאלי (LVMMI) כדי לאפשר נורמליזציה של משקל לב בקרב עכברים לגיל ולמצב habitus השונים. הערכה מדויקת של פרמטרים אלה חשוב, כמו עכברים שסבלו מאוטם שריר הלב לפתח 47 LV היפרטרופיה משמעותית. הערכת LVMM, LVMMI, וגיאומטריה LV חשוב גם לאבחון של היפרטרופיה לב דיספלזיה 11. ככזה, קביעת פרמטרים אלה יהיו גם מועיל להבחין במצבים כגון היפרטרופיה קונצנטריים, היפרטרופיה אקסצנטרי, או שיפוץ קונצנטריים. בעבודה נוכחית, הוא LVMM וערכי LVMMI נקבעו בעכברים נתונים LAD קשירת עורק החיה מופעל באמצעות אחיזת העיניים. בהמשך לכך, בגודל של אוטם שריר הלב זוהה והשתמש לחשב את אחוז גודל האוטם. אמנם במהלך הניתוח המייתר אל עורק LAD כלילית היה ApplIED באותה רמה, את אוטמים שנוצר חסימה עם השתנות כמה: 13.3%, 15.8%, ו 22.4% (טבלה 1). אחד ההסברים האפשריים השתנות זו עשויה לנבוע מהבדלים האנטומיה של העורקים הכליליים ואת אספקת הדם הטריטוריאליים שלהם בין החיות, וזאת בהסכמה עם דיווחים קודמים 48. הדרך הנפוצה ביותר של הערכת גודל האוטם במודל של עכברים של אוטם שריר הלב הוא על ידי כלוריד vivo לשעבר triphenyl tetrazolium (TTC) מכתים, הטכניקה כי לא תאפשר ניטור האורך של המחלה החיה אותו. בהקשר של עבודה קודמת של אשטון et al. 22 ושל נוכחי, ראוי לציין כי microCT בשיתוף עם חומר ניגוד עם יוד יכול לספק אלטרנטיבה ושיטה שאינה הרסנית של קביעת גודל אוטם longitudinally.
יתרון נוסף של טכניקת microCT טמון בקביעה מאוד מדויקת של איסכמיה האזורי. like בבני אדם העורק הכלילי השמאלי של פיצולים העכבר לתוך עורק יורד (LAD) וסניף במחיצה (LCX). עם זאת, בעכברים, האנטומיה של braches צדי LAD ו LCX שונה באופן משמעותי בין בעלי חיים 48. braches הגדול של LCX לפעמים מקרוב מקבילי LAD ומאז העורקים הכליליים של עכברים הם תוך-לבביים ולכן אינם גלוי, פלטות צד של LCX הן לעתים בטעות אך בלתי נמנע כלולי החסימה כלילית במהלך הליך העכבר אוטם. ככזה, מפת הקוטב circumferentional המתקבל לאחר microCT יכול לשמש כדי לקבוע בדיוק אילו העורקים הכליליים היו האפילו, מאז ספיגת זלוף והניגודיות במגזרים 2, 3, 8 ו -9 מושפעים LCX בעוד סקטורים 7, 10, 11, 12 13,, 15, 16 ו -17 מסופקים על ידי LAD. לפיכך, מפת הקוטב הוא תועלת רבה עבור קביעה מדויקת של עורקים המוסתרים ובהתאם מסייע חשוב בפרשנות הנכונה של שפעות myocaאוטם rdial של תפקוד לב התקדמות מחלה.
מודל העכבר האוטם שריר לב בשימוש מאוד מחק את המצב הקליני בבני האדם שבו הכליליים הופכים האפיל פתאום כתוצאת קרע פלאק אקוטי הוא ככזה תועלת רב ללמוד את התפתחות המחלה של לב אוטם 49. בעוד בטיפול במדינות מערביות מפותחות של חולים הסובלים מאוטם שריר הלב המכוונים להשבת סחרור במהירות של כלי כלילית, בהזדמנויות רבות, במיוחד במדינות פחות מפותחות מבחינה כלכלית שבו שכיחות אוטם שריר הלב גדל במהירות, על חסימת לא ניתן annulated ב זמן 1,50. זה גורם ב אוטמים חדרית גדול כי לרוב יוביל לאי ספיקת לב כרונית הם נטל עצום על בריאות הציבור. כתוצאה מכך, שיטות אבחון אורך לא פולשנית באמצעות מודל אוטם שריר לב עם OCC עורק כלילי קבעlusion ו אוטם חדרית גדולים הם בעלי חשיבות רבה לפתח אסטרטגיות חדשות נגד מחלה זו.
הדמית שריר לב זלוף CT היא טכניקה המתפתח במהירות מאפשרת הערכה כמותית של מומי זרימת דם אזוריים כליליים והשפענו על תפקוד כדאיות לב. חדשים יותר במחקרים בבעלי חיים קטנים הקטינו את הפער בין microCT ו- SPECT, באופנות של בחירה להערכה זלוף כדאית 22. במטרה להעריך את מידת הפגיעה זרימת הדם האזורית נגרמת על ידי חסימה של העורקים הכליליים LAD, הנתונים microCT הוערכו גם למידע זלוף שריר הלב. עורק LAD ligated ידוע לספק אספקת הדם אל הקיר בחינם, חלק מחצה, ובאזור הקודקוד של החדר השמאלי. פגמי זלוף שריר לב (אזורי hypoenhanced) של עכבר 1 מוצגים בתוך קוטב מערכה קואורדינטות וברורה באמצע קדמי, באמצע inferolateral, אמצע anterolateral, פסגהקדמי, ומגזרי לרוחב פסגה, הממצאים עולים בקנה אחד עם אותה ההתפלגות הכליליים (איור 3). לא נמצא הבדל בין פגמים זלוף נגזר סוף דיאסטולי ותמונות-סיסטולי סוף נמצאה homosegments. סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי מציג מפת קוטב זלוף שריר הלב של חית דמה מופעלים מוצגים באיור 4. הבדלים קלים בזרימת דם בשריר לב בין מגזרים של חית השליטה אינם משמעותיים בשני ייצוגים סוף-דיאסטולי חזות הסיסטולי . מעניין, בתחומי hypoenhancement ניתן לראות ויזואלית על תמונות קצרות ציריות חתך (איור 1) וניתן לכמת בקלות כפי שמוצג באיור 3. זה לא היה אפשרי במחקר ידי Befeda et al. ויכול להיות מוסבר על ידי רעש גדול של מכשיר microCT בשימוש 22. על מנת להבחין חזותי, הבדלי האות חייבים להיות לפחות שלושה עד חמש פעמים יותרמאשר רעש (סטיית התקן) בתמונה 51. רעש נמוך של microCT השתמש במחקר זה מותר זיהוי של הבדל אות קטן בין שריר לב הפגום perfused בדרך כלל (127HU ± 23HU לעומת 217HU ± 29HU), המאפשר הערכה מוצלחת של פגמי דפוס זלוף שריר לב.
אחד היתרונות העיקריים של שימוש חומר ניגוד עם יוד היא היכולת להעריך כדאיות ומטבוליזם שריר הלב עקב שיפור שריר הלב הקשורים הניגוד. למיטב ידיעתנו, היכולת של בניגוד לשפר שריר הלב תוארה לראשונה על ידי Detombe et al. 23 והשימוש הראשון שלה הדמיה אוטם שריר הלב נמסר על ידי אשטון et al. 22. למרות שהקבוצה עולה כי שריר הלב perfused בעכברים עם אוטם שריר הלב הראו שיפור דומה הבקרות, וכי שריר הלב אוטם לא הראו שיפור, הערכה כמותית של דואר שריר הלב המגזריnhancement לא דווח. כדי להמשיך לחקור האם שיפור שריר הלב ניתן להעריך כמותית, כל העכברים היו reimaged שימוש באותו פרוטוקול הדמיה 3 – 4 שעות לאחר מתן לעומת זאת, כאשר ביחס שיפור שריר הלב כדי חלל היה מקסימלי.
פגמים ספיגים בניגוד שריר לב נצפו חזותיים על קצרים ציריים סוף-דיאסטולי וסוף-סיסטולי תמונות חתך של לב עכבר עם אוטם שריר לב (איור 5), אך לא את החיה מופעלת הדמה (האיור 6). ספיגת שריר לב היה להעריך כמותית בכל מגזר לבבי משני השחזורים סוף-דיאסטולי והסוף-סיסטולי ומוצגת קואורדינטות קוטביות (איור 7 ו -8). סוף-דיאסטולי וערכי homosegmental סוף-סיסטולי מתקבל החיה אותו לא היו שונים. עם זאת, חלקות קוטב ההיקפיות הראו ליקויים ספציפי קטע (Figurדואר 7) עם דפוסים דומים לאלו שהופיעו במפות זלוף שריר הלב (איור 2). אין פגמים ספיגים בניגוד נראו על מגרשי קוטב ההיקפיים של עכבר הדמה המופעל (איור 8). הנתונים הספיגים שריר הלב היו באיכות מספק לביצוע אנליזה פונקציונלית עולמית הערכה כמותית של מסת LV שריר לב וגודל אוטם (לא מוצג). אמנם לא רלוונטי למודל המשמש כיום עם חסימה בעורק קבעה LAD כלילית, אנו מאמינים כי מיצוי שריר לב בניגוד יכול להיות קשור לא רק שינויים בזרימת דם אזורי שריר לב, אלא גם למעמד של cardiomyocytes (למשל מצולק, מום שריר לב החורף) . כדי לבחון השערה זו, לעבוד בעתיד יעסיק את המודל עם איסכמיה ו reperfusion שריר הלב זמני.
התכווצות פעילות של תוצאות שריר לב בתנועת קיר שריר לב עיבוי המשמשים סמנים חשובים כמו של f הסיסטולימשיחת כדאיות שריר לב. הערכת תנועת קיר אזורית, עיבוי, ואת מקטע פליטה עוזרת להבחין בתנועת קיר סיסטולי פסיבית מהתכווצות שריר לב פעילה. על מנת לאפשר כימות סטנדרטית של ההיקף וחומרת הנגע, תנועת קיר, עיבוי קיר, מקטע הפליטה אזורית ממופות נפוצות למפות קוטב. חריגות של תנועת קיר חדר אזורית מצויים סמנים חשובים של איסכמיה לבבית שרוב מוערכות בדרך כלל על ידי 52 MRI. הצעת קיר LV, עיבוי מקטע פליטה האזורית הניקוד עבור כל קטע של עכבר עם ובלי אוטם שריר לב מוצג באיור 9 ואיור 10. כצפוי, קשירת עורק LAD כלילית הביאה לירידה ניכרת של מדדים תפקודיים האזוריים LV ( איור 9), בעוד אין כל ההשפעה נצפה עכבר הדמה המופעל (איור 10). תוצאות אלו עולות הקונקורדנציה עםשדווח בעבר נתונים.
לסיכום, עבודה זו הוכיחה את השימוש המוצלח הראשונה של מערכת microCT מהירה לקביעה מקיפה של פרמטרים פונקציונליים הגלובליים והאזוריים שריר לב יחד עם הערכה של זלוף שריר לב כדאי בריאים במודל של עכברים של אוטם שריר לב. עבודה זו ניתן להאריך עוד יותר לקראת אפיון של מודלים אחרים של מחלות לב וכלי דם, המאפשרת הערכה מדויקת ולא הרסני של שינויים פונקציונליים pathophysiological לב, ועל הערכה של אסטרטגיות מניעה הטיפוליות חדשניות.
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי Stichting Lijf en לוון, פרויקט מתרחבים לעומת stenosing מחלת עורקים.
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, ABD |
Cat. No. 329461 | Insulin syringes with sterile interior |
| Leica microscope type M80 | Leica Microsystems BV, Eindhoven, Netherlands | Stereo zoom microscope |
Referanslar
- 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).
