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Method Article
* これらの著者は同等に貢献しました
異常負荷に対する右心室(RV)の適応の病態生理学を理解するには、実験モデルが重要です。しかし、RVの寸法と機能の評価は複雑で困難です。このプロトコルは、RV圧力負荷を受けるマウスの非侵襲的ベンチマーク手順として心臓磁気共鳴画像法(CMR)を実行する方法を提供します。
右心室(RV)の機能と失敗は、肺高血圧症を含む後天性および先天性心疾患の転帰の主要な決定要因です。RVの機能と形態の評価は複雑で、その一部はRVの形状が複雑なため、心臓磁気共鳴(CMR)イメージングは、RVの機能と形態を非侵襲的に評価するためのゴールデンスタンダードです。現在のプロトコルでは、肺動脈バンディング (PAB) によって誘発される RV 圧力負荷のマウス モデルでの CMR イメージングについて説明しています。PAB は、23 G 針の上に肺動脈の周囲に 6-0 縫合糸を配置することによって行われます。PAB 勾配は、2 週間と 6 週間で心エコー検査を使用して決定されます。6 週間で、1,500 mT/m の勾配を備えた 9.4 T 磁気共鳴イメージング スキャナーを使用して、収縮末期と拡張末期の両方の体積と質量を厚さ 1 mm の 10 から 11 のシネスライスで測定することにより、左右の心室の形態と機能を評価します。代表的な結果は、PAB が RV 圧力負荷の有意な増加を誘発し、両心室の形態と RV 機能に有意な影響を与えることを示しています。また、RV圧負荷の6週間で、心拍出量が維持されることも示されています。ここで紹介するのは、RV圧力負荷のマウスモデルにおける両心室の形態と機能の定量化のための再現可能なプロトコルであり、RVリモデリングと機能不全の決定要因を調査する実験の方法として役立つ可能性があります。
肺高血圧症(PH)を含む後天性および先天性心血管疾患の患者は、右心室(RV)の機能障害と失敗のリスクがあります1。圧力負荷の増加の結果としてのRV適応は、初期段階では同心円状に肥大し、末期疾患では進行性の拡張を特徴としています。さらに、それは代謝および細胞外マトリックスの障害、炎症のプロセス、そして最終的にはRV失敗2,3,4,5,6に関連しています。RVの失敗への進行の根本的なプロセスを探求するために、動物モデルが開発されました。しかし、モデルの最適化とRVの機能と次元の適切な評価は困難でした。RVの機能と寸法の非侵襲的評価には、心臓磁気共鳴(CMR)イメージングがゴールデンスタンダードです。この技術は、強い磁場と高周波を使用して、鼓動する心臓の画像を作成します。CMRは、ヒトだけでなく、実験用のげっ歯類などの動物にも使用できます。後者は心臓のサイズが小さいため、より高い空間分解能を必要とするため、適切な画像を提供するために必要な磁場は、人間と比較して高くなければなりません。
PH 7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17のモデルや近位RV圧力負荷2,3,10,18のモデルを含む、RV圧力過負荷を模倣した複数のモデルが利用可能です。19、20、21、22、23。PHのモデルまたは近位RV圧力負荷のモデルのいずれかを選択するかどうかは、研究課題によって異なります:肺血管系に対する介入の影響、したがっておそらくRV後負荷変調(つまり、PHモデル)、またはRVへの直接的な影響(つまり、近位RV圧力負荷モデル)。モノクロタリン(MCT)12,13,14,16,22,24,25,26、大動脈シャントと組み合わせたMCT9、慢性低酸素症7,27,28,29など、PHの実験的誘導にはいくつかの方法があります、および血管内皮増殖因子受容体拮抗薬であるSugen 5416と慢性低酸素症8,10,30,31との組み合わせ。このようなモデルは、近位RV圧力負荷の進行性肺モデルを表し、肺血管系を対象としていませんが、肺動脈の収縮によって一定の後負荷を誘発し、それに伴うRV後負荷の増加を伴います2,3。これは、縫合糸バンディング(肺動脈バンディング、PAB)または肺動脈の周りの血管クリップによって実行できます。PABはいくつかの動物種で行われており、心臓の寸法と機能は、組織学、経胸壁心エコー検査(スペックルトラッキングを含む)、心臓カテーテル法など、さまざまな方法で研究されています2,32,33,34,35,36,37,38,39,40 .マウスなどの小さなげっ歯類のPABは困難です。これは、動脈収縮の圧迫感との間の微妙な違いが、RV圧力負荷の程度とその後の機能状態および生存に顕著な結果をもたらしたためです。狭窄が非常にきつい場合、動物は手術中または手術直後に死亡しますが、狭窄が十分にきついと望ましい表現型は達成されません。しかし、マウスの使用は、優れた遺伝子改変の可能性(すなわち、トランスジェニックまたはノックアウトモデル)および迅速な育種のために、他の動物と比較して利点を有する。これは、疾患の研究や、分子的および(エピ)遺伝的要因の寄与を探求する上で付加価値があります。
動物実験のデザインは、疾患2,3,8,13,21の時間的変化の調査にシフトしています。このような研究には、連続評価を実施できるため、非侵襲的なモダリティが必要です。心臓リモデリングの評価におけるCMRの代替法としては、(1)組織病理学を用いた組織特性評価(異なる時点で複数の動物を屠殺する)、(2)圧力体積分析による侵襲的機能評価、または(3)心エコー検査があり、これにより研究者は同じ動物内で非侵襲的に心肥大または拡張を連続的に特定できる。CMRは、RVの評価において、(1)非侵襲的なモダリティであり、1匹の動物で連続測定が可能であり、これにより研究に必要な動物数の削減に貢献する、(2)CMRは特定の幾何学的形状に依存せず、3次元的に視覚化する、という2つの大きな利点があります。CMR由来のRVボリュームおよび機能測定は正確であることが示されており、ヒト42,43,44,45の異なる心臓実体における非侵襲的ゴールデンスタンダードと考えられているが、RV圧力過負荷のマウスに対するCMRプロトコルにはまだ変換されていなかった。
PABの多くのモデルが文献に記載されていますが、血行動態の影響とRVの機能と適応を評価する方法には高い不均一性があります。このプロトコルでは、マウスでの PAB の手順を概説し、心エコー検査で PAB 勾配を測定し、CMR で心臓の寸法と機能を評価することにより、モデルを検証します。PABを投与した動物におけるCMRのプロトコルはラットについて発表されていますが、この組み合わせはこれまでマウスについて記載されていませんでした。ラットはPHモデル8,12,13,14,15,16,22,24,25,26,27,28,29,30,31,46に最も一般的に使用されます、マウスはトランスジェニックまたはノックアウト研究に最も頻繁に使用され、それによって圧力負荷RV故障のメカニズムの理解に貢献します。このプロトコルは、RV不全への移行に関与するシグナル伝達経路を解明するための将来の研究の基礎を形成する可能性があります。
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すべての実験および動物の飼育は、オランダの動物実験法に従って行われ、米国国立衛生研究所が発行した実験動物の世話と使用に関するガイドに準拠しています。オランダ・フローニンゲン大学の動物実験委員会は、現行の実験プロトコルを承認しました(許可番号:2014-041/3005)。
1. 住居と順応
2. 肺動脈バンディング手術
3. 心エコー検査
4. 心臓磁気共鳴画像法
5. 統計分析
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PAB外科手術の死亡率は約10%です。提示された結果は、sham(n = 5)およびPAB(n = 8)グループのマウスの特性を示しています。 図3に示すように、PABの勾配値は、PABの2週間後および6週間後に偽動物と比較して有意に増加しました。この負荷の増加により、RV、EDV、およびRV ESVの増加として表されるRV拡張が発生しました(図4A、
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このプロトコルは、マウスのPABの再現性のある方法と、その後のCMRを使用した心臓のリモデリングと機能適応の評価を提供します。
PABは、他のトリガーの存在なしに後負荷の絶対的および静的な増加を伴うため、RV圧力負荷が増加する他のモデルとは異なります。低酸素症、モノクロタリン、シャント、またはこれらの誘導剤の組み合わせのモ?...
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フローニンゲン大学医療センターは、この原稿の内容以外のRMFバーガーのコンサルタント活動について、アクテリオンおよびリリーと契約を結んでいます。他の著者は、競合する利益はないと宣言しています。
本研究の動物実験にご協力いただいたP. Da Costa-Martins氏に感謝いたします。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
14.0 MHz i13L-echocardiography transducer | GE Healthcare, Waukesha, WI, USA | ||
20G cannula | |||
23G needle | |||
9.4T magnetic resonance scanner with 1,500 mT/m gradient set | Bruker BioSpin, Ellingen, Germany | ||
Anesthesia induction chamber | |||
Blunt 25G needle | |||
Buprenorphine | |||
Chloride-hexidine | |||
CMR post-processing software | Medis Medical Imaging Systems, Leiden, The Netherlands | Qmass version 7.6 | |
Data visualisation and statistical software | GraphPad Prism Inc, La Jolla, CA, USA | software version 7.02 | |
Echocardiography machine | GE Healthcare, Waukesha, WI, USA | Vivid Dimension 7 | |
Eye ointment | |||
Heat mat | |||
Incubator (37°C) | |||
Isoflurane | |||
Isoflurane evaporator | |||
Miniventilator for rodents | Hugo Sachs | model 687 | |
monofilament polypropylene 5-0 sutures | |||
monofilament polypropylene 6-0 sutures | |||
Needle and syringe for subcutaneous injections | |||
Pediatric electrocardiogram-stickers | |||
pure polyglycolic acid 5-0 sutures | |||
Sterile surgical instruments | |||
Ventilation mask |
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