Exploration of Myocardial Fiber Array Using Diffusion MR Tractography in Small Animal Heart Failure Model: Comparison with 3D Pathology Using Tissue-Clearing Technique

Abstract

Verifying the microarchitecture of the heart can improve understanding of the fundamental heart structure-function relationships both in normal development and cardiovascular disease progression. The current study demonstrate a novel approach to characterize the microstructural response of the myocardium to cardiovascular disease by interrogating intact, un-sectioned myocardium with 3-dimensional (3D) histological imaging using a tissue-clearing technique and quantifying myocardial fiber orientation. In the same samples, diffusion magnetic resonance imaging, a clinically translatable non-invasive imaging technique, was also applied to demonstrate its potential in yielding a surrogate marker for myocardial fiber orientation. Both 3D histological imaging and diffusion magnetic resonance imaging were significantly correlated in verifying the helical architecture of the normal myocardium and that this normal helical structure is perturbed in both ischemic and non-ischemic heart failure model.

심근은 일정한 방향성을 가지고 배열되어 있으며, 이는 질병의 진행에 따라 변화할 것으로 예측되나, 이를 비침습적으로 평가할 수 있는 방법은 없었다. 본 연구는, 새로 개발된 자기공명영상 기법이 심근의 주행방향을 정확히 측정할 수 있는 지에 대하여 심근의 투명화 기법을 사용하여 자기공명영상의 정확도를 평가하고자 한다. 7마리의 대조군, 8마리의 허혈성 심부전 모델, 7마리의 비허혈성 심부전 모델 마이스를 대상으로 실험을 진행하였으며, 자기공명영상으로 획득한 심근의 주행방향이 병리학적으로 처리된 투명화된 심장에서 얻은 심근의 주행방향과 일치함을 밝혔다. 본 연구를 통하여 심장 자기공명영상이 심근 주행 방향을 정확히 감별할 수 있음이 밝혀졌으며, 추후 임상에 응용될 수 있는 증거로서 제시될 수 있을 것으로 기대한다.