Breeding for better cardiovascular and respiratory function of pigs - “A heart for pigs”

I dette prosjektet jobber vi med å utvikle egenskaper knyttet til sirkulatorisk og respiratorisk funksjon hos gris, for å kunne sikre bærekraftig avl i framtida. I det internasjonale markedet er det en økende bekymring at grisen ikke har god nok sirkulatorisk/respiratorisk kapasitet til å håndtere stress, og vi vet at denne kapasiteten kan ha en negativ sammenheng med enkelte egenskaper i svineavlen. I avlsopplegget vårt CT-skanner vi årlig 10000 griser, og fra disse bildene får vi ut gode, kvantitative mål på bein, muskler og flere av de indre organene, deriblant lungene. Hjertekapasiteten er derimot mer krevende å kvantifisere. For det første skyldes dette at i vår CT-protokoll er ikke bilde-tagninga synkronisert med hjerterytmen, noe som gjør at det er vilkårlig hvilken del av hjertesyklusen som er fanget i bildet. For det andre har blod og muskel veldig lik refleksjon av røntgen-stråling, noe som gjør at det er veldig vanskelig å finne volum av hjertekamrene. Dette kunne vært løst ved å injisere kontrastvæske, men siden mange av de 10000 dyra som skannes årlig skal bli til mat, og kontrastvæske ikke er tillatt i matprodukter, er storskala bruk av kontrastvæske ikke aktuelt. Vi har fram til nå i prosjektet gjennomført en longitudinell studie, der vi har sett på hvordan lunger og hjerte utvikler seg mens grisen vokser. I dette studiet CT-scannet vi dyra med EKG-gating, noe som gjør at vi kan vite hvilke bilder som er knyttet til hvilken del av hjertesyklusen. I tillegg gjorde vi skanning, både med og uten bruk av kontrastvæske. Fra bildene med kontrastvæske er det relativt enkelt å kunne skille hjertemuskel og blod i hjertekamrene. Dette datasettet kan derfor brukes som en fasit for å kunne trene en maskinlæringsmodell til å kunne skille blod og muskelvev, selv i bilder uten kontrastvæske. Vi har videre jobbet med manuelle segmenteringer av kontrast-datasettet, sammenstilling av datasett med og uten kontrastvæske, og til slutt å trene maskinlæringsmodeller til å kunne segmentere i bildene uten kontrast. I denne arbeidspakken vil vi jobbe videre med optimalisering av modeller og anvende de utvikla modellene på et større sett av CT-skanna individer, for å se om hjertekapasitet, basert på CT-bilder uten kontrast kan brukes inn i svineavlen. I tillegg har vi jobbet med rammeverket for å ta ut ytre hjerte- og lungevolum og flere andre egenskaper, slik at disse prosessene kan automatiseres og kjøres umiddelbart etter at et dyr er blitt skannet. Mesteparten av dette rammeverket er nå på plass, og hele prosessen vil settes i drift i løpet av de neste par månedene.

There is a growing concern that the cardiovascular and respiratory capacity in pigs may lead to increased risk of sudden death in swine production worldwide. However, the role of genetics in cardiovascular and respiratory performance has not been fully examined, and there is an inquisitiveness how the heart develops in the growing pigs. In this project we will examine whether cardiac remodeling occurs in growing pigs, how the transition into a diseased state evolves, and to find the genetics underlying cardiovascular and respiratory disease in pigs. More research is needed to observe, identity and measure these traits to find if there is a genetic potential to breed for an increased cardiovascular and respiratory capacity. In a designed longitudinal experiment, we want to examine and test cardiovascular performance in pigs by creating a shunt in the heart’s main vessels in a case group of pigs and compare them to a control group. The shunt will be created at SEARCH by trained cardiologist and medical doctors. The experiment will be conducted during the growth phase of pigs to understand the development of pigs circulatory and respiratory function in the case and control group. By quantifying the heart function, both in control and case individuals, we want to develop robust descriptors of the circulatory state in pigs during growth. Pigs will be computed tomography (CT) scanned regularly during the longitudinal experiment to examine the traits by radiological and non-invasive measures. The methods and results from the longitudinal experiment will be applied in a second commercial experiment, where we seek to connect intensive care methods and protocols with commercially restricted models using CT at our testing station for boars in Norway, Norsvin Delta. Applying new methods and protocols on thousands of related individuals at Norsvin Delta, we can relate novel phenotypes to their underlying genetics.