A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يصف هذا البروتوكول القنية الأبهرية والتروية الرجعية لقلب الفئران الوليدي السابق في الجسم الحي . تسمح استراتيجية شخصين ، باستخدام مجهر تشريح وإبرة قياس صغيرة مخففة ، بتعليب موثوق. يتم تحقيق القياس الكمي للتوتر الانقباضي الطولي باستخدام محول طاقة متصل بقمة البطين الأيسر.
لطالما كان استخدام القلب الرجعي السابق في الجسم الحي حجر الزاوية في التحقيق في نقص التروية منذ تطويره من قبل أوسكار لانغندورف قبل أكثر من قرن من الزمان. على الرغم من أن هذه التقنية قد تم تطبيقها على الفئران على مدى السنوات ال 25 الماضية ، إلا أن استخدامها في هذا النوع اقتصر على الحيوانات البالغة. ومن شأن تطوير طريقة ناجحة لتعليب الشريان الأورطي الفئراني الوليدي باستمرار أن يسمح بإجراء دراسة منهجية للقلب المعزول الرجعي المنصهر خلال فترة حرجة من تطور القلب في نوع قابل للتعديل وراثيا ومنخفض التكلفة. تعديل إعداد Langendorff يمكن من التعليب وإنشاء التروية في قلب الفئران حديثي الولادة مع تقليل وقت نقص التروية. يتطلب التحسين تقنية من شخصين للسماح بتقليب ناجح للشريان الأورطي للفأر حديث الولادة باستخدام مجهر تشريح وإبرة معدلة متاحة تجاريا. سيؤدي استخدام هذا النهج إلى إنشاء تروية رجعية بشكل موثوق به في غضون 3 دقائق. نظرا لأن هشاشة قلب الفأر الوليدي وحجم تجويف البطين يمنع القياس المباشر للضغط داخل البطين المتولد باستخدام بالون ، فإن استخدام محول طاقة متصل بواسطة خياطة بقمة البطين الأيسر لتحديد التوتر الانقباضي الطولي أمر ضروري. تسمح هذه الطريقة للباحثين بالنجاح في إنشاء إعداد قلب الفئران حديثي الولادة المعزول ذو التدفق المستمر الرجعي ، مما يسمح بدراسة بيولوجيا القلب التنموية بطريقة خارج الجسم الحي . الأهم من ذلك ، سيكون هذا النموذج أداة قوية للتحقيق في الاستجابات الفسيولوجية والدوائية لنقص التروية في قلب حديثي الولادة.
كانت مستحضرات القلب خارج الجسم الحي عنصرا أساسيا في الدراسات الفسيولوجية والفسيولوجية المرضية والدوائية لأكثر من قرن. انطلاقا من عمل إلياس سيون في 1860s ، قام أوسكار لانغندورف بتكييف نموذج الضفدع المعزول للتروية الرجعية ، وضغط على جذر الأبهر لتوفير تدفق الشريان التاجي مع عطور مؤكسج1. باستخدام تكيفه ، تمكن Langendorff من إثبات وجود علاقة بين الدورة الدموية التاجية والوظيفة الميكانيكية2. ظل القلب الرجعي السابق في الجسم الحي ، والذي أطلق عليه فيما بعد اسم تقنية Langendorff ، حجر الزاوية في التحقيق الفسيولوجي ، مستفيدا من بساطته لدراسة القلب المعزول بقوة في غياب الارتباك المحتمل. تم تعديل إعداد Langendorff بشكل أكبر للسماح للقلب بالخروج (ما يسمى "القلب العامل") والسماح للعطر بإعادة تدوير3. ومع ذلك ، ظلت نقاط النهاية الفسيولوجية الأولية للاهتمام دون تغيير. وتشمل نقاط النهاية هذه مقاييس وظيفة الانقباض ، والتوصيل الكهربائي ، والتمثيل الغذائي للقلب ، ومقاومة الشريان التاجي4.
لتقييم وظيفة القلب في إعداد قلب الضفدع الأصلي ، قام لانغندورف بقياس التوتر الناتج عن تقلص البطين في المحور الطولي باستخدام خيط متصل بين قمة القلب ومحول القوة. 5 تم قياس الانقباض متساوي القياس بهذه الطريقة مع تطبيق التوتر القاعدي على القلب في حالة عدم وجود حشوة بطينية. وقد أدى تحسين النهج إلى وضع بالونات مملوءة بالسوائل في البطين الأيسر عبر الأذين الأيسر لتقييم أداء عضلة القلب أثناء الانكماش متساوي الحجم6. لتقييم إيقاع القلب ومعدل ضربات القلب ، يمكن وضع خيوط سطحية على أقطاب القلب لتمكين الباحثين من تسجيل مخطط كهربية القلب. ومع ذلك ، يمكن توقع بطء القلب النسبي ، بالنظر إلى الإلغاء الإلزامي. قد تعمل الوتيرة الخارجية على التغلب على هذا والقضاء على تقلب معدل ضربات القلب بين التجارب1. يمكن تقييم مقياس آخر للنتائج ، وهو استقلاب عضلة القلب ، عن طريق قياس محتوى الأكسجين والركيزة الأيضية في الفوسفات التاجية والنفايات السائلة وحساب الفرق بينهما7. يمكن أن يساعد تحديد كمية اللاكتات في النفايات السائلة التاجية في توصيف فترات التمثيل الغذائي اللاهوائي كما هو موضح مع نقص الأكسجة أو نقص التروية أو نقص التروية أو الاضطرابات الأيضية7.
مكن عمل لانغندورف الأصلي من دراسة قلب الثدييات السابق في الجسم الحي ، باستخدام القطط كموضوع أساسي5. اكتسب تقييم قلب الفئران المعزولة شعبية في منتصف 1900s مع هوارد مورغان ، الذي فصل نموذج الفئران "القلب العامل" في 19675. بدأ استخدام الفئران منذ 25 عاما فقط بسبب التعقيد التقني وهشاشة الأنسجة وحجم قلب الفئران الصغير نسبيا. على الرغم من التحديات المرتبطة بدراسة الفئران ، فإن انخفاض التكاليف وسهولة التلاعب الجيني قد زاد من جاذبية وطلب مستحضرات الفئران خارج الجسم الحي. لسوء الحظ ، اقتصر تطبيق هذه التقنية على الحيوانات البالغة ، حيث كانت الفئران اليافعة البالغة من العمر 4 أسابيع أصغر الأشخاص الذين تم استخدامهم لدراسة الجسم الحي السابق حتى وقت قريب جدا 8,9. في حين أن الفئران الصغيرة "غير ناضجة نسبيا" مقارنة بالبالغين ، إلا أن فائدتها كمواضيع لدراسات البيولوجيا التنموية محدودة لأنها ، إلى حد كبير ، فطمت من سد ولادتها وستبدأ قريبا سن البلوغ10. تحدث المراهقة إلى ما بعد الانتقال بعد الولادة في استخدام ركيزة عضلة القلب من الجلوكوز واللاكتات إلى الأحماض الدهنية11. وبالتالي ، فإن معظم المعلومات حول التغيرات الأيضية في قلب حديثي الولادة قد نتجت تاريخيا عن العمل خارج الجسم الحي في الأنواع الأكبر مثل الأرانب وخنزير غينيا11.
والواقع أن هناك نهجا بديلة لإعداد لانغندورف. وتشمل هذه التجارب في المختبر ، والتي تفتقر إلى البيانات الوظيفية للعضو بأكمله والسياق ، أو في دراسات الجسم الحي. يمكن أن يكون هذا تحديا ومعقدا من الناحية الفنية من خلال متغيرات مربكة مثل الآثار القلبية الوعائية والتنفسية لعامل مخدر مطلوب ، وتأثير المدخلات العصبية الخلطية ، وعواقب درجة الحرارة الأساسية ، والحالة الغذائية للحيوان ، وتوافر الركيزة12,13. نظرا لأن نهج Langendorff يسمح بدراسة القلب المعزول المنصهر بطريقة خارج الجسم الحي بطريقة أكثر تحكما في غياب مثل هذه الإرباكات ، فقد كان ولا يزال يعتبر أداة بحثية قوية. لذلك ، فإن التقنية المعروضة هنا تعطي الباحثين نهجا تجريبيا لدراسة الجسم الحي السابق لقلب الفئران حديث الولادة وتحد من الوقت لإعادة التروية.
يعد فحص القلب خلال فترات التطور أحد الاعتبارات المهمة نظرا للتحولات الكيميائية الحيوية والفسيولوجية والتشريحية واسعة النطاق التي تحدث أثناء نضج عضلة القلب. التحولات من التمثيل الغذائي اللاهوائي إلى الفسفرة التأكسدية ، والتغيرات في استخدام الركيزة ، والتقدم من تكاثر الخلايا إلى التضخم هي عمليات ديناميكية تحدث بشكل فريد في القلب غير الناضج11,14. جانب حاسم آخر من القلب النامي هو أن الضغوطات التي تتم مواجهتها خلال الفترات الضرورية قد تنتج استجابات متزايدة في قلب حديثي الولادة وتغير التعرض المستقبلي للإهانات في مرحلة البلوغ15. على الرغم من أن العمل السابق قد استخدم الفئران والحملان والأرانب حديثي الولادة لدراسة قلب حديثي الولادة الذي يعاني من لانغندورف ، إلا أن التقدم الذي يسمح باستخدام الفئران ضروري نظرا لأهمية هذا النوع في أبحاث البيولوجيا التنموية16. لتلبية هذه الحاجة ، تم مؤخرا إنشاء أول نموذج قلب حديث الولادة من الفئران Langendorff باستخدام عمرها 10 أيام6. تظهر هنا طريقة لتمكين القنية الأبهرية الناجحة وإنشاء تروية رجعية لقلب الفئران حديث الولادة المعزول. يمكن استخدام هذا النهج في علم الأدوية أو نقص التروية أو دراسات التمثيل الغذائي التي تركز على وظيفة العضو بالكامل أو يمكن تكييفه لعزل الخلايا العضلية القلبية.
تم الحصول على موافقات اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الحيوانات التابعة للمركز الطبي بجامعة كولومبيا لجميع الطرق الموصوفة. تم استخدام النوع البري C57Bl / 6 الذكور بعد الولادة يوم 10 الفئران للدراسة.
1. إعداد جهاز لانغندورف
2. تصنيع قنية الأبهر
3. حصاد الأعضاء
4. القنية
5. القياس الوظيفي
تم استخدام الفئران P10 لنمذجة نقطة زمنية في مرحلة الطفولة البشرية26,27. تم حصاد خمسة عشر من قلوب الفئران المعزولة C57Bl / 6 حديثي الولادة وتعليبها بنجاح. كانت القلوب مندمجة بتدفق مستمر يبلغ 2.5 مل من KHB المؤكسج الدافئ بالمؤكسجين. تم قياس المعلمات الأيضية ، بما ?...
يصف هذا العمل القنية الأبهرية الناجحة والتروية الرجعية في قلب الفأر حديث الولادة المعزول. الأهم من ذلك ، أنه يسمح للباحثين بالتغلب على الحواجز التي قدمها عمر الفئران الصغير وحجم القلب الصغير سابقا8. على الرغم من أن هذا النهج ليس معقدا في التصميم ، إلا أنه يتطلب درجة كبيرة من ا?...
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
NIH/NINDS R01NS112706 (R.L.)
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Rodent Langendorff Apparatus | Radnoti | 130102EZ | |
24 G catheter | BD | 381511 | |
26 G needle on 1 mL syringe combo | BD | 309597 | |
26 G steel needle | BD | 305111 | |
5-0 Silk Suture | Ethicon | S1173 | |
Bio Amp | ADInstruments | FE135 | |
Bio Cable | ADInstruments | MLA1515 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C4901-100G | |
Circulating heating water Bath | Haake | DC10 | |
curved iris scissor | Medline | MDS10033Z | |
dissecting microscope | Nikon | SMZ-2B | |
find spring scissors | Kent | INS600127 | |
Force Transducer | ADInstruments | MLT1030/D | |
glucose | Sigma-Aldrich | G8270-100G | |
Heparin | Sagent | 400-01 | |
High pressure tubing | Edwards Lifesciences | 50P184 | |
iris dressing forceps | Kent | INS650915-4 | |
Jeweler-style curved fine forceps | Miltex | 17-307-MLTX | |
KCl | Sigma-Aldrich | P3911-25G | |
KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P0662-25G | |
MgSO4 | Sigma-Aldrich | M7506-500G | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S9888-25G | |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S6014-25G | |
Roller Pump | Gilson | Minipuls 3 | |
straight dissecting scissors | Kent | INS600393-G | |
Temporary cardiac pacing wire | Ethicon | TPW30 | |
Wide Range Force Transducer | ADInstruments | MLT1030/A |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved