نموذج زراعة قلب الفئران غير المتجانسة لحديثي الولادة لدراسة الانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة

Summary

يقدم هذا العمل نموذجا حيوانيا للتليف الناجم عن الانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة ، كما يظهر في عيوب القلب الخلقية مثل تضيق الأبهر الحرج أو متلازمة القلب الأيسر الناقص التنسج ، مما يسمح بإجراء تقييم مفصل للأنسجة النسيجية ، وتحديد مسارات الإشارات التنظيمية ، واختبار خيارات العلاج.

Abstract

الداء الليفي الشغفي (EFE) ، الذي يحدده تراكم الأنسجة تحت الشغاف ، له تأثيرات كبيرة على تطور البطين الأيسر (LV) ويمنع المرضى الذين يعانون من تضيق الأبهر الحرج الخلقي ومتلازمة القلب الأيسر الناقص التنسج (HLHS) من الإصلاح الجراحي التشريحي الشافي للبطينين. الاستئصال الجراحي هو الخيار العلاجي الوحيد المتاح حاليا ، ولكن غالبا ما يتكرر EFE ، وأحيانا مع نمط نمو أكثر تسلل إلى عضلة القلب المجاورة.

لفهم الآليات الأساسية ل EFE بشكل أفضل واستكشاف الاستراتيجيات العلاجية ، تم تطوير نموذج حيواني مناسب للاختبار قبل السريري. يأخذ النموذج الحيواني في الاعتبار أن EFE هو مرض يصيب القلب غير الناضج ويرتبط باضطرابات التدفق ، كما تدعمه الملاحظات السريرية. وبالتالي ، فإن زرع القلب غير المتجانس لقلوب المتبرعين بالفئران حديثي الولادة هو الأساس لهذا النموذج.

يتم زرع قلب فأر حديث الولادة في بطن فأر مراهق وتوصيله بالشريان الأورطي تحت الكلوي للمتلقي والوريد الأجوف السفلي. في حين أن تروية الشرايين التاجية تحافظ على صلاحية قلب المتبرع ، فإن ركود التدفق داخل LV يحفز نمو EFE في القلب غير الناضج للغاية. الآلية الأساسية لتشكيل EFE هي انتقال الخلايا البطانية الشغاف إلى خلايا اللحمة المتوسطة (EndMT) ، وهي آلية موصوفة جيدا للتطور الجنيني المبكر للصمامات والحاجز ولكن أيضا السبب الرئيسي للتليف في قصور القلب. يمكن ملاحظة تكوين EFE مجهريا في غضون أيام بعد الزرع. يستخدم تخطيط صدى القلب عبر البطن لمراقبة صلاحية الكسب غير المشروع ، والانقباض ، وسالكية المفاغرة. بعد القتل الرحيم ، يتم حصاد أنسجة EFE ، وتظهر نفس الخصائص النسيجية المرضية مثل أنسجة EFE البشرية من مرضى HLHS.

يسمح هذا النموذج في الجسم الحي بدراسة آليات تطور EFE في القلب واختبار خيارات العلاج لمنع تكوين الأنسجة المرضية هذا ويوفر الفرصة لإجراء فحص أكثر عمومية للتليف الناجم عن EndMT.

Introduction

داء ليفي الشغاف (EFE) ، الذي يحدده تراكم الكولاجين والألياف المرنة في الأنسجة تحت الشغاف ، يظهر على شكل شغاف سميك لؤلؤي أو معتم. يخضع EFE للنمو الأكثر نشاطا خلال فترة الجنين والطفولة المبكرة¹. في دراسة تشريح الجثة ، ارتبطت 70٪ من حالات متلازمة القلب الأيسر الناقص التنسج (HLHS) بوجود EFE².

الخلايا التي تعبر عن علامات الخلايا الليفية هي مجموعة الخلايا الرئيسية في EFE ، ولكن هذه الخلايا تعبر أيضا بشكل متزامن عن علامات بطانة الشغاف ، وهو مؤشر على أصل خلايا EFE هذه. أثبتت مجموعتنا سابقا أن الآلية الأساسية لتشكيل EFE تتضمن تغييرا ظاهريا للخلايا البطانية الشغاف إلى الخلايا الليفية من خلال الانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة (EndMT) ³. يمكن الكشف عن EndMT باستخدام تلطيخ مزدوج كيميائي مناعي لعلامات البطانة مثل مجموعة التمايز (CD) 31 أو بطانة الأوعية الدموية (VE) - كادرين (CD144) وعلامات الخلايا الليفية (على سبيل المثال ، أكتين العضلات الملساء ألفا ، α-SMA). علاوة على ذلك ، أنشأنا سابقا الدور التنظيمي لمسار TGF-ß في هذه العملية مع تنشيط عوامل النسخ SLUG و SNAIL و TWIST³.

EndMT هي عملية فسيولوجية تحدث أثناء نمو القلب الجنيني وتؤدي إلى تكوين الحاجز والصمامات من وسائد الشغاف⁴ ، ولكنها تسبب أيضا تليف الأعضاء في قصور القلب أو التليف الكلوي أو السرطان وتلعب دورا رئيسيا في تصلب الشرايين الوعائية⁵،⁶،^7،8. يتم تنظيم EndMT في التليف القلبي بشكل أساسي من خلال مسار TGF-β ، حيث أبلغنا نحن وآخرون^{عن 3,9}. تم وصف محفزات مختلفة للحث على EndMT: الالتهاب 10 ، نقص الأكسجة 11 ، التعديلات الميكانيكية 12 ، واضطرابات التدفق ، بما في ذلك تغيرات تدفق الدم داخل الأجواف 13 ، وقد يكون EndMT أيضا نتيجة لمرض وراثي ¹⁴.

تم تطوير هذا النموذج الحيواني باستخدام المكونات الرئيسية لتطوير EFE للقلب ، وهي عدم النضج والتغيرات في تدفق الدم داخل الأجواف ، وتحديدا ركود التدفق. تم تحقيق عدم النضج باستخدام قلوب الفئران حديثي الولادة كمتبرعين ، حيث من المعروف أن الفئران الوليدية غير ناضجة من الناحية التنموية بعد الولادة مباشرة. عرضت زراعة القلب غير المتجانسة توفير تقييد التدفق داخل التجويف¹⁵.

من وجهة نظر سريرية ، يسمح هذا النموذج الحيواني بالتحقيق بشكل أفضل في تأثير EndMT على البطين الأيسر المتنامي (LV). إن تقييد النمو المفروض على قلب الجنين وحديثي الولادة من خلال تكوين EFE الناجم عن EndMT¹⁶ يمنع المرضى الذين يعانون من انسداد مجرى تدفق البطين الأيسر (LVOTO) مثل تضيق الأبهر الخلقي الحرج ومتلازمة القلب الأيسر الناقص التنسج (HLHS) من الإصلاح الجراحي التشريحي الشافي^{للبطينين 17}. يسهل هذا النموذج الحيواني دراسة الآليات الخلوية وتنظيم تكوين الأنسجة من خلال EndMT ويسمح باختبار خيارات العلاج الدوائي ^3,18.

يستخدم تخطيط صدى القلب عبر البطن لمراقبة صلاحية الكسب غير المشروع ، والانقباض ، وسالكية المفاغرة. بعد القتل الرحيم ، يمكن ملاحظة تكوين EFE مجهريا في غضون 3 أيام بعد الزرع. تظهر أنسجة EFE نفس الخصائص النسيجية المرضية مثل أنسجة EFE البشرية من المرضى الذين يعانون من LVOTO.

ومن ثم ، يمكن تطبيق هذا النموذج الحيواني ، على الرغم من تطويره لاستخدام الأطفال في طيف HLHS ، عند دراسة الأمراض المختلفة بناء على الآلية الجزيئية ل EndMT.

Protocol

تم إجراء جميع الإجراءات الحيوانية وفقا للمجلس القومي للبحوث. 2011. دليل لرعاية واستخدام المختبر: الطبعة الثامنة. تمت مراجعة بروتوكولات والموافقة عليها من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام في مستشفى بوسطن للأطفال.

قبل الجراحة ، يتم تعقيم جميع الأدوات الجراحية بالبخار ، ويتم تحضير المخزن المؤقت Krebs-Henseleit المعدل ، بتركيز نهائي يبلغ 22 مليمول / لتر KCl ، كمحلول لشلل القلب (الجدول 1). يتم تعقيم المحلول بالفلتر وتخزينه عند 4 درجات مئوية طوال الليل. مطلوب مجهر جراحي (12.5x) لإجراء عملية زرع قلب الفئران حديثي الولادة غير المتجانسة.

1. التحضير والتخدير

1. استخدم ذكور / إناث فئران لويس التي يبلغ وزنها حوالي 150 جراما (5-6 أسابيع من العمر) كمتلقين.
2. للبدء ، حلق بسخاء بطن الفئران باستخدام ماكينة حلاقة.
3. ضع الجرذ في غرفة إيزوفلوران ، وقم بتشغيل تدفق الأكسجين عند 2 لتر / دقيقة مع 2٪ إيزوفلوران حتى يتم تخدير بشكل صحيح ولكن لا يزال يتنفس تلقائيا. يتم حقن 45 ملغ/كغ من الكيتامين و5 ملغ/كغ من الزيلازين داخل الصفاق (IP)، بالإضافة إلى 300 مغ/كغ من الهيبارين. تأكد من التخدير المناسب من خلال اختبار قرصة إصبع القدم.
   ملاحظة: راقب بعناية التنفس التلقائي ومعدل ضربات القلب من خلال ملامسة الصدر لضمان حالة الدورة الدموية المستقرة طوال العملية بأكملها.
4. للتنبيب ، ضع الجرذ على رف مائل (الشكل 1) ، وقم بتأمين الأسنان الأمامية بخيط ، وضع الرأس متجها نحو الجراح.
5. ضع الضوء على الجزء الخارجي من الرقبة على منطقة الحبال الصوتية ، وأمسك اللسان بإصبعين ، وادفعه قليلا لأعلى وإلى اليسار لتوفير رؤية مثالية للتنبيب. استخدام 18 غرام ، 2 في قنية للفئران 100-150 غرام. تأمين أنبوب القصبة الهوائية مع الشريط.
   ملاحظة: يوصى باستخدام الفصوص الجراحية ذات التكبير 3.5x للتنبيب.
6. قم بتوصيل قنية التنبيب بجهاز التنفس الصناعي للحيوانات الصغيرة ، واضبط الإعدادات وفقا لتعليمات الشركة المصنعة بناء على حجم.
   ملاحظة: استخدم الإعدادات التالية لفأر 150 جم: وضع مستوى الصوت; معدل التنفس ، 55 / دقيقة ؛ حجم المد والجزر ، 1.3 مل 50٪ نسبة I / E ، ولكن يمكن تعديل ذلك بشكل مناسب حسب الحاجة. ضمان حركة الصدر الثنائية والمتساوية المناسبة، وتطبيق الأيزوفلوران بشكل مستمر بنسبة 0.5٪ -2٪ من خلال جهاز التنفس الصناعي.
7. ضع الجرذ على وسادة تدفئة (للحفاظ على درجة حرارة الجسم الطبيعية) في وضع ضعيف مع توجيه الذيل نحو الجراح. تعقيم البطن ثلاث مرات بمحلول بيتادين و 70٪ من الإيثانول بالتناوب. إدارة مزلق العين ، وتغطية الفئران بستارة جراحية معقمة ، وترك البطن مكشوفا.

2. التحضير الجراحي والزرع غير المتجانس لقلب المتبرع الوليدي في الفئران المتلقية

1. قم بإجراء بضع البطن في خط الوسط باستخدام مشرط مكون من 15 شفرة لشق الجلد ، واستخدم المقص لفتح جدار البطن الأمامي ، متبوعا بالتعرض الحاد للشريان الأورطي البطني خلف الصفاق والوريد الأجوف السفلي (IVC) باستخدام أدوات تطبيق طرف القطن.
2. حرك الأمعاء (بما في ذلك القولون النازل) ، وضعها نحو الربع العلوي الأيمن. غطي الأمعاء بشاش دافئ منقوع بالمحلول الملحي. استخدم المبعدات لضمان التعرض الأمثل لل IVC والشريان الأورطي البطني.
3. إجراء تشريح حاد لل IVC تحت الكلوي والشريان الأورطي البطني حتى نحو التشعب. اربط جميع الشرايين والأوردة المتفرعة تحت الكلوية (على سبيل المثال ، الشريان المساريقي السفلي وشرايين العقدة الليمفاوية) بخياطة من النايلون 10-0.
   ملاحظة: هناك تباين كبير في تشريح هذه الفروع الجانبية. راقب نبض الشريان الأورطي ومعدل ضربات القلب بصريا عندما لا تتوفر مراقبة أخرى لدورة الدم. قم بتقييم عمق التخدير المناسب كل 15 دقيقة من خلال اختبار قرصة إصبع القدم. اضبط تركيز الأيزوفلوران وفقا لذلك.
4. بعد حصاد قلب المتبرع من فأر حديثي الولادة ، قم بتوصيل القلب المستأصل في ظروف معقمة في حوض جراحي يحتوي على عازل Krebs-Henseleit إلى المجال الجراحي. ري قلب المتبرع بشكل متقطع بمحلول شلل القلب المثلج.
   ملاحظة: عند توفر جراح ثان ، يجب تحضير القلب في نفس الوقت ، حيث يقلل الجراح الثاني من وقت التخدير الكلي للحيوان المتلقي ووقت نقص تروية قلب المتبرع. في حالة عدم توفر جراح ثان ، قم بتغطية بطن المتلقي بمحلول ملحي دافئ ، ومراقبة أثناء إجراء الحصاد.
5. ضع أربعة مشابك وعائية صغيرة غير رضحية على الأجزاء البعيدة والقريبة من الشريان الأورطي تحت الكلوي و IVC. إذا لزم الأمر ، قم بسد وعاء كلوي غير موات مؤقتا بخياطة حريرية 7-0 ، ثم حرر الخيط بعد العملية. ضع درز نايلون 10-0 عموديا على الجدار الأمامي للشريان الأورطي لتسهيل بضع الأبهر. إجراء بضع الأبهر مع قطعتين أفقيتين صغيرتين (على شكل إسفين) مع مقص صغير عن طريق سحب خياطة قليلا.
   ملاحظة: لإزالة أي جلطات دموية ، يوصى بتنظيف تجويف الأبهر بمحلول ملحي من الهيبارين.
6. ضع قلب المتبرع على الجانب الأيسر (من منظور) من الشريان الأورطي وقم بتأمين الشريان الأورطي تحت الكلوي للمتلقي والشريان الأورطي الصاعد للمتبرع من طرف إلى آخر في مواضع الساعة 12 والساعة 6 من بضع الأبهر مع الغرز. استمر في الغرز الثالثة والرابعة في موضع الساعة 3 والساعة 9 ، واقلب القلب برفق إلى الجانب الأيمن من الشريان الأورطي بعد الخيط الثالث. أكمل مفاغرة الشرايين بإضافة خيط أو خيطين إلى كل فراغ داخلي.
   ملاحظة: يجب توخي الحذر لتجنب لمس الشريان الأورطي الصاعد للمتبرع أو الشريان الأورطي البطني للمتلقي بالملقط عند إنشاء مفاغرة لتجنب تلف الأنسجة.
7. قم بتدوير الجرذ عكس اتجاه عقارب الساعة ، بحيث يكون الرأس متجها نحو اليد اليسرى للجراح. حرك الشريان الأورطي للمتبرع إلى الجانب الأيسر من الشريان الأورطي البطني للسماح بالرؤية المثلى على IVC.
8. قم بإجراء بضع الوريد على IVC ، القريب قليلا من مفاغرة الأبهر ، باستخدام شفرة 11 للثقب والمقص المجهري لتعديل الحجم المناسب وفقا لقطر الجذع الرئوي للمتبرع. مرة أخرى ، اغسل تجويف داخل الكافال بمحلول ملحي هيبارين.
9. ابدأ بالمفاغرة الوريدية بين IVC للمتلقي والجذع الرئوي للمتبرع ، والذي يمكن تحقيقه بشكل أفضل عن طريق وضع خيوط نايلون متقطعة 11-0 على الجدار الخلفي للوعاء ، بدءا من مواضع الساعة 12 والساعة 6 (المتعلقة ب IVC) ، ثم ضع خياطة نايلون مستمرة 11-0 على الجدار الأمامي (من الساعة 6 باتجاه موضع الساعة 12).
10. قم بتغطية المفاغرة بشرائح صغيرة من إسفنجة جيلاتينية قابلة للامتصاص ، وقم بإزالة المشابك الوعائية الدقيقة بدءا من البعيد. استخدمي أداة وضع طرف قطني لضغط الإسفنج برفق للحصول على الإرقاء الأمثل.
11. راقب ملء الأوعية التاجية للطعم في وقت إطلاق المشابك الوعائية الدقيقة البعيدة ، وتأكد من أن قلب المتبرع يبدأ في النبض فورا عند تحرير المشبك القريب.
    ملاحظة: يمكن تسجيل صلاحية الكسب غير المشروع من 0 إلى 4 أثناء الجراحة وفقا لدرجة ستانفورد المعدلة¹⁹ لتأكيد وظيفة الكسب غير المشروع الكافية.
12. ضع الأمعاء مرة أخرى في البطن من خلال التأكد من عدم تشويه مفاغرة الشرايين والوريدية.
13. تطبيق ميلوكسيكام (1 ملغ/كغ) وإيثيكا إكس آر (0.65 ملغ/كغ) تحت الجلد بينما يتم تخدير بالكامل للتأكد من التسكين بعد العملية الجراحية. بعد ذلك ، أغلق جدار البطن بخياطة فيكريل قابلة للامتصاص بنسبة 5-0 قبل إغلاق الجلد بخياطة فيكريل قابلة للامتصاص 6-0 داخل الجلد.
    ملاحظة: ترد إرشادات بشأن حالات الفشل الشائعة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها في الجدول 2.

3. حصاد قلب المتبرع حديث الولادة

1. ضع الجرذ المتبرع الوليدي في غرفة مملوءة بالإيزوفلوران (2٪) للتخدير. يجب تطبيق الكيتامين (75 ملغ/ كغ) والزيلازين (5 ملغ/كغ)، وكذلك الهيبارين (300 وحدة/كغ) داخل الصفاق.
2. تأكد من عمق التخدير عن طريق قرصة إصبع القدم ، وضع الجرذ في وضع ضعيف مع توجيه الذيل نحوك. تعقيم كامل الصدر وجدار البطن مع بيتادين و 70 ٪ من الإيثانول ثلاث مرات بدلا من ذلك. تغطية الفئران مع الستارة الجراحية المعقمة.
3. باستخدام مجهر جراحي 12.5x ، قم بإزالة جدار الصدر الأمامي بالكامل عن طريق البدء بشق أفقي باستخدام مشرط 15 شفرة في xyphoid متبوعا بشقوق رأسية جانبية تصل إلى الإبطين على كلا الجانبين بالمقص. يمكن بعد ذلك إزالة جدار الصدر الأمامي عن طريق الاستمرار في شق أفقي آخر أسفل الرقبة مباشرة.
4. تشريح IVC ، الوريد الأجوف العلوي الأيمن والأيسر ، والأوعية الرئوية بالمقص ، ثم تطويق وربط جميع الأوعية بخياطة حريرية 7-0. تطبيق 3 مل من محلول كريبس-هنسليت المثلج وعالي البوتاسيوم المعدل في الأذين الأيمن عن طريق ثقب IVC بإبرة 30 جم ودفع الحجاب الحاجز قليلا لأسفل بالملقط.
5. قطع IVC ، SVCs ، الأوعية الرئوية ، والشريان الأورطي بالمقص. انقل الشرايين الرئوية إلى أقصى حد ممكن والشريان الأورطي البعيد إلى الجذع العضدي الرأسي لضمان الطول المناسب باستخدام مشرط مكون من 11 شفرة.
6. افصل الجذع الرئوي والشريان الأورطي الصاعد بالمقص المجهري ، واغسل القلب بمحلول شلل القلب البارد باستخدام حقنة سعة 3 مل.

4. استعادة المتلقي ومراقبة الكسب غير المشروع

1. بعد الجراحة ، امنح الجرذ متسعا من الوقت للاستيقاظ ، والذي يحدث عادة في نافذة زمنية مدتها 15 دقيقة ، واتركه يتعافى على وسادة التدفئة.
   ملاحظة: لا توجد مضادات حيوية ضرورية بسبب انخفاض خطر الإصابة بالعدوى ومن أجل عدم المساس بالنموذج التجريبي ، ولا يتم تطبيق أي قيود على الطعام أو الماء.
2. بعد الزرع ، راقب وظيفة الكسب غير المشروع عن طريق ملامسة القلب المزروع يوميا ، ولكن ضع في اعتبارك أنه قد يكون من الصعب في بعض الأحيان تقييم ذلك بسبب تراكب الأمعاء.
   ملاحظة: يمكن لتخطيط صدى القلب البطني قياس جدوى الكسب غير المشروع بدقة أكبر. لتخطيط صدى القلب ، قم بتخدير الفئران قليلا باستخدام الأيزوفلوران (1-2٪) الذي يتم استنشاقه من خلال مخروط الأنف ، ووضعه على وسادة التدفئة. عادة ما يتم إجراء تخطيط صدى القلب في يوم ما بعد الجراحة (POD) 1 و POD 7 و POD 14. للسماح بتقييم معدل ضربات القلب والانقباض ، يمكن للمرء بسهولة الحصول على وجهات نظر المحور الطويل والمحور القصير (الشكل 2A ، B). لتقييم المفاغرة ، استخدم تخطيط صدى القلب دوبلر (الشكل 3 أ) ، وتأكد من تكوين أنسجة EFE كما ينظر إليها على أنها طبقة شغاف مشرقة بالصدى داخل تجويف البطين الأيسر (الشكل 3B ، C).

النتائج

جدوى الكسب غير المشروع والضرب
في هذا العمل ، تم تقييم صلاحية الكسب غير المشروع بصريا بعد إزالة جميع المشابك ، وسمح بوقت تقريبي للتروية من 10-15 دقيقة مع بطن مفتوح لمراقبة الكسب غير المشروع. تم استخدام نفس نظام التسجيل للتحقق بشكل موضوعي من جدوى الكسب غير المشروع للتقييم البصري في ?...

Discussion

يخلق هذا النموذج الحيواني للزرع غير المتجانس لقلب فأر متبرع حديث الولادة في بطن المتلقي إمكانية دراسة التليف المشتق من EndMT من خلال تقييم الأنسجة النسيجي المفصل ، وتحديد مسارات الإشارات التنظيمية ، وخيارات علاج الاختبار. نظرا لأن EndMT هي الآلية الأساسية للأمراض الليفية للقلب ، فإن هذا النم?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Advanced Ventilator System For Rodents, SAR-1000	CWE, Inc.	12-03100	small animal ventilator
aSMA	Sigma	A2547	Antibody for Immunohistochemistry
Axio observer Z1	Carl Zeiss		inverted microscope
Betadine Solution	Avrio Health L.P.	367618150092
CD31	Invitrogen	MA1-80069	Antibody for Immunohistochemistry
DAPI	Invitrogen	D1306	Antibody for Immunohistochemistry
DemeLON Nylon black 10-0	DemeTECH	NL76100065F0P	10-0 Nylon suture
ETFE IV Catheter, 18G x 2	TERUMO SURFLO	SR-OX1851CA	intubation cannula
Micro Clip 8mm	Roboz Surgical Instrument Co.	RS-6471	microvascular clamps
Nylon black monofilament 11-0	SURGICAL SPECIALTIES CORP	AA0130	11-0 Nylon
O.C.T. Compound	Tissue-Tek	4583	Embedding medium for frozen tissue specimen
p-SMAD2/3	Invitrogen	PA5-110155	Antibody for Immunohistochemistry
Rodent, Tilting WorkStand	Hallowell EMC.	000A3467	oblique shelf for intubation
Silk Sutures, Non-absorbable, 7-0	Braintree Scientific	NC9201231	Silk suture
Slug/Snail	Abcam	ab180714	Antibody for Immunohistochemistry
Undyed Coated Vicryl 5-0 P-3 18"	Ethicon	J493G	5-0 Vicryl
Undyed Coated Vicryl 6-0 P-3 18"	Ethicon	J492G	6-0 Vicryl
VE-Cadherin	Abcam	ab231227	Antibody for Immunohistochemistry
Zeiss OPMI 6-SFR	Zeiss		Surgical microscope
Zen, Blue Edition, 3.6	Zen		inverted microscope software