使用左前部降冠动脉的永久结扎的月心肌梗死模型

摘要

在这里，我们描述了一个外科手术，演示如何实现小鼠左前下降冠状动脉的永久结扎。该模型对研究心肌梗死的病理生理学和伴随的生物过程具有十分相关的意义。

摘要

心肌梗死（MI）和急性冠心病是西方生活方式人群死亡的最突出原因之一。具有左前下降（LAD）冠状动脉永久结扎的MI的鼠模型与人类MI的紧密模仿。Murine 模型受益于当今广泛的基因工程。在此，我们提出了一种通过永久LAD冠状连接治疗心肌梗死的可重复的小鼠手术模型。我们的技术包括用氯胺酮/西拉津麻醉，可以通过给对手进行快速逆转，无需气管切开进行机械辅助通气，使用外在阳性进行通气最终呼气压力（PEEP），以避免肺泡崩溃，一种胸腔切除术方法，限制对骨骼肌肉的最小手术病变，以及无胸腔的肺膨胀。这种方法具有稀疏侵入性，可重复，可降低术后死亡率和并发症。

引言

急性心肌梗死（MI）是缺血性心脏病（IHD）最严重的表现。IHD是全世界，特别是在西方国家，疾病和死亡^{的主要原因。}因此，它对医疗体系产生了巨大的经济^影响。MI的特点是动脉冠状动脉被动脉粥样硬化斑块遮挡，随后在心肌的大部分地区抑制血流。心肌缺氧导致心肌缺血死亡。这种病理状况触发心室组织的反应，最终导致心室功能缺陷，重塑和心力衰竭3。MI 是一种复杂的病理生理学条件，涉及多个复杂的生物过程，包括调节性细胞死亡、对氧化应激的反应、炎症、伤口愈合、纤维化和心室重塑。其中一些生物反应被建模为体外个体过程，如坏死引起的损伤相关分子模式和相关炎症反应^释放4。这些简化的模型对于理解 MI 至关重要。然而，只有体内模型才能提供对MI反应的生物过程复杂性的真实图像。

尽管在大型动物（如猪）中的MI模型可能与MI的人类病理生理学有更密切的联系，但鼠模型的力量在于基因工程提供的可能性，这种可能性比任何其他哺乳动物物种都更先进。其他不可忽视的方面是相对低廉的成本和手术设置的简单性。

值得一提的是，心肌缺血再灌注的模型可以表现出与永久MI模型不同的结果。生物过程，如细胞死亡的类型，质量/振幅或动能的炎症和伤口愈合反应在心肌组织可能根据模型5，6，7有所不同。然而，这种永久冠状动脉闭塞方案可以很容易地适应，以获得缺血再灌注模型。

该方法与MI的理疗学相关研究不进行再灌注，允许监测从冠状动脉闭塞（分钟）到晚期心力衰竭（周）在当地心脏组织和全身发生的病理过程水平。

研究方案

本议定书中描述的动物实验经沃州动物伦理委员会审查并批准。

注:对于这些实验，我们使用雄性C57Bl/6J小鼠，体重在25克至30克之间，年龄为8-12周。老鼠在常规条件下喂食小颗粒和水。外科设备以前已经消毒。实验者应戴上无菌手术手套和手术面罩，以限制污染和术后感染。

1. 麻醉和气管罐。

1. 称量鼠标以确定麻醉药的剂量、术后镇痛药物和呼吸机的潮量。在 37°C 下预热加热垫。手术设置如图1所示。
2. 以80mg/kg和10mg/kg的剂量混合注射氯胺酮和木兰素小鼠。
3. 使用电动剃须刀快速剃须喉咙和肋骨笼左侧的小鼠毛皮。
4. 通过捏住尾巴和/或后脚检查麻醉深度，并将动物放在加热垫上的苏平位置。在动物头部下放置一个小纱布压缩，以避免眼睛过热。涂抹眼凝胶，避免眼部干燥。
5. 用胶带固定在加热垫表面的四肢。将 5-0 丝质缝合线绕在上切口下，用胶带将环的四肢粘在加热垫上。这将保持动物的嘴开放，并方便罐。
6. 在预刮的面积上涂抹脱毛霜，用棉签轻轻按摩1分钟。用纱布擦去多余的毛皮和奶油。使用 0.9% 的盐水溶液和纱布滴清洁切口区域。将无菌纱布涂在被割的咽喉和胸部，浸泡在碘多波维酮中。
   注:我们建议在切口部位应用局部麻醉药物（利多卡因或布皮瓦卡因）。
7. 将呼吸机设置为 7 mL/kg 的潮汐体积和 140 冲程/分钟的通风速率。
   注:从现在开始，在显微外科立体显微镜下工作。
8. 将皮肤放在喉咙的中心，用小剪刀在用牛/头线进行0.5厘米的切口。分离唾液腺的叶，然后轻轻地分离肌膜筋膜与弯曲的解剖钳，直到喉和气管可见。用连接到弹性带的伸缩器固定开口边缘。
   注意:执行此步骤时不要割裂肌肉。训练有素的操作员将能够通过口腔对动物进行插管，而无需将气管可视化，使此步骤成为可选步骤。
9. 轻轻地握住舌头侧身。用钳子将16 G形管的钝化内针插入气管。通过咽喉切口将正确插入气管可视化。
10. 将导管连接到通风机，通过将排气管放入水中，确保正确通风。气泡的存在表示正确的插管。
    注:为了保持组织在操作过程中潮湿，在喉切口上浸泡0.9%盐水溶液和碘多波维酮的无菌纱布。在手术过程中控制水分。

2. LAD冠状动脉的结扎

1. 从胶带上松开左前爪，小心地将鼠标移到右侧的脱皮位置。一旦动物处于正确位置，固定左前肢。
2. 识别左胸肌小肌肉和主要肌肉之间的线，并在1厘米上用剪刀在线条后进行倾斜的皮肤切口。用解剖钝微剪刀，单独的胸肌筋膜没有切口。保持胸肌分开，用收缩器连接到弹性带。
3. 将呼吸机设置为 3 cm H₂O 的正端呼气压力 （PEEP）。
4. 在第三^和第四肋骨之间的^第三个中间空间使用钝钳打开胸腔。避免接触内胸动脉，因为有出血的危险。不要触摸心脏或肺。将两个缩回器放入肋骨中，每个肋骨上一个（图2A）。
5. 用弯曲的细钳，小心地取出心包，并拉开它，而不会伤害心脏和肺部。
6. 找到左前下降（LAD）冠状动脉。LAD 动脉显示为一条浅红色的浅线，从左侧动脉边缘向顶点跑去。
7. 使用针架在 LAD 下向左 atria 下方 2 到 3 mm 下传递 7-0 丝质缝合线。慢慢拉丝绸，避免心脏组织撕裂。用三个结扎结。左心室左下部在连接后会立即变苍白（图2B-E）。
   注意:重要的是不要太深地进入心室或保持太肤浅。对于假操作的动物，将缝合丝拉到 LAD 下，慢慢去除，避免组织撕裂。
8. 松开肋骨伸缩器，用钳子握住^第三肋骨，并在第三^{排和第四根}肋骨下用 6-0 丝线缝合两次。
   注意:不要穿孔心脏或肺。不要拧紧结。
9. 将三滴 37 °C 0.9% 盐溶液放在开口上，并关闭过期排气管 2 或 3 个呼吸循环，以适当充气肺部。拧紧缝合线，用两次投掷固定。
10. 释放保持肌肉的伸缩器，帮助他们找回正确的位置。
11. 关闭胸肌皮肤与两针5-0缝合丝绸和安全与两个抛出。关闭喉咙皮肤与一针5-0缝合丝绸和确保与两个抛出。

3. 术后程序和后续行动。

1. 从四肢上取下胶带。在动物右侧的加热垫上放置一个压缩器。
   注:从麻醉到这一点的整体过程不应超过40-45分钟。可选注射IP 0.2 mL的阿提帕美酮浓度为0.1毫克/mL，以加快唤醒过程。
2. 内腹注射0.3 mL的5%葡萄糖溶液在37°C前预热。
3. 小心地将动物放在腹腔的压垫上。
4. 停止呼吸机;如果老鼠自发呼吸，小心地取出导管。
5. 注射皮下（SC）0.1毫克/千克丁丙诺啡，将小鼠置于30°C加热的预加热笼中，用100%O₂通风，至少1小时。 监测小鼠是否有任何危及生命的情况，如过度呼吸困难或出血。
6. 在手术后的头两天，每天监测小鼠两次。每天注射SC 0.1毫克/千克丁丙诺啡两次。腹内注射0.3 mL 0的5%葡萄糖溶液每天两次。为小鼠提供软饮食和水。如有必要，使动物热身。
   注:除了阿片类药物外，动物还应在饮食中混合或饮用水稀释的非类固醇消炎药。
7. 从第三天起，如果动物出现任何与一般外观、呼吸或行为有关的异常迹象，每天注射SC 0.1毫克/千克丁丙诺啡。如果动物仍在减肥，每天两次注射0.3 mL的5%葡萄糖溶液。如有必要，加热动物。
   注意:必要时严格应用预定义的中断标准，以避免过度痛苦。通常小鼠在第3天和第4天减重，然后体重增加。七天后，小鼠通常会恢复手术前的重量。

结果

老鼠在手术后七天被安乐死。动物用80毫克/千克氯胺酮和10毫克/千克木氨酸麻醉。在麻醉下，从卡瓦酒中抽取血液，并取样心脏。阿特里亚被移除，心肌被洗在冰冷的PBS中。对于缺血区的测量，心脏在-20°C下冷冻40分钟，然后在含有2%氯化三烯酰二甲苯（TTC）的PBS中，在37°C下切片和染色20分钟。心脏切片在室温下在4%缓冲的甲醛溶液中过夜。缺血区保持未染色，而活组织由于脱氢酶的存在而染成红色。缺血区是使用成像软件计算左心室（LV）的白色面积的百分比（图3A，B）。在生物化学和分子生物学分析中，心脏被液氮冷冻。在液氮上研磨心脏后，器官粉末用于蛋白质和mRNA提取。通过西方对α平滑肌活动（βSMA）和SMAD2磷酸化的体位分析，评估了梗死心脏心肌组织纤维化的程度，它们分别是肌纤维细胞和TGF®信号激活的主要读出物（图 3C.Tgfb的mRNA表达，以及下游目标Ctgf、Postn和Il11都是心肌纤维化的指标。 实时聚合酶链反应（PCR）分析（图3D）显示了这一点。

支持炎症信号通路和亲炎基因的表达通常在心肌梗死后的第一周内被激活。NF-βB p65转录因子的磷酸化是炎症的标志，在MI小鼠的整个心肌提取物中观察到（图3E）。通过实时PCR（图3G）对亲炎基因Il1b、Il6和Cxcl10（图3F）和单核细胞/巨噬细胞标记Cd14和Mertk的mRNA表达进行了分析。请注意，NF-βB p65 和 SMAD2 磷酸化的范围存在变异性（图 3C、E、通道 4-7）。这种变异性很大程度上取决于梗死的大小。

图 1: 手术设置的描述。（A） 手术设置包括经过改造的加热垫、呼吸机和连接到弹性带的伸缩器。（B） 手术中使用的剪刀、钳子和针架。（C） 微型缩回器的特写。未显示:手术立体显微镜。请点击此处查看此图的较大版本。

图 2:手术和LAD结扎的代表性图像。（A） 用缩回器打开胸部.左心室很明显。上、左、下伸缩器保持肋骨，右伸缩器保持胸肌。（B） 针头在LAD下穿过.（C） 缝合丝在LAD下穿过，进入左心室.（D） LAD 上的单针。（E） 结扎程序结束， 缝合用三节固定.（F） 心脏前视图的表示。LAD 结扎的位置在 LAD 左 atria 下方 2-3 mm 和 LAD 对角分支上方。请点击此处查看此图的较大版本。

图 3:整个心肌纤维化和炎症在手术后七天提取。（A） 手术后七天，一个被切开的心脏的TTC染色的代表性图像。苍白缺血区保持无色和白色，而活组织被染成红色。结扎在第三片从左边可见。（B） 使用TTC染色技术测量了五颗梗死心脏缺血区的大小。结果为左心室（LV）白色面积的百分比。（C） 作为纤维化指标的SMAD2磷酸化和α-SMA表达的西方斑点分析。（D） Tgfb、 Ctgf、 Postn和Il11的 mRNA 表达在整个心肌提取物中.（E） NF-βB p65 磷酸化在整个心肌提取物中的西方斑点。（F） mRNA表达的亲炎基因Il1b， Il6和Cxcl10在整个心肌提取物.（G） Cd14和Mertk的mRNA表达分别作为单核细胞/巨噬细胞和食细胞和食细胞心肌存在指标.N = 3 在假和 N = 4 在 MI 组中。对于 mRNA 表达式分析，表达式相对于内源对照 Rps18，组比较是未配对的学生 T 测试，[p = 0.05，{p } 0.01，= p = 0.001。在面板 B、D、F 和 G 误差条中，误差条表示标准偏差。 请点击此处查看此图的较大版本。

讨论

此过程的第一个关键步骤肯定是插管。我们使用16G导管的钝化内针作为气管管。我们不建议将此设置与重量小于 22 g 的小鼠一起使用。有了这个设置，可能很难插管小鼠适当的体重较小，而不损坏气管。另一个关键点是限制肌肉的切口，同时暴露气管和肋骨。减少组织损伤非常重要，尤其是在研究MI之后的炎症过程时。这就是为什么我们更喜欢用钳子和缩回器温和地散开肌肉和肋骨8，9。我们不使用电动烧灼器来控制出血10。这可能导致异体烧伤，并倾向于感染。创伤和感染都可能偏向炎症读出。应用3cm H₂O的外在PEEP，将通风废气插入水管，限制胸腔切除术期间最终呼气泡结。LAD的定位是另一个关键步骤，人们应该记住，冠状动脉的解剖结构可能因^小鼠11的菌株和基因型而异。它需要一些经验来可视化 LAD，但是，按照程序所述，将缝合线直接放置在左侧牙套下方 2-3 mm，应允许正确定位结扎。缝合线下左心室大部分立即变色，证实了其准确性。最后，人工应用自动PEEP，在胸闭期间阻塞通风排气2-3个呼吸循环，使肺部出现暂时性恶性通货膨胀，这将有助于从胸^腔12中追逐空气。我们故意不执行胸腔，如9，10所示。 这样，我们限制肺和心脏受伤的风险，避免过多的组织损伤或穿孔。

心肌缺血再灌注（I/R）是一种相关的手术模型，模仿在诊所对MI患者进行的冠状血流恢复。在I/R模型中，冠状动脉的瞬态闭塞是通过将一根管子拧紧到LAD上，持续20至45分钟8，13。然后释放闭塞，使心肌在所需的持续时间内重新灌注。这种简单的修改应用于我们的协议可以很容易地把它变成I/R模型4，8，14，15。心肌梗死可以通过心脏肌钙蛋白T8、10的血液测试或回声心电^图15进行确认。

MI 与 I/R 模型不同，因为再灌注本身会导致损伤。MI诱导更多的组织坏死和凋亡在重新融合^心肌5中更为明显。在MI和IR中，炎症细胞渗透的动力学也不同，MI7免疫细胞的心肌渗透延迟。在永久结扎和I/R^模型15之间，梗塞区域的大小和位置也会有所不同。请记住，由于 I/R 和永久 MI 模型不等效，因此在选择相关模型时必须谨慎。心肌梗死的另一个动尿模型是低温心肌模型。在LV前壁上应用低温探针可诱导LAD动脉中心室组织和血流抑制的冻结。然而，这种技术不同于MI和I/R技术关于改造和炎症反应的时间和振幅16，17。

变异性是任何外科手术的一个限制。这种变异性依赖于生物差异。一个很好的例子是^小鼠11的冠状动脉排列的变化。它还依赖于实验者的技能。值得一提的是，为了达到这一模型的稳定结果，必须对实验者进行适当的培训。训练有素的实验者可以很容易地产生可重现的梗塞尺寸（图3A-B）。模型的死亡率取决于LAD的位置、实验的持续时间（天、周）、小鼠菌株和基因型。麻醉和镇痛药物的类型也可能影响具有假定性心脏保护或心抑郁作用的实验结果。在我们手中，这种模式的全球死亡率为25-30%。亡率包括实验结束前的自发死亡和牺牲，无论菌株和实验持续时间如何。大多数死亡或牺牲是在手术后的第二天和第四天之间。对动物实行严格的疼痛管理和随访可以降低死亡率。

在这里，我们介绍使用TTC染色和表达蛋白质和基因在LV中分别由西方印迹和实时PCR参与的炎症或纤维化过程的梗塞大小代表性的结果（图3C-G）。也可以通过酶连结免疫吸附测定（ELISA）或酶测定法测量许多这些参数。当然，根据需要测试的假设，这种方法可以遵循任何功能分析，通过超声波，MRI或室内导管测量压力和体积。也可以提取心脏，并进一步研究分离细胞的心脏细胞生物学。总体而言，具有LAD冠状动脉永久结扎的MI模型对于评估炎症和纤维化过程、伤口愈合和心肌梗死后心脏功能的变化特别有用。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 CC Syringe, Omnifix-F	B. Braun	9161406V
30G- Needle	BD Microlance 3	304000
70% Ethanol
Betadine 60 ml	MundiPharma
Blunt Retractors	Fine Science Tools	18200-09
Castroviejo Needle Holder Straight with Lock	Roboz	RS-6416
Cotton Swabs	Applimed SA	6001109
Dissecting Scissors, Curved	Aesculap	BC603R
Electrical Razor	Remington	HC720
Glucose 5% B.Braun	B. Braun	531032
Hair Removal Cream, Veet	Silk & Fresh Tech.	8218535
Iris Dissecting Forceps Full Curved	Aesculap	OC022R
Ketasol 100 (100 mg/ml)	Dr. E. Graeub AG	QN01AX03
Micro Scissors, Curved Blunt/Blunt	Aesculap	FM013R
NaCl 0.9% B. Braun	B. Braun	534534
Short Fixator	Fine Science Tools	18200-01
Silk Suture 5-0, BB	Ethicon	K880H
Silk Suture 6-0, P-1	Ethicon	639H
Silk Suture 7-0,BV-1	Ethicon	K804
Student Dumont #7 Forceps	Fine Science Tools	91197-00
Student Fine Forceps-Angled	Fine Science Tools	91110-10
Surgical Gloves	Weitacare	834301
Surgical heating pad	Personalized setting
Temgesic  sol 0.3 mg/ml  Buprenorphine	Indivior Schweiz AG	N02AE01
Tracheal tube inner needle of an 16G i.v. cat	Abbocath-T	G714-A01
Universal S3 Microscope, OMPIMD	Zeizz
Ventilator, MiniVent Model 845	Harvard Apparatus	73-0043
Viscotears	Alcon	1551535
Xylasol (1mg/ml)	Dr. E. Graeub AG	QN05CM92