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Method Article
In dieser Arbeit wird ein Tiermodell der endothelial-mesenchymalen Transitions-induzierten Fibrose vorgestellt, wie sie bei angeborenen Herzfehlern wie der kritischen Aortenstenose oder dem hypoplastischen Linksherzsyndrom auftritt, das eine detaillierte histologische Gewebebewertung, die Identifizierung regulatorischer Signalwege und die Erprobung von Behandlungsoptionen ermöglicht.
Die endokardiale Fibroelastose (EFE), definiert durch subendokardiale Gewebeakkumulation, hat große Auswirkungen auf die Entwicklung des linken Ventrikels (LV) und schließt Patienten mit angeborener kritischer Aortenstenose und hypoplastischem Linksherzsyndrom (HLHS) von einer kurativen anatomischen biventrikulären chirurgischen Reparatur aus. Die chirurgische Resektion ist derzeit die einzige verfügbare Therapieoption, aber die EFE kommt häufig wieder vor, manchmal mit einem noch infiltrativeren Wachstumsmuster in das angrenzende Myokard.
Um die zugrundeliegenden Mechanismen der EFE besser zu verstehen und therapeutische Strategien zu erforschen, wurde ein für präklinische Tests geeignetes Tiermodell entwickelt. Das Tiermodell berücksichtigt, dass es sich bei EFE um eine Erkrankung des unreifen Herzens handelt, die mit Strömungsstörungen einhergeht, was durch klinische Beobachtungen belegt wird. Somit ist die heterotope Herztransplantation von neonatalen Rattenspenderherzen die Grundlage für dieses Modell.
Ein neugeborenes Rattenherz wird in den Bauch einer jugendlichen Ratte transplantiert und mit der Nebennierenaorta und der unteren Hohlvene des Empfängers verbunden. Während die Perfusion der Koronararterien die Lebensfähigkeit des Spenderherzens erhält, induziert die Stagnation des Flusses innerhalb des LV ein EFE-Wachstum im sehr unreifen Herzen. Der zugrundeliegende Mechanismus der EFE-Bildung ist der Übergang von endokardialen Endothelzellen zu mesenchymalen Zellen (EndMT), der ein gut beschriebener Mechanismus der frühen embryonalen Entwicklung der Klappen und Septen ist, aber auch die Hauptursache für Fibrose bei Herzinsuffizienz. Die EFE-Bildung kann innerhalb von Tagen nach der Transplantation makroskopisch beobachtet werden. Die transabdominelle Echokardiographie wird verwendet, um die Lebensfähigkeit, Kontraktilität und Durchgängigkeit der Anastomosen zu überwachen. Nach der Euthanasie wird das EFE-Gewebe entnommen und weist die gleichen histopathologischen Merkmale auf wie menschliches EFE-Gewebe von HLHS-Patienten.
Dieses In-vivo-Modell ermöglicht es, die Mechanismen der EFE-Entwicklung im Herzen zu untersuchen und Behandlungsoptionen zu testen, um diese pathologische Gewebebildung zu verhindern, und bietet die Möglichkeit für eine allgemeinere Untersuchung der EndMT-induzierten Fibrose.
Die endokardiale Fibroelastose (EFE), die durch die Ansammlung von Kollagen und elastischen Fasern im subendokardialen Gewebe definiert ist, zeigt sich als perlmuttartiges oder undurchsichtiges verdicktes Endokard; EFE durchläuft das aktivste Wachstum während der fetalen Periode und im frühen Säuglingsalter1. In einer Autopsiestudie waren 70% der Fälle mit hypoplastischem Linksherzsyndrom (HLHS) mit dem Vorhandensein von EFE2 assoziiert.
Zellen, die Marker für Fibroblasten exprimieren, sind die Hauptzellpopulation bei EFE, aber diese Zellen exprimieren gleichzeitig auch endokardiale Endothelmarker, was ein Hinweis auf die Herkunft dieser EFE-Zellen ist. Unsere Gruppe hat bereits zuvor festgestellt, dass der zugrundeliegende Mechanismus der EFE-Bildung eine phänotypische Veränderung von endokardialen Endothelzellen zu Fibroblasten durch einen endothelialen zu mesenchymalen Übergang (EndMT)3 beinhaltet. EndMT kann mittels immunhistochemischer Doppelfärbung für Endothelmarker wie Cluster of Differentiation (CD) 31 oder vaskuläres Endothel (VE)-Cadherin (CD144) und Fibroblastenmarker (z. B. Alpha-Glattmuskel-Aktin, α-SMA) nachgewiesen werden. Darüber hinaus haben wir bereits die regulatorische Rolle des TGF-ß-Signalwegs in diesem Prozess mit der Aktivierung der Transkriptionsfaktoren SLUG, SNAIL und TWIST3 nachgewiesen.
EndMT ist ein physiologischer Prozess, der während der embryonalen Herzentwicklung auftritt und zur Bildung der Septen und Klappen aus endokardialen Polstern führt4, aber auch Organfibrose bei Herzinsuffizienz, Nierenfibrose oder Krebs verursacht und eine Schlüsselrolle bei vaskulärer Atherosklerose spielt 5,6,7,8. EndMT bei Herzfibrose wird hauptsächlich über den TGF-β-Signalweg reguliert, wie wir und andere berichtet haben 3,9. Es wurden verschiedene Stimuli beschrieben, die EndMT induzieren: Entzündung 10, Hypoxie11, mechanische Veränderungen 12 und Flussstörungen, einschließlich Veränderungen des intrakavitären Blutflusses 13, und EndMT kann auch eine Folge einer genetischen Erkrankungsein 14.
Dieses Tiermodell wurde unter Verwendung der Schlüsselkomponenten der kardialen EFE-Entwicklung entwickelt, nämlich Unreife und Veränderungen des intrakavitären Blutflusses, insbesondere Flussstagnation. Die Unreife wurde durch die Verwendung von neugeborenen Rattenherzen als Spender erfüllt, da bekannt ist, dass neugeborene Ratten unmittelbar nach der Geburt entwicklungsunreif sind. Die heterotope Herztransplantation bot die Möglichkeit einer intrakavitären Flussrestriktion15.
Aus klinischer Sicht ermöglicht dieses Tiermodell eine bessere Untersuchung des Einflusses von EndMT auf die wachsende linke Herzkammer (LV). Die Wachstumseinschränkung, die dem fetalen und neonatalen Herzen durch die EndMT-induzierte EFE-Bildung auferlegt wird16, schließt Patienten mit linksventrikulären Ausflusstraktobstruktionen (LVOTO) wie angeborener kritischer Aortenstenose und hypoplastischem Linksherzsyndrom (HLHS) von einer kurativen anatomischen biventrikulären chirurgischen Reparatur aus17. Dieses Tiermodell erleichtert die Untersuchung der zellulären Mechanismen und der Regulation der Gewebebildung durch EndMT und ermöglicht die Erprobung pharmakologischer Behandlungsoptionen 3,18.
Die transabdominelle Echokardiographie wird verwendet, um die Lebensfähigkeit, Kontraktilität und Durchgängigkeit der Anastomosen zu überwachen. Nach der Euthanasie kann die EFE-Bildung innerhalb von 3 Tagen nach der Transplantation makroskopisch beobachtet werden. EFE-Gewebe zeigt die gleichen histopathologischen Merkmale wie humanes EFE-Gewebe von Patienten mit LVOTO.
Daher kann dieses Tiermodell, obwohl es für den pädiatrischen Einsatz im Spektrum des HLHS entwickelt wurde, bei der Untersuchung verschiedener Krankheiten angewendet werden, die auf dem molekularen Mechanismus von EndMT basieren.
Alle Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit dem Nationalen Forschungsrat durchgeführt. 2011. Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren: Achte Auflage. Die Tierprotokolle wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee am Boston Children's Hospital geprüft und genehmigt.
Vor der Operation werden alle chirurgischen Instrumente dampfautoklaviert und modifizierter Krebs-Henseleit-Puffer mit einer Endkonzentration von 22 mmol/L KCl als kardioplegikerische Lösung hergestellt (Tabelle 1). Die Lösung wird filtersterilisiert und über Nacht bei 4 °C gelagert. Ein Operationsmikroskop (12,5x) ist für die heterotope neonatale Rattenherztransplantation erforderlich.
1. Vorbereitung und Anästhesie
2. Chirurgische Vorbereitung und heterotope Transplantation des neonatalen Spenderherzens in der Empfängerratte
3. Entnahme des Spenderherzens für Neugeborene
4. Rückgewinnung des Empfängers und Überwachung des Transplantats
Lebensfähigkeit und Schlagen des Transplantats
In dieser Arbeit wurde die Lebensfähigkeit des Transplantats visuell beurteilt, nachdem alle Klammern entfernt worden waren, und es wurde eine ungefähre Reperfusionszeit von 10-15 Minuten mit offenem Abdomen zur Beobachtung des Transplantats zugelassen. Das gleiche Scoring-System zur objektiven Überprüfung der Transplantatlebensfähigkeit wurde für die visuelle Beurteilung am Ende der Operation und für die Echokardiographie an POD 1, POD 7 und POD ...
Dieses Tiermodell der heterotopen Transplantation eines neonatalen Spenderrattenherzens in den Bauch des Empfängers schafft die Möglichkeit, die EndMT-abgeleitete Fibrose durch detaillierte histologische Gewebeauswertung zu untersuchen, regulatorische Signalwege zu identifizieren und Behandlungsoptionen zu testen. Da EndMT der zugrundeliegende Mechanismus für fibrotische Erkrankungen des Herzens ist, hat dieses Modell einen großen Wert im Bereich der pädiatrischen Herzchirurgie und darüber hinaus. In diesem Modell ...
Nichts.
Diese Forschung wurde gefördert durch Additional Ventures - Single Ventricle Research Fund (SVRF) und Single Ventricle Expansion Fund (to I.F.) sowie ein Marietta Blau Stipendium der OeAD-GmbH aus Mitteln des österreichischen Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft und Forschung BMBWFC (an G.G.).
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 |
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