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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Per comprendere la fisiopatologia dell'adattamento del ventricolo destro (RV) a carichi anomali, i modelli sperimentali sono fondamentali. Tuttavia, la valutazione delle dimensioni e della funzione dei camper è complessa e impegnativa. Questo protocollo fornisce un metodo per eseguire la risonanza magnetica cardiaca (CMR) come procedura di riferimento non invasiva nei topi sottoposti a carico di pressione del ventricolo destro.
La funzione e l'insufficienza ventricolare destra (RV) sono i principali determinanti dell'esito nelle cardiopatie acquisite e congenite, inclusa l'ipertensione polmonare. La valutazione della funzione e della morfologia del ventricolo destro è complessa, in parte a causa della forma complessa del ventricolo destro. Attualmente, la risonanza magnetica cardiaca (CMR) è lo standard di riferimento per la valutazione non invasiva della funzione e della morfologia del ventricolo destro. L'attuale protocollo descrive l'imaging CMR in un modello murino del carico di pressione del ventricolo destro indotto dal banding dell'arteria polmonare (PAB). Il PAB viene eseguito posizionando una sutura 6-0 attorno all'arteria polmonare su un ago da 23 G. Il gradiente PAB viene determinato utilizzando l'ecocardiografia a 2 e 6 settimane. A 6 settimane, la morfologia e la funzione del ventricolo destro e sinistro vengono valutate misurando i volumi e la massa sia telesistolica che telediastolica da dieci a undici fette cine di 1 mm di spessore utilizzando uno scanner a risonanza magnetica da 9,4 T dotato di un gradiente di 1.500 mT/m. Risultati rappresentativi mostrano che il PAB induce un aumento significativo del carico pressorio del ventricolo destro, con effetti significativi sulla morfologia biventricolare e sulla funzione del ventricolo destro. È stato anche dimostrato che a 6 settimane di carico pressorio destro, la gittata cardiaca viene mantenuta. Qui viene presentato un protocollo riproducibile per la quantificazione della morfologia e della funzione biventricolare in un modello murino di carico di pressione del ventricolo destro e può servire come metodo per esperimenti che esplorano i determinanti del rimodellamento e della disfunzione del ventricolo destro.
I pazienti con malattie cardiovascolari acquisite e congenite, inclusa l'ipertensione polmonare (PH), sono a rischio di disfunzione e insufficienza ventricolare destra (RV)1. L'adattamento del ventricolo destro a seguito di un aumento del carico pressorio è caratterizzato da ipertrofia concentrica negli stadi iniziali e da dilatazione progressiva nello stadio terminale della malattia. Inoltre, è associato a disturbi del metabolismo e della matrice extracellulare, processi infiammatori e, infine, insufficienza ventricolare ventricolare destra 2,3,4,5,6. Sono stati sviluppati modelli animali per esplorare i processi sottostanti alla progressione verso il fallimento del ventricolo destro. Tuttavia, l'ottimizzazione dei modelli e un'adeguata valutazione della funzione e delle dimensioni dei ventricoli sono state impegnative. Per la valutazione non invasiva della funzione e delle dimensioni del ventricolo destro, la risonanza magnetica cardiaca (CMR) è lo standard di riferimento. Questa tecnica crea immagini del cuore che batte utilizzando un forte campo magnetico e onde a radiofrequenza. La CMR è disponibile per l'uomo e per animali come i roditori da laboratorio. Poiché questi ultimi richiedono una risoluzione spaziale più elevata a causa delle dimensioni ridotte del cuore, il campo magnetico richiesto per fornire immagini adeguate deve essere più elevato rispetto agli esseri umani.
Sono disponibili più modelli che imitano il sovraccarico di pressione RV, inclusi i modelli di PH 7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 e i modelli di carico di pressione RV prossimale 2,3,10,18, 19,20,21,22,23. La scelta di un modello di PH o di un modello di carico di pressione prossimale del ventricolo destro dipende dalla domanda di ricerca: l'effetto di un intervento sulla vascolarizzazione polmonare e quindi possibilmente la modulazione del postcarico del ventricolo destro (ad esempio, i modelli di PH), o l'effetto diretto sul ventricolo destro (ad esempio, i modelli di carico di pressione prossimale del ventricolo destro). Sono disponibili diversi metodi per l'induzione sperimentale dell'ipertensione polmonare, tra cui l'uso di monocrotalina (MCT)12,13,14,16,22,24,25,26, MCT combinato con uno shunt aortocavale 9, ipossia cronica 7,27,28,29, e la combinazione di un antagonista del recettore del fattore di crescita endoteliale vascolare, Sugen 5416, con ipossia cronica 8,10,30,31. Tali modelli rappresentano modelli polmonari progressivi di carico pressorio destro prossimale e non sono mirati al sistema vascolare polmonare, ma inducono un postcarico costante per costrizione dell'arteria polmonare, con un conseguente aumento del postcarico ventricolare destrodi 2,3. Questo può essere eseguito da un bendaggio di sutura (bendaggio dell'arteria polmonare, PAB) o da una clip vascolare attorno all'arteria polmonare. Il PAB è stato eseguito in diverse specie animali e le dimensioni e la funzione cardiaca sono state studiate in vari modi, come l'istologia, l'ecocardiografia transtoracica (incluso il tracciamento dello speckle) e il cateterismo cardiaco 2,32,33,34,35,36,37,38,39,40 . Il PAB nei piccoli roditori, come i topi, è impegnativo. Questo perché sottili differenze tra la tenuta della costrizione arteriosa hanno ottenuto risultati marcati sul grado di carico di pressione del ventricolo destro e sul successivo stato funzionale e sopravvivenza. Quando la costrizione è molto stretta, l'animale morirà durante o poco dopo l'operazione, mentre il fenotipo desiderato non sarà raggiunto quando la costrizione non è abbastanza stretta. Tuttavia, l'uso dei topi presenta vantaggi rispetto ad altri animali, a causa delle eccellenti possibilità di modificazione genetica (ad esempio, modelli transgenici o knockout) e della rapida riproduzione. Questo è un valore aggiunto nello studio delle malattie e nell'esplorazione del contributo di fattori molecolari ed (epi-)genetici.
I disegni degli studi sugli animali si stanno spostando verso l'indagine dei cambiamenti temporali durante la malattia 2,3,8,13,21. Per tali studi sono necessarie modalità non invasive, perché possono essere eseguite valutazioni seriali. Alternative alla CMR nella valutazione del rimodellamento cardiaco potrebbero essere (1) la caratterizzazione dei tessuti mediante istopatologia, con più animali sacrificati in diversi punti temporali, (2) la valutazione funzionale invasiva mediante analisi pressione-volume o (3) l'ecocardiografia, che consente al ricercatore di identificare l'ipertrofia cardiaca o la dilatazione in modo non invasivo all'interno dello stesso animale in serie. La CMR presenta due principali vantaggi nella valutazione del RV: (1) la CMR è una modalità non invasiva, che consente misurazioni seriali in un animale, contribuendo così a ridurre il numero di animali necessari per gli studi, e (2) la CMR non si basa su una particolare forma geometrica e visualizza tridimensionalmente. Le misurazioni dei volumi e della funzione del ventricolo destro derivate dalla CMR si sono dimostrate accurate e sono considerate lo standard d'oro non invasivo in diverse entità cardiache nell'uomo 42,43,44,45, ma non erano ancora state tradotte in un protocollo CMR per i topi con sovraccarico di pressione del ventricolo destro.
In letteratura sono descritti molti modelli di PAB, ma con un'elevata eterogeneità nei metodi di valutazione degli effetti emodinamici e della funzione e dell'adattamento del ventricolo destro. Questo protocollo delinea la procedura del PAB nei topi con la validazione del modello misurando il gradiente di PAB mediante ecocardiografia e valutando le dimensioni e la funzione cardiaca con CMR. Mentre un protocollo di CMR negli animali sottoposti a PAB è stato pubblicato per i ratti, questa combinazione non è stata descritta per i topi fino ad ora. Mentre i ratti sono più comunemente usati per i modelli PH 8,12,13,14,15,16,22,24,25,26,27,28,29,30,31,46 , i topi sono più spesso utilizzati per studi transgenici o knock-out e quindi contribuiscono alla nostra comprensione dei meccanismi nel fallimento del ventricolo destro sotto pressione. Questo protocollo potrebbe costituire la base per studi futuri per svelare le vie di segnalazione coinvolte nella transizione verso il fallimento del ventricolo destro.
Tutti gli esperimenti e la cura degli animali sono condotti secondo la legge olandese sulla sperimentazione animale e sono conformi alla Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio pubblicata dal National Institutes of Health degli Stati Uniti. Il Comitato per gli esperimenti sugli animali dell'Università di Groningen, nei Paesi Bassi, ha approvato l'attuale protocollo sperimentale (numero di autorizzazione: 2014-041/3005).
1. Alloggio e acclimatazione
2. Chirurgia del bendaggio dell'arteria polmonare
3. Ecocardiografia
4. Risonanza magnetica cardiaca
5. Analisi statistiche
Il tasso di mortalità della procedura chirurgica PAB è di circa il 10%. I risultati presentati mostrano le caratteristiche dei topi nei gruppi sham (n = 5) e PAB (n = 8). Come mostrato nella Figura 3, i valori del gradiente di PAB sono aumentati significativamente rispetto agli animali fittizi a 2 e 6 settimane dopo il PAB. Questo aumento del carico ha causato la dilatazione del ventricolo destro espressa come aumento del ventricolo destro, dell'EDV e dell...
Questo protocollo fornisce un metodo riproducibile per il PAB nei topi e la successiva valutazione del rimodellamento cardiaco e dell'adattamento funzionale utilizzando la CMR.
Il PAB si differenzia dagli altri modelli di carico di pressione RV aumentato perché comporta un aumento assoluto e statico del postcarico senza la presenza di altri trigger. Il carico di pressione del ventricolo destro nei modelli di ipossia, monocrotalina, shunt o una combinazione di...
Il Centro Medico Universitario di Groningen ha stipulato un contratto con Actelion e Lilly per le attività di consulenza di R.M.F. Berger al di fuori del contenuto di questo manoscritto. Gli altri autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.
Vorremmo ringraziare P. Da Costa-Martins per il suo supporto con gli esperimenti sugli animali in questo studio.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
14.0 MHz i13L-echocardiography transducer | GE Healthcare, Waukesha, WI, USA | ||
20G cannula | |||
23G needle | |||
9.4T magnetic resonance scanner with 1,500 mT/m gradient set | Bruker BioSpin, Ellingen, Germany | ||
Anesthesia induction chamber | |||
Blunt 25G needle | |||
Buprenorphine | |||
Chloride-hexidine | |||
CMR post-processing software | Medis Medical Imaging Systems, Leiden, The Netherlands | Qmass version 7.6 | |
Data visualisation and statistical software | GraphPad Prism Inc, La Jolla, CA, USA | software version 7.02 | |
Echocardiography machine | GE Healthcare, Waukesha, WI, USA | Vivid Dimension 7 | |
Eye ointment | |||
Heat mat | |||
Incubator (37°C) | |||
Isoflurane | |||
Isoflurane evaporator | |||
Miniventilator for rodents | Hugo Sachs | model 687 | |
monofilament polypropylene 5-0 sutures | |||
monofilament polypropylene 6-0 sutures | |||
Needle and syringe for subcutaneous injections | |||
Pediatric electrocardiogram-stickers | |||
pure polyglycolic acid 5-0 sutures | |||
Sterile surgical instruments | |||
Ventilation mask |
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