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* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Il modello di ischemia-riperfusione miocardica del cuore di ratto viene migliorato utilizzando un riavvolgitore autoprodotto, un tubo di cloruro di polivinile e un metodo di annodatura unico. L'elettrocardiogramma, il cloruro di trifeniltetrazolio e la colorazione istologica e i risultati dell'analisi percentuale di sopravvivenza hanno mostrato che il gruppo modello migliorato ha tassi di successo e sopravvivenza più elevati rispetto al gruppo modello già esistente.
L'ischemia miocardica e il danno da riperfusione (MIRI), indotti dalla malattia coronarica (CHD), causano danni ai cardiomiociti. Inoltre, le prove suggeriscono che la terapia trombolitica o l'intervento coronarico percutaneo primario (PPCI) non previene le lesioni da riperfusione. Non esiste ancora un modello animale ideale per MIRI. Questo studio mira a migliorare il modello MIRI nei ratti per rendere la chirurgia più facile e più fattibile. Un metodo unico per stabilire MIRI viene sviluppato utilizzando un tubo morbido durante una fase chiave del periodo ischemico. Per esplorare questo metodo, trenta ratti sono stati divisi casualmente in tre gruppi: gruppo fittizio (n = 10); gruppo modello sperimentale (n = 10); e il gruppo di modelli esistente (n = 10). I risultati della colorazione del cloruro di trifeniltetrazolio, dell'elettrocardiografia e della sopravvivenza percentuale vengono confrontati per determinare le precisioni e i tassi di sopravvivenza delle operazioni. Sulla base dei risultati dello studio, è stato concluso che il metodo chirurgico migliorato è associato a un tasso di sopravvivenza più elevato, a un segmento ST-T elevato e a una maggiore dimensione dell'infarto, che dovrebbe imitare meglio la patologia di MIRI.
La cardiopatia ischemica è la principale causa di mortalità in tutto il mondo. La mortalità cardiovascolare ha un ruolo cruciale nella salute pubblica e nell'epidemiologia a livello globale1. L'ischemia miocardica e il danno da riperfusione svolgono funzioni essenziali nella cardiopatia ischemica, che si riferisce a un complesso processo fisiopatologico che include l'esaurimento dell'adenosina trifosfato2, l'eccessiva generazione di specie reattive dell'ossigeno3, le reazioni infiammatorie4 e la disfunzione mitocondriale dovuta al sovraccarico di calcio5, che innesca l'infarto miocardico acuto attraverso la disfunzione metabolica e il danno strutturale6.
Tuttavia, i meccanismi dettagliati alla base dell'ischemia miocardica e del danno da riperfusione (MIRI) rimangono sconosciuti. Il presente lavoro mira a sviluppare un modello animale unico che simula adeguatamente la presentazione clinica e il trattamento di MIRI. Altrimenti, nel processo di ricerca del modello MIRI, i grandi animali7 (come i maiali) richiedono un intervento chirurgico, che è costoso. I piccoli animali (come i conigli8, i topi 9,10,11,12 e i ratti 13) richiedono un delicato intervento chirurgico al microscopio10, sacculi telecomandati 8,11 o spremere il cuore dalla cavità9, che richiede un alto livello di tecnologia e può causare diverse complicazioni postoperatorie che disturbano l'accuratezza dei risultati. Un modello MIRI ideale con un tasso di sopravvivenza più elevato e un costo inferiore svolgerà un ruolo cruciale nella ricerca patologica.
Questo studio mirava a combattere questi problemi stabilendo un modello più accessibile e fattibile di MIRI nei ratti per facilitare la ricerca sulla patologia di MIRI, che potrebbe portare alla scoperta di terapie cliniche per MIRI.
Lo studio è stato approvato dal Comitato per la cura e l'uso degli animali dell'Università di Medicina Cinese di Nanchino (permesso n. 202004A002). Lo studio ha seguito rigorosamente le linee guida del National Institutes of Health (NIH) sull'uso degli animali da laboratorio (pubblicazione NIH n. 85-23, rivista nel 2011). Trenta ratti maschi Sprague-Dawley (peso, 300 ± 50 g; età, 12 ± 14 settimane) sono stati utilizzati in questo lavoro.
1. Preparazione animale
2. Procedura chirurgica
3. Valutazione della colorazione del cloruro di trifeniltetrazolio
4. Colorazione istologica
5. Valutazione ECG
6. Analisi statistica
Colorazione TTC
Le sezioni cardiache di ratti che hanno subito la procedura MIRI esistente o migliorata o un intervento chirurgico fittizio sono state macchiate con TTC e le immagini sono state archiviate digitalmente e analizzate utilizzando ImageJ. I ratti sottoposti alle procedure MIRI già esistenti o migliorate hanno avuto infarti miocardici, mentre i ratti del gruppo sham non lo hanno fatto (Figura 2B). Rispetto ai ratti del gruppo sham, i ratti nei gruppi modello MIRI esistenti (p < 0,0001) e sperimentali (p < 0,0001) avevano una differenza significativa nella dimensione dell'infarto miocardico e il gruppo modello sperimentale aveva una dimensione dell'infarto miocardico più grande rispetto al gruppo modello esistente (p = 0,0176) (Figura 3B).
Colorazione istologica
L'analisi di campioni colorati utilizzando macchie di H&E e Masson 22,23 ha mostrato che rispetto al gruppo sham, i cardiomiociti sia del gruppo modello sperimentale che di quello esistente avevano subito danni critici e nucleolisi ed erano infiltrati da numerosi neutrofili (Figura 3).
Test ECG
I segmenti ECG ST-T dei ratti nei gruppi modello MIRI esistenti e sperimentali sono stati elevati rispetto a quelli dei ratti nel gruppo sham (Figura 4A) e le differenze tra il modello sperimentale e i gruppi sham (p < 0,0001) o il modello esistente e i gruppi sham (p < 0,0001) sono state significative (Figura 4B). Inoltre, il segmento ST-T era più elevato nel gruppo modello sperimentale rispetto al gruppo modello esistente (p = 0,0274) (Figura 4C).
Percentuale di sopravvivenza
Il tasso di sopravvivenza era significativamente diverso tra i due gruppi modello MIRI (Figura 4D). Quattro dei dieci ratti sono morti nel gruppo modello esistente. Il tasso di mortalità è stato del 40% durante il periodo di riperfusione. Al contrario, nessuno dei ratti nel gruppo modello sperimentale è morto durante l'intervento chirurgico, dimostrando che l'attuale modello migliorato aveva un tasso di sopravvivenza più elevato (p = 0,0291).
Figura 1: Fasi chiave della chirurgia modello di lesione ischemica e riperfusione miocardica (MIRI). I punti verdi indicano il protocollo della legatura durante il periodo ischemico, incluso il posizionamento del tubo morbido sulle arterie coronarie (A), l'aggancio della linea di sutura nella scanalatura del tubo morbido pre-preparato (B), l'allentamento dello slipknot e la rimozione del tubo morbido quando è stato avviato il periodo di riperfusione (barra della scala = 1 cm) (C ). LAA: Appendice atriale sinistra, RAA: Appendice atriale destra, LAD: Discendente anteriore sinistra, RCA: Arteria coronaria destra, IVC: Vena cava inferiore, SVC: Vena cava superiore, AO: Arteria aorta, PA: Arteria polmonare. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: L'intera procedura chirurgica e le differenze nella colorazione del cloruro di trifeniltetrazolio (TTC) tra i diversi gruppi. Vengono mostrati il piccolo riavvolgitore pre-preparato (barra della scala = 15 mm), il tubo morbido (barra della scala = 10 mm) e l'intero intervento chirurgico (barra della scala = 15 mm). Trenta ratti sono stati divisi casualmente in gruppi sperimentali (n = 10), gruppi fittizi (n = 10) e modelli esistenti (n = 10). La colorazione TTC ha indicato che sia i gruppi di modelli sperimentali che quelli esistenti hanno avuto cambiamenti significativi rispetto al gruppo sham (B). La parete anteriore del miocardio nella parete sperimentale e laterale nei gruppi modello esistenti è diventata bianca pallida, confermando la posizione dell'area ischemica (barra della scala = 5 mm). Il "modello esistente" è raffigurato come il "vecchio modello" nella figura. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Differenze nella colorazione H&E e Masson tra i gruppi. Trenta ratti maschi di Sprague Dawley sono stati divisi in modo casuale in gruppi sperimentali (n = 10), gruppi fittizi (n = 10) e modelli esistenti (n = 10) e viene mostrato il confronto dei cambiamenti morfologici cellulari tra i gruppi (barra di scala = 2 mm). L'ematossilina e l'eosina (H & E) e la colorazione di Masson mostrano che le cellule miocardiche del modello sperimentale e dei gruppi modello esistenti hanno danni critici, nucleolisi e sono infiltrate da numerosi neutrofili rispetto a quelli del gruppo sham (barra di scala = 100 μm). Il "modello esistente" è raffigurato come il "vecchio modello" nella figura. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Differenze nei risultati statistici tra i gruppi. Trenta ratti maschi di Sprague Dawley sono stati divisi in modo casuale nei gruppi sperimentali (n = 10), nel gruppo fittizio (n = 10) e nei gruppi modello esistente (n = 10). I risultati dell'elettrocardiogramma mostrano che rispetto al gruppo modello già esistente, il gruppo modello sperimentale ha una dimensione dell'infarto miocardico più grande (****p < 0,0001, *p = 0,0176) (A), un aumento del segmento ST più elevato (****p < 0,0001, *p = 0,0274) (B) e una percentuale di sopravvivenza più elevata (p = 0,0291) (C ). In particolare, i ratti del gruppo modello esistente avevano maggiori probabilità di morire all'inizio del periodo di ischemia e all'inizio del periodo di riperfusione (D). Il "modello esistente" è raffigurato come il "vecchio modello" nella figura. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura supplementare 1: I dettagli del riavvolgitore pre-preparato e del tubo in PVC. Vengono mostrati il riavvolgitore pre-preparato (A) e il tubo in PVC (B). Fare clic qui per scaricare questo file.
La principale differenza tra i metodi già esistenti e migliorati era l'uso di tubi in PVC nel processo di legatura. Nel metodo chirurgico esistente, il tessuto miocardico è stato legato utilizzando solo la sutura di seta 6-0, che ha indotto danni al miocardio durante la legatura con conseguente morte intraoperatoria. Inoltre, la pulsazione del cuore allenterebbe lo slipknot. Al contrario, nel metodo migliorato con il tubo in PVC, lo slipknot posto nella scanalatura del tubo potrebbe essere stretto e l'area del miocardio interessata dalla legatura aumentata. Questi benefici sono stati osservati durante la procedura sperimentale e confermati dai risultati della colorazione TTC e della percentuale di sopravvivenza.
Il passo critico del metodo chirurgico migliorato è stato il posizionamento del tubo morbido sull'arteria coronaria LAD prossimale, accompagnato da nervi, vasi linfatici e tessuto miocardico durante la legatura nel periodo ischemico. Questo tubo morbido pre-preparato può fungere da cuscino che protegge i tessuti periferici (nervi, miocardia e vasi linfatici) e diminuisce la mortalità durante la legatura dell'arteria coronaria. L'intervento chirurgico eseguito con il metodo già esistente era simile all'intervento chirurgico per infarto miocardico. I risultati percentuali di sopravvivenza hanno indicato che i ratti nel gruppo modello esistente sono morti principalmente durante il periodo ischemico (due ratti sono morti a 2 minuti dopo la legatura e due ratti sono morti a 45 minuti dopo la legatura). Altrimenti, le cause alla base della morte non sono ancora chiare e ci sono una serie di ipotesi, tra cui ulteriori danni alle strutture nervose23, ai vasi linfatici e alla miocardia.
Per quanto riguarda il danno nervoso, studi precedenti hanno indicato che durante il periodo ischemico nel modello animale, oltre agli effetti locali diretti dell'ischemia sulle strutture nervose, c'è probabilmente anche una significativa diminuzione dei livelli di neuropeptide Y (NPY) che contribuiscono a disturbi nel trasporto axoplasmatico nell'innervazione simpatica24. Questa scoperta concorda con i risultati riportati da Han et al.25, che hanno rivelato che una graduale scomparsa di NPY si è verificata all'interno del miocardio infartuato dopo la legatura dell'arteria coronaria LAD nei ratti. Tuttavia, il ruolo dell'NPY in questo contesto rimane poco chiaro. La sua delezione attenua la disfunzione cardiaca e l'apoptosi durante l'infarto miocardico acuto26 ed è associata ad aritmia27, ipertensione e funzione microvascolare coronarica28.
Inoltre, l'ostruzione avversa del flusso linfatico cardiaco si è verificata durante il periodo ischemico, portando a grave edema cardiaco, disfunzione sinistra ed emorragie29, che potrebbero essere un'altra causa di morte nei ratti. Durante questo processo patologico, la legatura dell'arteria coronaria LAD potrebbe essere attribuita all'ostruzione delle arterie coronarie o al trasporto linfatico cardiaco all'interno dell'area dell'infarto, che può causare ulteriori complicazioni, come il rimodellamento avverso dei linfatici del collettore epicardico, il flusso linfatico ridotto e l'edema persistente30.
Pertanto, la circolazione nei vasi linfatici svolge un ruolo funzionale nell'omeostasi cardiaca31 e nella guarigione delle ferite32, e i risultati percentuali di sopravvivenza in questo studio suggeriscono che la procedura chirurgica MIRI migliorata potrebbe evitare danni linfatici e promuovere la riperfusione linfatica posizionando il tubo morbido sull'arteria coronaria LAD durante la legatura. In confronto, il metodo chirurgico esistente ha maggiori probabilità di strappare il muscolo cardiaco e causare una massiccia emorragia durante la legatura dell'arteria coronaria LAD, senza l'effetto ammortizzante del tubo morbido. Inoltre, il diametro del tubo morbido pre-preparato era molto più grande della sutura di seta 6-0 e il tubo potrebbe essersi contratto e indurre una dimensione di infarto maggiore quando lo slipknot era legato al tubo durante il periodo ischemico.
Questo studio aveva alcune limitazioni. La dimensione dell'infarto del cuore è stata analizzata nell'esperimento preliminare. La formula di sostituzione (N = 7,75) è stata calcolata utilizzando un'equazione33 precedentemente riportata. Considerando la possibile morte di ratti durante l'operazione, N è stato aumentato del 25%; quindi, n = 10 (dieci ratti per ogni gruppo) è stato deciso. Altrimenti, il metodo già esistente per generare il modello MIRI aveva un alto tasso di mortalità. Pertanto, pochi casi (bassa dimensione del campione) nel gruppo modello sperimentale hanno influenzato i risultati statistici. Diverse valutazioni, tra cui l'ecocardiografia30, la colorazione blu evans34 e la misurazione dell'enzima miocardico35, sono state essenziali per la valutazione e l'analisi della funzione cardiaca. A causa delle basse dimensioni del campione di questo lavoro, queste valutazioni non sono state eseguite e saranno descritte in un futuro studio di ricerca farmacodinamica in MIRI. Tuttavia, considerando che la procedura chirurgica esistente per generare il modello MIRI è associata a un ampio danno miocardico, vale la pena segnalare questo metodo attuale per migliorare la modellazione di MIRI nei ratti e portare luce a questo modello preclinico che simula correttamente la cardiopatia ischemica.
In conclusione, il metodo chirurgico migliorato per generare il modello MIRI aveva un tasso di sopravvivenza più elevato, un segmento ST-T elevato e una dimensione dell'infarto maggiore rispetto al metodo di generazione del modello MIRI esistente, suggerendo che il modello migliorato simula meglio la patologia MIRI.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto dall'Amministrazione della Medicina Tradizionale Cinese [SLJ0204], dall'Ospedale Provinciale di Medicina Cinese di Jiangsu (Y21017), dalla National Natural Science Foundation of China [81973763, 81973824,82004239].
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10% Neutral Formalin | Chunyu, China | _ | |
2,3,5-Triphenyl-2H-Tetrazolium Chloride | Solarbio, China | T8107 | |
75% Alchol | SCR, China | 10009261 | |
Artery Clip | Zhonglin Dongsheng, China | 6.5cm | |
Camera | Olympus Corporation, Japan | EPL5 | |
Cotton ball | Huachen, China | _ | |
Dpilatory cream | Veet, China | _ | |
Eye speculum | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
Gauze | Zhonggan, China | _ | |
GraphPad | GraphPad Software, USA | 8.0 | |
H&E Kit | Solarbio, China | G1120 | |
High-pressure steam sterilizer | TOMY, Japan | SX-500 | |
ImageJ | NIH, USA | _ | |
Masson Kit | Solarbio, China | G1340 | |
Medical Tape | Mr.Song, China | _ | |
Microscope | Olympus Corporation, Japan | CKX31 | |
Microscopy | TEKSQRAY, China | _ | |
Microtome | Leica, Germany | RM2235 | |
Microtome Blade | Leica, Germany | 819 | |
Needle holder | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
Ophthalmic scissors | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
Ophthalmic tweezers | Shanghai Jingzhong, China | _ | |
Paper clip | Chenguang, China | ABS91613 | |
Physiological saline solution | Kelun, China | _ | |
Powerlab ECG | ADINSTRUMENTS ,China | 4/35 | |
PVC tube | Guanzhijia, China | _ | |
Small animal ventilator | TECHMAN, China | HX-101E | |
Sodium Pentobarbital | SIGEMA, USA | 1030001 | |
Suction trocar | TECHMAN, China | HX-101E | |
Suture line | Lingqiao, China | 4-0 | |
Suture needle with thread | Shanghai Pudong Jinhua Medical Products Co LTD, China | 6-0 |
An erratum was issued for: Improved Rodent Model of Myocardial Ischemia and Reperfusion Injury. The Authors section was updated.
The Authors section was updated from:
Hua-Qin Tong*1
Man-Lu Fan*1
Tong Sun1
Hao-Wen Zhang2
Jie Han3
Meng-Xi Wang1
Jian-Dong Chen3
Wei-Xin Sun4
Xiao-Hu Chen3
Mian-Hua Wu5
1First College of Clinical Medicine, Biological Technology Center for Innovation in Chinese Medicine, Nanjing University of Chinese Medicine
2School of Health Preservation and Rehabilitation, Key Laboratory of Acupuncture and Medicine Research of Ministry of Education
3Department of Cardiology, Jiangsu Provincial Hospital of Chinese Medicine
4Department of Cardiology, Yancheng TCM Hospital Affiliated to Nanjing University of Chinese Medicine
5Jiangsu Collaborative Innovation Center of Traditional Chinese Medicine (TCM) Prevention and Treatment of Tumor, Nanjing University of Chinese Medicine
* These authors contributed equally
to:
Hua-Qin Tong*1,2,3
Man-Lu Fan*3
Tong Sun3
Hao-Wen Zhang4
Jie Han5
Meng-Xi Wang3
Jian-Dong Chen5
Wei-Xin Sun6
Xiao-Hu Chen1,2
Mian-Hua Wu7
1Department of Cardiology, Affiliated Hospital of Nanjing University of Chinese Medicine
2Department of Cardiology, Jiangsu Province Hospital of Chinese Medicine
3First College of Clinical Medicine, Biological Technology Center for Innovation in Chinese Medicine, Nanjing University of Chinese Medicine
4School of Health Preservation and Rehabilitation, Key Laboratory of Acupuncture and Medicine Research of Ministry of Education
5Department of Cardiology, Jiangsu Provincial Hospital of Chinese Medicine
6Department of Cardiology, Yancheng TCM Hospital Affiliated to Nanjing University of Chinese Medicine
7Jiangsu Collaborative Innovation Center of Traditional Chinese Medicine (TCM) Prevention and Treatment of Tumor, Nanjing University of Chinese Medicine
* These authors contributed equally
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