マウスにおける右冠動脈の永久結紮による右心室心筋梗塞の生成と特徴付け

要約

右心室と左心室の間にはいくつかの違いがあります。しかしながら、右室梗塞(RVI)の病態生理は解明されていない。本プロトコールでは、RVIマウスモデル生成のための再現可能な方法が導入され、RVIのメカニズムを説明する手段を提供し得る。

要約

右心室梗塞(RVI)は、臨床現場で一般的な症状である。重度のRVIは、致命的な血行力学的機能障害および不整脈につながる可能性がある。左冠状動脈結紮によって生成された広く使用されているマウス心筋梗塞(MI)モデルとは対照的に、RVIマウスモデルは、モデル生成に関連する困難さのためにめったに使用されない。RVI誘導RVリモデリングおよび機能不全のメカニズムおよび治療に関する研究は、患者におけるRVIの病態生理学を模倣する動物モデルを必要とする。この研究は、C57BL/6JマウスにおけるRVIモデル生成のための実行可能な手順を導入する。さらに、このモデルは、MI後24時間での梗塞サイズ評価、心エコー検査による心臓リモデリングおよび機能の評価、RV血行動態評価、およびRVI後4週間における梗塞ゾーンの組織像に基づいて特徴付けられた。さらに、RVにおける冠状動脈配列を観察するために冠状動脈系キャストを行った。RVIのこのマウスモデルは、右心不全のメカニズムに関する研究を容易にし、RVリモデリングの新しい治療標的を模索するであろう。

概要

右心室(RV)は、肺動脈に接続された単純なチューブであると長い間考えられていましたが、長年にわたって不当に無視されてきました¹。しかし、RV機能は血行力学的障害^2,3において重要な役割を果たし、心血管疾患4,5,6,7の独立したリスク予測因子として役立つ可能性があるため、RV機能に対する関心が高まっています。RV病には、RV梗塞(RVI)、肺動脈高血圧症、および弁膜症^{が含まれる8}。肺動脈性高血圧症への大きな関心とは対照的に、RVIは無視されたままである^7,9。

RVIは、通常、下後心筋梗塞¹⁰、¹¹を伴い^、右冠状動脈(RCA)閉塞によって引き起こされる。臨床調査によると、重篤なRVIは、低血圧、徐脈、房室ブロックなどの血行動態障害および不整脈を誘発する可能性があり、より高い病院罹患率および死亡率と関連している^12,13,14。RV機能は、再灌流の非存在下においてもある程度自発的に回復し得る^15、16。左心室(LV)とRV¹⁷の間にはいくつかの形態学的および機能的差異が存在する。RVは^LV8よりも虚血に対してより耐性であると考えられており、部分的にはRVI後のより広範な側副血行路形成によるものである。LV梗塞(LVI)とRVIの違いを明らかにし、その根底にあるメカニズムを解明することは、心臓再生や虚血性心不全の新たな治療標的となるでしょう。しかしながら、RVIマウスモデル生成に伴う困難さから、RVIに関する基礎研究は主に限られている。

RVIの大型動物モデルは、ブタ¹⁸においてRCAを結紮することによって生成されており、これは目に見えるRCAのために操作が容易である。大型動物モデルと比較して、マウスモデルは、遺伝子操作におけるよりアクセスが容易であり、経済的コストが低く、実験期間が短いという利点を有する^19,20。LV機能に対するRVIの影響に焦点を当てたマウスRVIモデルが以前に報告されたが、手順の詳細なステップ、操作の困難さと重要なポイント、および血行力学的変化などのモデル特性は完全には導入されていなかった^9,21。

この記事では、RVIのマウスモデルを生成するための詳細な外科的手順を提供します。さらに、このモデルは、心エコー測定、侵襲的血行動態評価、および組織学的分析によって特徴付けられた。さらに、RVにおける冠状動脈配列を観察するために冠状動脈系キャストを行った。この論文で紹介した技術は、初心者が許容可能な動作死亡率と信頼性の高い評価アプローチでマウスRVIモデルの生成を迅速に把握するのに役立ちます。RVIのマウスモデルは、右心不全のメカニズムを研究し、RVリモデリングの新しい治療標的を模索するのに役立ちます。

プロトコル

すべての手順は、米国国立衛生研究所が発行した実験動物の世話と使用のためのガイド(NIH出版番号85-23、1996年改訂)に従って行われ、南方医科大学(中国広州市)の動物倫理委員会によって承認されました。健康な雄のC57BL/6Jマウス(8~10週齢;体重25~30g)を南方医科大学動物センターから入手した。雌マウスを使用することもできるが、性差の潜在的な影響のために両方の性別を混合することは推奨されない。到着後、マウスを12時間/ 12時間の暗/光サイクル(ケージあたり3〜4匹のマウス)の下で、自由摂取の食物と水で飼育した。

1. 手術の準備

1. 手術前にオートクレーブで手術器具を滅菌する。加熱パッドを37°Cに調整します。
2. 外科的痛みを和らげるために、50mg / kgのペントバルビタール( 材料表を参照)の腹腔内注射によってマウスを麻酔する。麻酔誘導のためにマウスを別々の箱に入れる。つま先離脱反応がないことによって麻酔の深さを確保する。
   注:鎮痛には優れているため、吸入麻酔に1.5%イソフルランを使用することもお勧めします。
3. 切歯を縫合糸で固定し、粘着テープで四肢を固定することによって、マウスをパッド上に仰臥位に置く。反射を確認して麻酔の深さをもう一度確認してください。
4. 脱毛クリームで首から剣状体に髪を取り除きます。交互の消毒スクラブと75%アルコールで手術領域を3回消毒し、手術野をドレープする。
5. 以下の手順で挿管を行います。
   1. ミニ人工呼吸器( 材料表を参照)で動物の呼吸数を150/分、一回換気量を300μLに調整します。
      メモ: 正の呼気終末圧モードを使用する必要はありません。
   2. ピンセットで舌を少し引き抜き、舌圧迫器で下顎骨を持ち上げて声門を露出させ、22Gカニューレを声門に挿入して気管内挿管を行います。
   3. ミニ人工呼吸器の電源を入れ、気管カニューレを人工呼吸器に接続します。胸部のうねりが人工呼吸器の周波数に等しくなる現象は、挿管が成功したことを示します。カニューレをテープで固定し、操作中に滑らないようにします。

2. 右冠状動脈の永久結紮

1. 心電図(ECG)電極( 材料表を参照)をマウスの四肢に正しく接続し、ECGを記録します。
   注: II、III、または AVF リードの 1 つがモニター・リードとして選択されます。鉛IIIがより適切である。
2. 胸を開ける。
   1. 眼科用はさみで3番目の右肋骨に平行な皮膚に長さ1cmの切開を行います。3番目の肋間をもう一度決定し、胸骨角度に応じて十分なスペースを確保します。
      注:皮膚切開の方向は、胸骨角度から右前腋窩線まで作られる。
   2. 第3肋間腔の上にあるはさみとマイクロ鉗子で大胸筋と小胸筋を分離して切断する。その後、肘鉗子で肋間筋を鈍く分離して手術野を露出させる。
      注:胸筋のごく一部だけを切断する必要があり、心臓を露出させるために鈍い分離が推奨されます。
   3. 心膜を切開する。滅菌綿で右心房を持ち上げ、滅菌8-0でRCAを結紮する3〜5mmのライゲーション範囲を有するナイロン糸。RCAを結紮した後、モニタリングECG(リードIII)はSTセグメント上昇を示す。
      メモ: マウス RCA は見えないため、解剖学的位置を慎重に確認する必要があります。RVの心筋はLVの心筋よりもはるかに薄い。そのため、挿入された針の深さを把握することが困難である。挿入された針の深さが深すぎて結紮範囲が大きすぎると、洞性徐脈および房室ブロックを誘発しやすい。
3. 滅菌綿を取り除き、筋肉と皮膚を滅菌5-0ナイロン糸で縫合し、肋間切開部を閉じる。75%のアルコールで再び皮膚を消毒し、手術後にマウスをシングルハウスにする。
   注:よく縫合された筋肉は、気道を避けるために重要です。滅菌排液管を胸腔内に胸部閉鎖が完了するまで入れ、次いで排液管を接続する注射シリンジによって胸腔を排気する。
   注:手術後、マウスは加熱パッドに置かれる。ブプレノルフィン(体重0.1mg/kg、皮下注射)などの鎮痛薬は、手術後の動物の痛みを軽減するために必要です。予想される合併症は洞徐脈および房室ブロックであり、手術後の死亡率は10〜20%である。

3. 手術後のRV機能の心エコー評価

メモ:心エコー検査には、高解像度超音波イメージングシステムに接続された中心周波数30MHzのMS400Dプローブを使用してください( 材料表を参照)。心エコー検査は手術後4週間で行われます。

1. 吸入 により 3%イソフルランでマウスを麻酔する。
2. 動物の固定および超音波操作のための超音波プラットフォーム上の仰臥位でマウスを置きます。その爪を電極にテープで留め、超音波装置に取り付けられたシステムを介してECG記録を得る。
3. ECGを通して心拍数を監視し、麻酔薬濃度を1.5%〜3%の間で調整することによって、450〜550ビート/分の間で維持する。
4. 脱毛クリームでマウスの胸から髪を取り除き、超音波ゲルを胸の皮膚に塗布する。
5. プラットフォームを水平位置に設定します。トランスデューサを左脚に平行に向け、左心室長軸画像を取得します。プローブを時計回りに90°回転させて、LV短軸図を取得します。 Cineストア ボタンを押して画像を保存します。
   メモ: プラットフォームの左上は、最も低い位置で傾いています。探触子のLV短軸回転角度は、探触子がマウスの右肩に向かっている間維持されます。
6. 探触子を垂直に下に移動し、 Bモードでは上腹部上とマウスのダイヤフラムの下の位置を維持します。RV、右心房(RA)、左心房(LA)、LVが画面にはっきりと見えるまで、x軸とY軸を回転させてプラットフォームの位置をわずかに調整します。頂端の4チャンバー画像を保存するには、 Cine ストアまたは フレームストア ボタンを押します。
   注:Bモードは、心臓の2次元(2D)ビューを表示するために使用されます。
7. Mモードを押します。2xインジケータラインが表示されたら、三尖弁オリフィスでインジケータラインを見つけて、三尖弁環状平面の動きを取得します。Cine ストアまたはフレームストアボタンを押して、データと画像を保存します。
   注:Mモードは、心臓または血管の動きを曲線形式で明らかにするモーションモードを意味します。
8. 測定ボタンを押して 測定 モードに入ります。RVとLVにゾーニングするには、 面積測定 ボタンをクリックします。RVとLVの面積を計算して、RVとLVの面積比を求めます。
   1. [ タイムライン ]ボタンをクリックし、収縮期および拡張期の間の三尖弁環状平面の移動範囲を定義するために2つのベースラインを作成します。[距離 ] ボタンをクリックし、2つのベースライン間の距離を測定して、三尖弁環状平面収縮期エクスカーション(TAPSE)を取得します。
9. プラットフォームの左側を最低点で傾けます。プローブを右前腋窩線に沿って水平軸に対して30°の角度に保ちます。プラットフォームの X 軸と Y 軸を回転させて、RV を表示します。
   1. M モード ボタンを押し、中隔のハイパーエコー ポイントでインジケータ ラインを見つけて、RV インターフェイスの M モード イメージを取得します。 Cineストア ボタンを押して画像を保存します。
10. RVインターフェイスのMモード画像を開き、測定ボタンを押して 測定 モードに入ります。心エコーシステムの内蔵測定ツールを使用して、拡張期末期のRV内距離(RVIDd)、RV駆出率(RVEF)、RV画期短縮(RVFS)を測定します。
11. イソフルランの投与を中止し、意識を取り戻すまでマウスを加熱パッドに3〜5分間置きます。その後、マウスを12時間の明暗サイクルでケージに戻します。

RV血行動態の侵襲的測定

注:RV血行動態は、RVIの4週間後に右心カテーテル法によって評価される。1.0Fカテーテルとモニタリングシステムが適用されます。

1. ペントバルビタールナトリウム50mg / kgの腹腔内注射でマウスを麻酔する( 材料表を参照)。
2. ペダル離脱反射の消失を確認後、マウスを仰臥位に保ち、粘着テープで固定します。
3. 胸部の斜めから剣状突起まで胸毛を剃ります。手術エリアを75%アルコールで消毒します。
4. 気管挿管を行い、手順1.5.2-1.5.3の説明に従って動物用人工呼吸器のパラメータを設定します。
5. 剣状突起の上の皮膚に1cmの両側切開を行い、眼科用はさみで横隔膜と肋骨をトランスクトして心臓を露出させる。
6. 右心室自由壁を32G針で穿刺する。針を外し、出血を止めるために綿で傷口を押します。
7. カテーテルの先端を穿刺部位を通して右心室に挿入し、ゆっくりとカテーテルを前方に押し出す。先端の位置を調整して、モニタおよび記録システムに表示される典型的なRV圧力波形を取得します。
   注:右頸静脈も血行動態測定に適した経路です。
8. 安定化の10分後、RV収縮期血圧(RVSBP)、RV拡張末期血圧(RVEDP)、およびRV dP / dtのデータを記録する。[ 選択 ]ボタンをクリックして計算する心周期を選択し、[ 分析] ボタンをクリックして選択した周期の平均値を計算します。
9. 記録終了後にカテーテルを取り外し、通常の生理食塩水の中に置きます。
10. 過剰摂取のペントバルビタールナトリウム(150mg / kg)の腹腔内注射でマウスを安楽死させ、子宮頸部脱臼によってそれを犠牲にする。
11. 組織学的分析のために心臓と脛骨を収集します.

血管鋳造剤を用いた冠状動脈血管鋳造

1. 2000IU/kgで200IU/mLのヘパリンナトリウムの腹腔内注射でマウスをヘパリン化する( 材料表を参照)。
2. ペントバルビタールナトリウム50mg / kgの腹腔内注射でマウスを麻酔する。
3. 動物をパッドの上に置き、手順1.5.2-1.5.3に従って人工換気のために挿管する。
4. ステップ4.5で説明したように外科用ハサミで胸を開き、心臓を露出させます。
5. 右心房の眼科用はさみで3mmの切り込みを作り、注射器で心臓の頂点を通して5mLの正常な生理食塩水で心臓を灌流します。
6. 大動脈クランプで大動脈からの血液をブロックし、インジェクターで心臓頂点を通して0.1mLのニトログリセリン(1mg / mL)を灌流して冠状動脈を拡張する。
7. 製造元の指示に従ってキット内の成分を混合してキャスト試薬を調製します( 材料表を参照)。
   注:微小血管閉鎖を防ぐために、キャスト試薬と通常の生理食塩水およびニトログリセリンとの灌流を同時に調製することが推奨される。
8. 心臓頂点を通る1mLのキャスト試薬で心臓を灌流し、2〜3時間待つ。
9. 50%水酸化ナトリウムで心臓を2〜3日間侵食し、正常な生理食塩水ですすぎによって筋肉組織または結合組織を除去する。
10. カメラの下で写真を撮る。
    警告: キャスト試薬は、目、皮膚、気道に有害です。水酸化ナトリウムは腐食性である。保護手袋、ゴーグル、白衣の着用が必要です。鋳造試薬はヒュームフード内で調製されなければならない。

結果

この研究では、マウスをRVI(n=11)または偽操作(n=11)群に無作為に割り付けた。2匹の正常なマウス心臓における冠状動脈キャストを 図1Aに示す。RCAライゲーションに応答して、ECGのリードIIIにおいてSTセグメント上昇が見られた(図1B)。さらに、2,3,5-トリフェニルテトラゾリウムクロリド(TTC)染色は、術後24時間で梗塞領域がRV遊離壁の45%を占めることを...

ディスカッション

フランスのSicardたちは、2019年にRVIのマウスモデルを初めて報告し、外科的プロセスを記述し、RVI⁹後のLVとRVの相互作用に焦点を当てた。しかし、今日まで、さらなる研究のためにこのモデルを使用した研究は報告されていない。より詳細な手順は、研究者がRVIのマウスモデルを調査に使用するのに役立ちます。Sicardら⁹による報告とは対照的に、我々は、モ...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
2,3,5-triphenyltetrazolium chloride	Sigma	T8877	For TTC staining
Animal Mini Ventilator	Havard	Type 845	For artificial ventilation
Animal ultrasound system VEVO2100	Visual Sonic	VEVO2100	Measurement for Doppler flow velocity and AS plaque
Batson’s #17 Anatomical Corrosion Kit	Polyscience Inc	7349	For vasculature casting
buprenorphine	Isoreag	1134630-70-8	For reduce the pain of mice after surgery
C57BL/6J mice + D29A1A2:D27	Animal Center of South Medical University	-	For the generation of mouse RVI model
Camera	Sangnond		For taking photograph
Cold light illuminator	Olympus	ILD-2	Light for operation
electrocardiograph	ADI Instrument	ADAS1000	For recording electrocardiogram
hair removal cream	Reckitt Benchiser	RQ/B 33 Type 2	Remove mouse hair
Heat pad- thermostatic surgical system (ALC-HTP-S1)	SHANGHAI ALCOTT BIOTECH CO	ALC-HTP-S1	Heating
Hematoxylin-eosin dye	Leagene	DH0003	Hematoxylin-eosin staining
Heparin sodium salt	Macklin	H837056	For heparization
Isoflurane	RWD life science	R510-22	Inhalant anaesthesia
Lab made spatula			Work as a laryngoscope
Lab made tracheal cannula			For intubation
Matrx VIP 3000 Isofurane Vaporizer	Midmark Corporation	VIP 3000	Anesthetization
Medical nylon suture (5-0)	Ningbo Medical Needle Co.	5-0	For chest close
Microsurgical elbow tweezers	RWD life science	F11021-11	For surgery
Microsurgical scissors	NAPOX	MB-54-1	For arteriotomy
Millar Catheter	AD Instruments, Shanghai	1.0F	Measurement of pressure gradient
MS400D ultrasonic probe	Visual Sonic	MS400D	Measurement for Doppler flow velocity and AS plaque
needle forceps	Visual Sonic	F31006-12	For surgery
nitroglycerin	BEIJING YIMIN MEDICINE Co		For dilating coronary artery
Ophthalmic scissors	RWD life science	S11022-14	For surgery
Pentobarbital sodium salt	Merck	25MG	Anesthetization
PowerLab Multi-Directional Physiological Recording System	AD Instruments, Shanghai	4/35	Pressure recording
Precision electronic balance	Denver Instrument	TB-114	Weighing scale
Silk suture (8-0)	Ningbo Medical Needle Co.	6-0	coronary artery ligation
Small animal microsurgery equipment	Napox	MA-65	Surgical instruments
tissue forceps	Visual Sonic	F-12007-10	For surgery
tissue scissor	Visual Sonic	S13052-12	Open chest for hemodynamic measurement
Transmission Gel	Guang Gong pai	250ML	preparation for Echocardiography measurement
Vascular Clamps	Visual Sonic	R31005-06	For blocking blood from aorta