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A implantação subcutânea de bombas osmóticas fornece uma abordagem conveniente para administração prolongada e constante de compostos. Esta abordagem tem sido amplamente utilizado para estudar ambos os aneurismas aórticos torácicos e abdominais em ratos.
Osmotic pumps continuously deliver compounds at a constant rate into small animals. This article introduces a standard protocol used to induce aortic aneurysms via subcutaneous infusion of angiotensin II (AngII) from implanted osmotic pumps. This protocol includes calculation of AngII amount and dissolution, osmotic pump filling, implantation of osmotic pumps subcutaneously, observation after pump implantation, and harvest of aortas to visualize aortic aneurysms in mice. Subcutaneous infusion of AngII through osmotic pumps following this protocol is a reliable and reproducible technique to induce both abdominal and thoracic aortic aneurysms in mice. Infusion durations range from a few days to several months based on the purpose of the study. AngII 1,000 ng/kg/min is sufficient to provide maximal effects on abdominal aortic aneurysmal formation in male hypercholesterolemic mouse models such as apolipoprotein E deficient or low-density lipoprotein receptor deficient mice. Incidence of abdominal aortic aneurysms induced by AngII infusion via osmotic pumps is 5 - 10 times lower in female hypercholesterolemic mice and also lower in both genders of normocholesterolemic mice. In contrast, AngII-induced thoracic aortic aneurysms in mice are not hypercholesterolemia or gender-dependent. Importantly, multiple features of this mouse model recapitulate those of human aortic aneurysms.
Aneurismas da aorta apresentam expansão luminal permanente da aorta que prenuncia ruptura e normalmente leva à morte. Esta doença ocorre em ambas as regiões da aorta abdominal e torácica, que são denominados como aneurismas da aorta abdominal (AAA) e aneurismas da aorta torácica (AAT), respectivamente. Devido a uma compreensão incompleta dos mecanismos moleculares e processos patofisiológicos, não existe uma terapia médica comprovada que pode evitar expansão ou ruptura de qualquer um dos tipos de aneurismas aórticos. Uma vez que é difícil de adquirir amostras de pacientes e realizar experiências em seres humanos directamente, concentrando-se em pesquisas que define mecanismos dos AAA tem sido frequentemente extrapoladas a partir de modelos animais. Um modelo animal frequentemente utilizado consiste infusão subcutânea de angiotensina II (AngII) em ratinhos. Em comparação com outras abordagens cirúrgicas para induzir AAAs em ratinhos, tais como elastase perfusão intra-aórtico ou aplicação peri-aórtico de cloreto de cálcio que requerem laparotomia 1,2, este metod não requerem a entrada na cavidade do corpo e requer perícia cirúrgica mínimo 3,4.
Infusão subcutânea de AngII através de bombas osmóticos para induzir AAAs foi inicialmente relatada em baixa densidade lipoproteína receptor (LDL) - / - ratos alimentados com uma dieta rica em gordura saturada 3, e, posteriormente, em apoE - / - ratos alimentados com uma dieta normal de laboratório 4. Muitos estudos recentes também demonstraram que AngII induz AAAs em ratos normolipidêmicos 5-7. A abordagem de infusão de AngII foi aplicado para induzir AAA e explorar os mecanismos moleculares, bem como o desenvolvimento de estratégias terapêuticas potenciais (por exemplo, 5-15) uma vez que este modelo recapitula muitas características observadas em AAA humanos. Por exemplo, fatores de risco de AAAs humanos, como o tabagismo, o envelhecimento e gênero masculino também aumentar AAAs induzidas por AngII em ratos 16,17. A associação de hipercolesterolemia com AAAs em seres humanos requer esclarecimentos. No entanto, tem seren consistente que a hipercolesterolemia aumenta AngII-induzida em camundongos AAAs 18. Patologias de AAAs induzidas por AngII em camundongos são muito heterogénea e são caracterizados por uma profunda infiltração de macrófagos, a degradação do colágeno, formação trombótica e resolução, e neovascularização 19-21. Em contraste com a localização da aorta infra-renal mais comum dos AAA em seres humanos, AngII-AAA induzida em ratinhos ocorrer na região supra-renal da aorta. Outra característica onipresente de induzida por AngII AAAs é a ruptura medial transmural, levando a trombose transmural. Não está claro se a ruptura transmural elastina ocorre em seres humanos desde o desenvolvimento patológico de AAAs em humanos não foi estudado exclusivamente devido à falta de tecidos aneurismáticas de fases anteriores.
Infusão AngII em ratinhos conduz também a uma profunda expansão da região torácica da aorta, que é predominantemente restrita à aorta ascendente, que é a região mais comum nos seres humanos para TAAs 19,22-26. Semelhante a AAAs induzidas por AngII, TAAs induzida durante a infusão de AngII também recapitular muitas características de TAAs humano 25. No entanto, em contraste com AAA induzidas por AngII, TAAs induzidas por AngII não estão associadas com hipercolesterolemia e não têm diferenças de género.
O objectivo global da infusão subcutânea em ratos AngII é estudar características patológicas e mecanismos moleculares de AAAs e TAAs.
Declaração de Ética: estudos de mouse são realizadas com a aprovação da Universidade de Kentucky Animal Care Institucional e Comitê de Uso (IACUC número de protocolo: 2006-0009). Os ratos são sacrificados no término usando um cocktail de sobredosagem de cetamina (~ 210 mg / kg) e xilazina (~ 30 mg / kg).
1. Cálculo do Valor AngII
NOTA: Este protocolo utiliza o exemplo de infusão de AngII (1,000 ng / kg / min) durante 4 semanas em 4 receptor de LDL macho - / - ratos alimentados com uma dieta rica em gordura saturada.
2. A dissolução de AngII
3. Preenchimento osmótica bomba
4. Preparação para a implantação da bomba
5. Procedimento cirúrgico da Implantação da bomba
6. colheita, Reparação, Limpeza, e imagem das aortas
7. En rosto por imagem das aortas
Os 4 receptor de LDL macho - / - ratos descritos na secção protocolo foram sacrificados após 4 semanas de infusão AngII. Aortas foram recolhidas, limpas, e fotografada para visualizar dilatações da aorta. Como mostrado na Figura 3, as aortas têm várias características diferentes, incluindo a expansão da região supra-renal (AAAS; Figura 3A), a expansão da região ascendente (TAAs; Figura 3B), ou a expansão de ambas as regiões (presença de ambos AAA e TAA; Figura 3C), enquanto que a morfologia de um rato foi grosseiramente normal (Figura 3D). A dilatação da aorta abdominal é quantificada através da medição da largura máxima ex vivo da região supra-renal, como ilustrado pela linha a vermelho na Figura 3A. Para medir a dilatação da aorta ascendente, as aortas foram cortadas aberta e fixada, conforme mostrado na Figura 4. A área de superfície da intima foi medido na região da aorta ascendente (área rodeada por The as linhas vermelhas na Figura 4A) para quantificar TAAs. Uma régua foi incluído em cada imagem para normalizar as medições, como mostrado em ambas as Figuras 3 e 4.
. Figura 1. Imagem representativa de bomba osmótica cheia Cada bomba contém duas partes: um corpo principal e um regulador de fluxo. Depois de encher o corpo de bomba com AngII, o regulador de fluxo é inserido para vedar a bomba.
Figura 2. Processo de cirurgia de implantação da bomba (A) do rato é colocado numa campânula laminar com um cone de nariz que é continuamente libertar isoflurano e oxigénio.; (B) uma pinça hemostática linear é inserido na incisão na pele para formar um túnel subcutâneo; (C) da bomba é inserido através da incisão na pele suavemente; (D) A incisão na pele é grampeado após a inserção da bomba.
Figura 3. imagens aórtica (ex vivo) a partir de murganhos sujeitos a infusão com AngII AngII 1.000 ng / kg / min foi infundido em receptor de LDL macho -. / - Ratos, durante 28 dias. (A) AAA acompanhada por trombose; A linha a vermelho (2,05 mm) mostra a medição da largura máxima da aorta na região supra-renal. (B) dilatação da aorta ascendente (TAA) com aorta abdominal grosseiramente normal; (C) dilatações profundas, tanto na aorta ascendente e regiões supra-renais (TAAs e AAAS); (D) aorta grosseiramente normal, sem dilatação aparente de ascendente ou região da aorta supra-renal.
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Figura 4. En imagens de face de regiões da aorta torácica de ratos infundidos com AngII angii 1.000 ng / kg / min foi infundida no receptor LDL masculino -. / - Ratos por 28 dias. Superfície contornado por uma linha vermelha representa a região da aorta ascendente, incluindo parte do arco aórtico.
1 | Dose requerida | 1000 | ng / kg / min | ||||
2 | Comece o peso corporal (o maior mouse) | 24,8 | g | ||||
3 | Ganho de peso corporal total estimado | 1 | g | ||||
4 | Taxa de bombeamento | 0,25 | uL / hr | ||||
5 | Number de murganhos | 4 | |||||
6 | Dose por hora para animais | 1518 | ng | ||||
7 | Conc necessário | 6072 | ng / ul | ||||
8 | Para 300 solução ul | 1.82 | mg / 300 ul | ||||
Solução necessária | |||||||
9 | Total de AngII (mg) | 7.3 | mg | ||||
10 | Dissolvido em solução salina &# 160; | 1200 | ul | ||||
Rato | Peso corporal | Factor de diluição | Volume (uL) | Bomba Peso (g) | Rácio preenchido | ||
# | (g) | AngII | Salina | Vazio | Preenchidas | (%) | |
1 | 24,5 | 1.0 | 296,4 | 3.6 | 1,1443 | 1,3877 | 99 |
2 | 23,0 | 0,9 | 278.2 | 21,8 | 1,1677 | 1,4145 | 100 |
3 | 24,8 | 1.0 | 300,0 | 0.0 | 1,1438 | 1,3904 | 100 |
4 | 21,8 | 0,9 | 263,7 | 36,3 | 1,1438 | 1,3904 | 100 |
Factor de diluição = peso do corpo do rato peso / corpo do rato maior |
Rato | Peso corporal | Factor de diluição | Volume (uL) | Bomba Peso (g) | Rácio preenchido | ||
# | (g) | AngII | Salina | Vazio | Preenchidas | (%) | |
1 | 24,5 | 1.0 | 296,4 | 3.6 | 1,1443 | 1,3877 | 99 |
2 | 23,0 | 0,9 | 278.2 | 21,8 | 1,1677 | 1,4145 | 100 |
3 | 24,8 | 1.0 | 300,0 | 0.0 | 1,1438 | 1,3904 | 100 |
4 | 21,8 | 0,9 | 263,7 | 36,3 | 1,1438 | 1,3904 | 100 |
Tabela 1: Cálculo para a infusão de 28 dias por meio de bombas osmóticas.
Bombas osmóticas entrega AngII por via subcutânea é uma abordagem de rotina para indução de aneurismas da aorta em ratos. Com base em dados a partir de vários laboratórios, foram descobertas consistentes que este é um método de confiança e reprodutível para estudar tanto AAA TAA 3,4 e 22-26 em ratos. Portanto, este modelo do rato é considerado um modelo que recapitula vários recursos de aneurismas da aorta humanos e fornece insights mecanicistas para essas doenças devastadoras.
Embora o envelhecimento é um fator de risco para AAAs em seres humanos, não foi estudado sistematicamente para AAAs induzidas por AngII em camundongos. No entanto, verifica-se a incidência e gravidade dos AAA induzidas por AngII são semelhantes em ratos com a idade de 8 - 48 semanas 4,5,7. Atualmente, existem apenas alguns estudos que relatam TAAs induzidas por AngII em camundongos com a idade de 8 - 24 semanas 22-26, que não apresentaram diferenças relacionadas com a idade ao nível de formação TAA.
Camundongos fêmeas têm uma incidência muito menor de AAAs do que camundongos machos infundidos com AngII 4,28. Também é importante notar que a incidência de induzida por AngII AAAs é muito maior em hiper do que os ratos normo-cholesterolemic, o que é mais do que 50% versus menos de 30%, respectivamente. Além disso, ruptura da aorta é freqüente (aproximadamente 10-30%) em ambos os ratos normo e hipercolesterolêmicos durante a infusão de AngII. A infusão de AngII a uma taxa de 1.000 ng / kg / min em ratos com hipercolesterolemia, tais como o receptor de LDL - / - ratos alimentados com uma dieta ocidental ou apolipoproteína (apoE) - / - ratos alimentados com uma dieta normal ou Western, tem efeitos máximos sobre AAA desenvolvimento 3,4,29. Esta taxa de infusão é óptimo para um estudo no qual a manipulação de um gene de interesse em ratinhos hipercolesterolémicos é esperado para reduzir AAA. Se uma manipulação em ratinhos hipercolesterolémicos é esperado para aumentar AAA, recomenda-se a infundir AngII a uma taxa de 500 ng / kg / min ou inferior 30. Em contraste com AAA, não há demonstraçãonstrated associação entre o sexo masculino ou hipercolesterolemia e induzida por AngII TAAs 25. No entanto, de forma semelhante ao AAA, se a manipulação de um gene de interesse é esperado para aumentar TAAs, recomenda-se uma taxa de infusão menor do que 1000 ng / kg / min durante a infusão AngII.
Também é importante saber que a incidência e gravidade dos aneurismas da aorta induzida por Ang II variam entre ratinhos individuais e entre estudos. Se os ratos não desenvolvem aneurismas da aorta, uma possibilidade potencial é que AngII pode não ter sido entregue com sucesso em camundongos. Para a validação de uma elevada taxa de infusão de AngII, tal como 1,000 ng / kg / min, medição da pressão arterial é recomendada antes de, e durante, a infusão de AngII usando um método de cauda-manguito não-invasivo 31. AngII infusão a uma taxa de 1.000 ng / kg / min aumenta a pressão arterial sistólica nos ratos. Além disso, as concentrações plasmáticas de renina pode ser medida durante a infusão de AngII ou no término desde AngII tem um feedback negativo sobre rsecreção enin. Portanto, a infusão de AngII leva a reduções nas concentrações de renina plasma. Se um rato infundido com AngII não tem patologias aparentes aórtica, sem aumento da pressão arterial, e sem diminuição da concentração plasmática da renina, isso indicaria que AngII não foi entregue de forma eficiente através da mini-bomba osmótica implantado. Nós recomendamos de remover este rato do estudo. Também é importante notar que alguns ratos não desenvolvem aneurismas da aorta, apesar de aumento das pressões arterial sistólica e diminuição das concentrações plasmáticas de renina. Estes ratinhos devem permanecer no estudo.
Em resumo, a infusão de AngII é conseguido por implantação subcutânea utilizando bombas osmóticas para induzir aneurismas da aorta em ratos. Este método proporciona a AngII constantemente a uma taxa definida para durações designados que são usados para estudar ambos AAA e TAA.
A publicação deste artigo é patrocinado pela Alzet.
The research work presented in this manuscript was supported by a grant (HL107319 to Alan Daugherty and HL107326 to Lisa A. Cassis) from the National Institutes of Health of the United States of America. The content in this manuscript is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health. The publication of this manuscript was sponsored by DURECT Corporation.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Angiotensin II | Bachem | H-1705 | compound used to induce aortic aneurysms |
Alzet Osmotic Pumps | DURECT Corporation | Alzet Model 2004 | feasible for 28-day infusion in mice weighed > 20 g |
Saturated fat-enriched diet | Harlan Teklad | TD.88137 | 42% calories/calories to stimulate hypercholesterolemia in LDL receptor -/- mice |
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