Method Article
В данной работе представлен метод изучения постнатального коронарного коллатерального роста, индуцированного повторяющейся ишемией у мышей, включая хирургическую имплантацию пневматического окклюдера на левую переднюю нисходящую артерию, автоматизированную систему надувания для протокола повторяющейся ишемии и потенциальные методы оценки коллатерального роста.
Коронарные коллатерали являются естественным обходным путем при ишемической болезни сердца (ИБС), и поэтому в течение многих лет коронарный коллатеральный рост (ККГ) был многообещающей терапевтической мишенью для лечения ИБС, особенно у пациентов с сахарным диабетом 2 типа или метаболическим синдромом, при котором КБГ нарушена. Тем не менее, этот процесс недостаточно изучен, отчасти из-за отсутствия мышиных моделей ККИ, хотя были созданы и другие животные модели, такие как свиньи, собаки и крысы. Мышиная модель может использовать многие генетические модификации, доступные для данного вида, включая отслеживание родословной и регуляцию генов (сверхэкспрессия или нокаут), чтобы пролить свет на процесс и механизм ККИ, включая участвующие в ней пути и типы клеток. Поэтому мы решили разработать мышиную модель ККИ, индуцированной повторяющейся ишемией (RI) через транзиторную ишемию, повторная окклюзия левой передней нисходящей артерии (ПМЖ). В данной рукописи подробно описывается модель ККИ мыши, в том числе операция по имплантации пневматического окклюдера на ПМЖ, автоматизированная система надувания на основе давления, используемая для контроля давления и времени надувания, а также последовательность протокола RI. Этот метод уже породил одну публикацию для разъяснения процесса ККГ, индуцированного RI, показывающей, что прорастающий ангиогенез приводит к образованию зрелых коронарных артерий в ККГ в сердцах взрослых мышей.
Ишемическая болезнь сердца (ИБС) является основной причиной смертности в Соединенных Штатах, и ежегодно проводится более 200 000 операций по шунтированию коронарных артерий с цельюлечения этого заболевания. Коронарные коллатерали, анастомозы между ветвями коронарного артериального дерева, являются естественным обходным средством, которое может снабжать кровью ишемизированную ткань ниже по течению от закупорки2; Тем не менее, люди демонстрируют широкий разброс в протяженности своих родных коллатеральных сетей 3,4. Пациенты с ИБС с более обширной коронарной коллатерацией имеют лучшие исходы во время сердечных событий, включая уменьшение размера инфаркта и смертность. Следовательно, коронарный коллатеральный рост (ККГ) является терапевтической целью на протяжении более десяти лет 5,6,7. Это представляет особый интерес в связи с растущим числом пациентов с метаболическим синдромом8, у которых наблюдается более слабая коллатерация коронарных артерий9. Тем не менее, до тех пор, пока процесс и механизм ХКГ не будут лучше изучены, попытки индуцировать ККГ для лечения ИБС вряд ли будут плодотворными.
Коронарные коллатерали были изучены на крупных животных моделях, а краткие, повторяющиеся окклюзии основных коронарных артерий были использованы для индуцирования ККГ у свиней10, собак11 и крыс12. Мышиная модель ККИ, однако, будет иметь больше преимуществ при изучении молекулярных и клеточных механизмов ККИ из-за множества генетически модифицированных мышиных линий, включая отслеживание линии, ген-специфические или клеточно-специфические трансгенные и нокаутные линии. Интересно, что в отличие от людей, у мышей, как сообщается, нет нативных коронарных коллатералей13,14, что делает их привлекательной моделью для изучения формирования коронарных коллатералей. Действительно, недавнее исследование показало, что у пациентов с обструктивной болезнью артерий почти половина (47%) не имели коллатерации (степень Рентропа 0)3; таким образом, мышиная модель ККГ может быть клинически значимой для пациентов с минимальной нативной коллатерацией.
Поэтому мы разработали мышиную модель ККГ, индуцированной повторяющейся ишемией, с надувным баллонным окклюдером над левой передней нисходящей артерией (ПМЖ), которая использует систему надувания на основе давления, автоматизированную с таймером. Протокол повторяющейся ишемии способен стимулировать коллатеральный рост, как показано в недавней публикации14. Эта мышиная модель ККИ обеспечит новое понимание процесса ККИ на клеточном и молекулярном уровнях и может быть использована для проверки потенциальных мишеней для продвижения ККИ.
Описанные эксперименты на животных проводились в соответствии с Руководством по уходу за лабораторными животными и их использованию и были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию Медицинского университета Северо-Восточного Огайо.
1. Хирургическая подготовка
ПРИМЕЧАНИЕ: Для протокола RI используйте мышей C57BL/6 любого пола весом не менее 25 г. Используйте асептическую технику на протяжении всей операции.
2. Повторяющаяся ишемия
3. Полимерная перфузия и забор тканей
Из 136 мышей C57BL/6, включая самцов и самок, выживаемость после операции RI составила 93,4%, при этом 80,9% мышей выжили в течение всего 17-дневного протокола RI.
Протокол RI у мышей был оптимизирован на основе предыдущих моделей RI на животных 12,16, которые имеют короткие эпизоды ишемии без постоянного повреждения миокарда. Во время операции можно провести функциональную оценку окклюдера путем наблюдения за видимым побледнением верхушки ЛЖ и повышением ST на ЭКГ во время раздувания окклюдера, которые возвращаются к норме после сдувания (Рисунок 6). После периода послеоперационного восстановления функция окклюдера была повторно проверена на 0-й день с помощью эхокардиографии как до, так и во время надувания окклюдера. Как фракция выброса (ФВ), так и фракционное укорочение (ФС) снижаются во время надувания, что указывает на то, что окклюдер был установлен правильно и вызывает ишемию и снижение функции при надувании (Рисунок 7А). Эти параметры можно оценить повторно на 17-й день; Если сердечная функция во время надувания окклюдера улучшилась в течение 17 дней, как видно на рисунке 7A, это говорит о том, что ишемия, вызванная раздуванием окклюдера, была улучшена за счет коллатералей, выращенных в течение периода RI, которые теперь повторно снабжают коллатеральную зависимую зону (CZ).
Помимо функционального анализа с помощью эхокардиографии, еще одной оценкой ККГ является визуализация наличия коллатеральных сосудов путем перфузии рентгеноконтрастного полимера. Сообщается, что у мышей отсутствуют нативные коллатерали13, поэтому в нативном сердце мыши (без хирургического вмешательства или РИ) лигирование ПМЖ с последующей ретроградной перфузией полимера приводит к образованию незаполненной области ЧЗ после лигирования, где артерии не заполнены полимером, поскольку кровоток был остановлен (рис. 7В). Напротив, наличие заполненных артерий в ЧЗ указывает на наличие коллатерального кровообращения. У мышей, перенесших протокол RI, после лигирования в позиции окклюдера CZ перфузируется полимером через коллатерали, развившиеся в период RI (рис. 7C).
Рисунок 1: Хирургический вид основных этапов. (A) Место для торакотомии, обозначенное наконечниками щипцов после разреза по средней линии и втягивания кожи и мышц. (В) Сердце после торакотомии; Желтая звездочка указывает на расположение левой ушной раковины. (В) Размещение окклюдера на сердце (белая стрелка) и наружная трубка через второе нижнее межреберье (синяя стрелка). (D) Вид после закрытия сундука; Белой стрелкой обозначена подкожная окклюдерная трубка, а желтой стрелкой показано, где наружная трубка находится на правом плече. (E) Фиксация страховочного троса на спине. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 2: Кнопочное устройство для надувания окклюдера. Устройство накачивания состоит из: (A) регулятора, (B) электрического электромагнитного клапана, (C) кнопки включения/выключения и (D) манометра; он сужается на конце (E) для соединения с окклюдерной трубкой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 3: Послеоперационная клетка для мышей. Компоненты включают в себя: (A) вертлюг с пластиковым тросом, (B) трубку из углеродного волокна и (C) противовес из вертлюга и грузил. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 4: Автоматизированная система накачки. Он состоит из (A) нормально закрытого электрического электромагнитного клапана, (B) манометра, (C) нормально открытого электрического электромагнитного клапана и (D) электрической панели, подключенной к цифровому программируемому таймеру. Когда таймер включает систему, соленоиды переключаются, и CO2 поступает в систему, чтобы надуть окклюдер. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 5: Хронология протокола RI. После операции RI мыши отдыхают в течение 5-7 дней перед первичной эхокардиографией и началом протокола RI, который затем продолжается в течение 17 дней до окончательной эхокардиографии и жертвоприношения. Протокол RI состоит из 4 ежедневных надуваний (6 мин при 10 psi каждое) с 3-часовым отдыхом между надуваниями. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 6: Репрезентативные электрокардиограммы до, во время и после надувания окклюдера. (A) ЭКГ до надувания (красная стрелка указывает на начало надувания). (B) ЭКГ во время надувания, показывающая подъем ST. (В) ЭКГ, после сдувания, нормализовалась. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 7: Оценка коронарного коллатерального роста (ККИ). (A) У мышей дикого типа фракция выброса (ФВ) и фракционное укорочение (ФС) снижались во время надувания окклюдера в день 0, что указывает на правильное размещение окклюдера. На 17-й день изменение ЭФ% и ФС было достоверно меньше, чем на 0-й день, что указывает на ККГ (n=14 на 0-й день, n=9 на 17-й день, для анализа статистической значимости использовался непарный U-критерий Манна-Уитни, *p < 0,05. Эта цифра была изменена с14. (В, В) Рентгеноконтрастная полимерная перфузия с RI и без него. Белыми стрелками обозначена точка лигирования ПМЖ. Белым пунктирным кругом обозначена коллатерозависимая зона (CZ); в сердцах без RI наполнения нет, но в сердцах RI сосуды CZ наполняются через коллатерали. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Коронарные коллатерали являются естественным шунтированием для пациентов с ИБС. После неудачных клинических испытаний, нацеленных на ангиогенез17, стимулирование развития коронарных коллатералей может быть лучшим терапевтическим подходом для этих пациентов. В отличие от капилляров, полученных в результате ангиогенеза, которые имеют только один слой эндотелиальных клеток, коллатерали представляют собой зрелые артерии с покрытием гладкомышечных клеток. Коллатерали пополняют кровоток к областям ишемии миокарда, вызванной обструктивными артериями. Понимание норм регулирования КБО имеет жизненно важное значение для разработки новых мишеней для лечения ИБС.
Модели крупных животных, использующие повторяющуюся ишемию для изучения ККИ, оказались полезными 10,11,12, особенно когда они автоматизированы для уменьшения дисперсии и повышения эффективности использования времени18, но не могут в полной мере использовать преимущества современных генетических технологий. Масштабирование такой модели ККИ до размера мыши сопряжено с определенными трудностями, но преимущества многочисленны, как практические, так и научные: мыши стоят дешевле в помещении и требуют меньше места, предоставляя при этом больший набор генетических моделей.
Несмотря на то, что в последние годы было опубликовано несколько мышиных моделей ККИ 13,16,19,20,21, эта модель имеет несколько отличий 14. Повторяющаяся ишемия (ИП) индуцирует коллатеральный рост без потери или повреждения миокарда, вызванного инфарктом миокарда. После имплантации окклюдера процесс RI может быть отрегулирован, а программа автоматизирована, что положительно сказывается на экономии времени и воспроизводимости. Автоматизированная система надувания недорога и проста в программировании и эксплуатации, не требуя компьютерной системы. Коллатеральный рост можно оценить путем измерения сердечной функции с надуванием окклюдера и без него, что является хорошим косвенным индикатором существования коронарного коллатерального потока. Более того, перфузия рентгеноконтрастным полимером для визуализации сосудистой сети сердца проста и недорога. Несмотря на то, что общая процедура сложна и требует квалифицированного хирурга, мышиная модель ККГ позволяет индуцировать коллатеральный рост в сердце взрослого человека, открывая новую область для изучения регуляции ККГ и предоставляя инструмент для тестирования терапевтических мишеней для стимулирования коллатерального роста при ИБС.
В то время как представленные здесь данные относятся к мышам дикого типа в возрасте 4-6 месяцев, протокол может быть адаптирован для различных потребностей различных исследований, изучающих вопросы факторов, влияющих на ККИ, таких как регуляция генов, половые различия, старение и сердечно-сосудистые патологии. Мы рекомендуем использовать мышей весом не менее 25 г из-за размера окклюдера по отношению к мышиному сердцу. Мы также знаем, что старение является фактором риска для всех сердечно-сосудистых заболеваний, и его влияние на ККГ неизвестно. Мы ожидаем, что показатели хирургической выживаемости или исход коллатерального роста у старых мышей могут отличаться от дикого типа из-за длительности и сложности операции или фенотипа системного старения.
Хирургическая подготовка к протоколу RI действительно более длительная и сложная, чем типичная операция MI, включает в себя установку двух имплантатов и изменение положения мыши в середине операции. Внимание к нескольким ключевым шагам поможет облегчить процесс. Наиболее важным этапом процедуры является имплантация окклюдера, которая заключается в точном обрезании ПМЖ при прохождении шва через миокард, а также достижении правильного натяжения шва при завязывании окклюдера. Точное позиционирование окклюдера легко оценить: успешное размещение приведет к апикальному побледнению, а также к подъему ST тогда и только тогда, когда окклюдер надут; в противном случае миокард и ЭКГ кажутся нормальными. Важно проверить ЭКГ с надуванием и без него во время операции RI, а также сердечную функцию с надуванием и без него после операции в 0-й день. Если у мыши перенесен инфаркт миокарда без раздувания окклюдера, животное следует отстранить от исследования. Перед тем как окклюдеры будут имплантированы, их необходимо протестировать на оптимальное давление. Имплантация троса является еще одним ключевым этапом, поскольку трос защищает окклюдерную трубку от повреждения мышью, что может привести к преждевременному прекращению действия протокола RI. Неправильное размещение может стать причиной некроза кожи.
Таким образом, эта мышиная модель ККГ с помощью повторяющейся ишемии является ценным инструментом для изучения механизма и регуляции ККГ, а также для скрининговой терапии, разработанной для лечения ИБС.
Авторам нечего раскрывать.
Авторы благодарят Вэйго Вана, Коди Джугилона, Иянуолуву Огунмилуйи и Девана Ричардсона за их вклад в обсуждаемые здесь методы. Эта работа была поддержана 1R15HL115540-01 и 1 R01 HL137008-01A1.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#5/45 degree forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | |
1/4" Closed Brass Electric Solenoid Valve | U.S. Solid | USS2-00054 | inflation system |
1/4" Open Brass Electric Solenoid Valve | AceCrew | inflation system | |
1/4" pneumatic tubing | China SNS Pneumatic Co.,Ltd | APU1/4-32.8ft | push-button device |
1/4" push-in connectors | RuoFeng | 543Y | push-button device |
1/8" brass fittings | Edge Industrial | inflation system | |
2 Position Pneumatic Electric Solenoid Valve | U.S. Solid | USS- PSV00033 | push-button device |
20G angiocath | BD | 381703 | |
45 degree Castroviejo needle holders | Roboz | RS-6421 | |
6-0 polyglactin sutures | DemeTECH | G176011B13M | |
6-0 polypropylene sutures | AD Sugical | XS-P618R11 | |
70% Ethanol | |||
8-0 polypropylene sutures | DemeTECH | PM19800, 65G0P | |
Betadine | Purdue Products | 367618150085 | |
Blunt nosed scissors | World Precision Intruments | 500366 | |
Carbon fiber arrow shaft | post-surgical cage; cut to 12.5 cm | ||
Cotton swabs (3") | Puritan | 872-PC DBL | |
Curity Gauze Sponges (2x2) | Cardinal Health | 2146 | |
Dipsey swivel sinkers | Water Gremlin | post-surgical cage | |
Electrode cream | Signacreme | 17-05 | |
Glycopyrrolate | Westward | 0143-9679-01 | |
Hartman hemostats | Fine Science Tools | 13003-10 | |
Isoflurane | Covetrus | 29404 | |
Ketofen (ketoprofen) | zoetis | 10004031 | |
Lidocaine (2%) | Covetrus | 14583 | |
MICROFIL (yellow) | Flow Tek | MV-122 | |
Mini Push Button | Interactivia | E-SWC-PBM-PBS-105 | push-button device |
Miniature Air Pressure Regulator | PneumaticPlus | PPR2-N02BG-4 | push-button device |
Mini-Colibri spring retractor | Fine Science Tools | 17000-01 | |
MiniVent ventilator | Harvard Apparatus | 73-0044 | |
Occluder | Custom made | ||
Octagon handled forceps | Fine Science Tools | 11041-08 | |
Ohan Rodent Intubation System | BMR Supply | Ohan-201 | |
Paraformaldehyde solution 4% in PBS | Santa Cruz | sc-281692 | |
PE20 tubing | |||
PE50 tubing | |||
Plastic swivel (1 channel) | Instech | 375/25PS | post-surgical cage |
Premixed PBS Buffer, 10x | Roche | 11666789001 | Diluted to 1x |
Pressure Gauge | PIC Gauges | 102D-158D-10/32 | push-button device |
Programmable Digital Outlet Timer | BN-LINK | BND-60/SU105 | inflation system |
Puralube Vet Opthalmic Ointment | Dechra | 17033-211-38 | |
Retractors w/ 18200-07 elastomer | Fine Science Tools | 18200-10 and 18200-11 | |
Rodent Surgical Monitor+ | Scintica | 900-0053-01 | |
Round handled suture tying forceps | Fine Science Tools | 18026-10 | |
Snap-lock barrel swivel (size 5) | Eagle Claw | 01032-005 | post-surgical cage |
Straight needle holders | Fine Science Tools | 12060-01 | |
Tether | Instech | PS62 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены