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Method Article
Il presente protocollo descrive una nuova tecnica di bendaggio aortico nei topi per indurre l'ipertrofia cardiaca da sovraccarico di pressione. Per le fascette, viene utilizzato un anello di gomma con un diametro interno fisso. Questa nuova tecnica promette meno varianza e dati più riproducibili per esperimenti futuri.
Il banding aortico nei topi è uno dei modelli sperimentali più comunemente usati per l'ipertrofia cardiaca indotta da sovraccarico di pressione cardiaca e l'induzione dell'insufficienza cardiaca. La tecnica precedentemente utilizzata si basa su una sutura filettata attorno all'arco aortico legato su un ago smussato da 27 G per creare stenosi. Questo metodo dipende dal chirurgo che stringe manualmente il filo e, quindi, porta ad un'elevata varianza nella dimensione del diametro. Un metodo recentemente perfezionato descritto da Melleby et al. promette meno varianza e più riproducibilità dopo l'intervento chirurgico. La nuova tecnica, o-ring-aortic banding (ORAB), utilizza un anello di gomma antiscivolo invece di una sutura con un filo, con conseguente riduzione della variazione del sovraccarico di pressione e fenotipi riproducibili di ipertrofia cardiaca. Durante l'intervento chirurgico, l'o-ring viene posizionato tra le arterie brachiocefalica e carotide sinistra. La costrizione di successo è confermata dall'ecocardiografia. Dopo 1 giorno, il corretto posizionamento dell'anello determina un aumento della velocità del flusso nell'aorta trasversale sulla stenosi indotta dall'o-ring. Dopo 2 settimane, la funzione cardiaca compromessa è dimostrata dalla diminuzione della frazione di eiezione e dall'aumento dello spessore della parete. È importante sottolineare che, oltre a una minore varianza nella dimensione del diametro, l'ORAB è associato a tassi di mortalità intra e post-operatoria più bassi rispetto alla costrizione aortica trasversa (TAC). Pertanto, l'ORAB rappresenta un metodo superiore alla chirurgia TAC comunemente utilizzata, con risultati più riproducibili e una possibile riduzione del numero di animali necessari.
Mentre l'ipertrofia cardiaca fisiologica può essere osservata durante lo sviluppo, l'esercizio fisico e la gravidanza, l'ipertrofia cardiaca patologica risponde a condizioni di stress emodinamico come ipertensione arteriosa, cardiopatia valvolare o mutazioni genetiche. Inizialmente, il cuore subisce un rimodellamento caratterizzato da aumento delle dimensioni dei cardiomiociti e ispessimento delle pareti ventricolari per mantenere la funzione cardiaca 1,2. D'altra parte, il rimodellamento cardiaco patologico è associato ad un aumentato rischio di aritmia, morte improvvisa e alta mortalità. Infine, con il tempo, si traduce in dilatazione ventricolare, una forte diminuzione della funzione contrattile e un'eventuale progressione verso l'insufficienza cardiaca (HF), che è associata ad alta morbilità, mortalità e costi sociali3. Pertanto, vi è un urgente bisogno di comprendere il background molecolare al fine di sviluppare nuove strategie terapeutiche4.
Il bendaggio aortico è un modello che imita l'ipertrofia ventricolare sinistra (LV) indotta da sovraccarico di pressione e l'insufficienza cardiaca nei topi5. Con questo metodo, è possibile esaminare in vivo i meccanismi patologici del rimodellamento cardiaco indotto da sovraccarico di pressione. La prima procedura di banding aortico nei topi è stata riportata da Rockman et al.6. Il sovraccarico di pressione è indotto da una legatura basata sulla sutura del filo intorno all'aorta (tra l'arteria carotide brachiocefalica e quella comune sinistra). Per creare una stenosi di 0,4 mm di diametro, una sutura viene posizionata attorno a un ago da 27 G e all'aorta. Dopo la legatura, l'ago viene rimosso 6,7.
Anche se il diametro dell'ago è fisso, la tenuta del filo dipende fortemente dal chirurgo e, quindi, influenza il fenotipo indotto dell'ipertrofia cardiaca. Inoltre, nel metodo basato su fili/suture, vi è un grado variabile di diametro stenosi dopo l'intervento chirurgico, associato ad un'elevata varianza nella mortalità 8,9. Inoltre, l'allenamento di questo metodo è impegnativo, soprattutto per quanto riguarda la ricerca del giusto livello e coerenza nel serraggio del filo. Infine, all'inizio dell'allenamento, si verifica un'elevata mortalità intra e post-operatoria dovuta all'interruzione dell'aorta o ad altre lesioni tissutali, nonché un'elevata variazione nell'entità della stenosi negli animali sopravvissuti.
Recentemente, una procedura ottimizzata di banding aortico è stata descritta da Melleby et al.10. Hanno presentato il metodo ORAB (o-ring aortic banding) con meno varianza nella stenosi e livelli altamente riproducibili di sovraccarico di pressione utilizzando un o-ring in gomma antiscivolo con un diametro interno fisso di 0,71 mm, 0,66 mm e 0,61 mm. In breve, l'o-ring viene aperto, posizionato attorno all'arco ascendente e richiuso da fili. Altri scienziati che hanno utilizzato questi o-ring hanno riportato una minore variabilità nell'ipertrofia cardiaca indotta9. Hanno anche osservato mortalità intra e post-operatoria, nonché una migliore riproducibilità e una minore varianza nel fenotipo ipertrofico indotto 9,11. Il presente articolo descrive la procedura di questa strategia unica in un protocollo passo-passo. L'esperienza condivisa in questo rapporto aiuterà altri scienziati a migliorare le loro tecniche in questo settore.
Per indurre ipertrofia cardiaca con conseguente insufficienza cardiaca dopo 6 settimane, i topi maschi C57BL / 6N di 12 settimane sono raccomandati per la chirurgia. Un confronto 2 settimane dopo il banding aortico tra i sottoceppi di topo C57BL/6N e C57BL/6J ha mostrato una grave disfunzione cardiaca e un aumento associato della mortalità nei topi C57BL/6N. Pertanto, questi sono più adatti per i modelli di insufficienza cardiaca12. I topi maschi e femmine di dodici settimane hanno una dimensione ottimale per l'esposizione dell'aorta e il posizionamento dell'o-ring con strumenti speciali.
Gli esperimenti sugli animali sono stati condotti secondo i principi del comitato regionale (Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt, Natur und Digitalisierung des Landes Schleswig-Holstein, numero di autorizzazione: V242-21249/2020 [38-4/20]). I topi utilizzati per il presente studio sono stati ottenuti da una fonte commerciale (vedi Tabella dei materiali). Gli animali sono stati tenuti in condizioni standard con un ciclo di 12 ore di luce, 12 ore di notte; Acqua e cibo erano offerti ad libitum.
1. Cura degli animali
2. Preparazione dell'o-ring
NOTA: Si raccomanda un o-ring con un diametro fisso di 0,4 mm per indurre l'ipertrofia cardiaca dopo 2 settimane. L'estensione e la gravità del fenotipo cardiaco indotto dipendono dalla dimensione del diametro dell'o-ring.
Figura 1: Esecuzione della preparazione dell'o-ring per la legatura . (A) Un o-ring con diametro fisso viene tagliato con forbici o bisturi su un lato. (B) Immagine di un o-ring. (C) Ogni lato o-ring è forato con un 8-0 filo di prolene. (D) O-ring forato con due filettature. (E) Le filettature di un lato dell'anello dell'o-ring sono tirate attraverso il foro dell'ausilio di legatura. (F) Posizione finale prima del posizionamento: i fili di un lato sono posti attraverso il foro dell'ausilio di legatura, mentre i fili dell'altro lato sono mantenuti sciolti. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
3. Premedicazione dei topi e preparazione del campo operatorio
4. Intubazione dei topi
Figura 2: Intubazione del topo. (A) Strumenti per intubazione: (1) Una cannula e.v. da 22 G è utilizzata come tubo endotracheale (senza mandarino); (2) Forcipe; (3) Laringoscopio fatto a mano (cannula deformata / appiattita incollata con bastoncini di legno e nastro adesivo). (B) Esecuzione dell'intubazione sul termoforo posizionato. (C) Topo intubato collegato a un ventilatore. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
5. Chirurgia e preparazione per il posizionamento dell'anello
NOTA: Utilizzare materiali e strumenti sterili per evitare infezioni.
6. Legatura dell'aorta trasversale con l'o-ring
Figura 3: Esecuzione dell'impianto dell'o-ring . (A) L'arco aortico è esposto da tre divaricatori di 1,0-2,5 mm. Entrambi i lunghi fili di un lato dell'anello sono passati sotto l'aorta. (B) L'o-ring sarà posizionato spingendo delicatamente l'anello e tirando i fili. (C) L'o-ring è nella giusta posizione e un filo cranico è annodato con filo caudale su ciascun lato. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
7. Sutura e recupero post-operatorio
8. Conferma della costrizione riuscita e della giusta posizione dell'anello
Figura 4: Conferma della legatura trasversale dell'aorta mediante la misurazione della velocità Doppler ad onda pulsata nelle arterie carotidi. (A) Segnali rappresentativi della velocità Doppler ad onda pulsata dell'arteria carotide destra. (B) La stenosi provoca una maggiore velocità di flusso nell'arteria carotide destra rispetto alla sinistra. (C) La stenosi indotta dalla costrizione determina una velocità di flusso nell'aorta discendente superiore a 2.400 mm/s. I topi fittizi mostrano una velocità di flusso di 600-900 mm/s. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Generalmente, il banding aortico imita la stenosi aortica umana e induce ipertrofia cardiaca nei topi. Una procedura di successo è caratterizzata dal rimodellamento del tessuto cardiaco riflesso dall'ipertrofia cardiaca e dalla ridotta funzionalità cardiaca 5,6.
Direttamente 1 giorno dopo l'operazione, l'effetto della costrizione dell'o-ring dell'aorta trasversale può essere determinato in vivo mediante ecocardiografia
Il bendaggio aortico basato su thread / sutura è stato utilizzato per molti anni per indurre ipertrofia cardiaca da sovraccarico di pressione nei topi. È un metodo consolidato per studiare i meccanismi patologici del rimodellamento cardiaco e della progressione della malattia in vivo. I limiti sono la varianza relativamente elevata nel grado di stenosi e, di conseguenza, il rimodellamento. La tecnica ORAB recentemente introdotta descritta per la prima volta da Melleby et al.10 ottimizz...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo lavoro è stato sostenuto dal Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) a L.L., N.F. e O.J.M. (IVOLADMT-HF; FKZ 01KC2006A).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 x long Fixators, 6 cm | 18200-01 | ||
2 x Blunt Retractors, 5 mm wide | 18200-11 | ||
2 x Short Fixators, 3 cm | 18200-02 | ||
2 x fine tip 45° angled forceps | FST (fine sience tools) | 11160-10 | |
3 x Blunt Retractors, 2.5 mm wide | 18200-10 | ||
3 x Retractor Wires | 18200-05 | ||
4-0 absorbable suture (Vicryl) | ETHICON | SABBKLT0 | Used to suture skin |
6-0 suture (Prolene), needle size:13 mm | ETHICON | JDP879 | Used to suture chest muscle |
8-0 suture (Prolene), needle size: 6.5 mm | ETHICON | RHBECH | Used to fast the Ring |
Anesthetizing Box, Small | Havard apparatus | 50-0108 | |
C57BL/6N mice | Charles River | ||
Fluosorber Activated Charcoal Filter Canister | Havard apparatus | 34-0415 | Used to induce and maintain anesthesia |
Handmade laryngsopcope | Intubationshelp | ||
Harvard Apparatus Anesthetic Vaporizer | Havard apparatus | Used to induce and maintain anesthesia | |
Heating pad + rectal probe (LSI Letica Scientific Instruments:Temperature control unit HB 101/2 ) | Panlab/ Havard apparatus | Used to control and maintain body temperature | |
i.v. cannula blue 22-gauge (Vasofix Braunüle 0.9 x 25 mm) | B/Braunsharing Expertise | 4268091B | intubation |
isofluran | Baxter | Anesthesia | |
Kodan (betadine solution) | Schülke | 20003960-A | Desinfection |
ligation aid | FST (fine sience tools) | 18062-12 | Used to perform liagtion with O-ring |
Microscope Lighting: Schott VisiLED Set MC1500/S80-55 (+ controller) | SCHOTT | Ligth | |
Microscope camera (Leica IC80 HD) | Leica | Used for visualiation operating field | |
MiniVac Complete Anesthesia Systems for small rodents | Havard apparatus | 75-0233 | Used to induce and maintain anesthesia |
Mouse Ventilator MiniVent Type 845 | Havard Apparatus | 73-0044 | Used to ventilation during surgery |
Needle holder | FST (fine sience tools) | TE-10804 | |
O-ring, non-slip rubber (0.0018 mm x 0.020 mm) | Apple Rubber Products | Liagtion of the aortic arch | |
Scissors | FST (fine sience tools) | 14040-09 | Used to cut the skin and threads |
Small Animal Retraction System (Kit for Animals up to 200 g) | FST (fine sience tools) | 18200-20 | |
Small Base Plate, 20 x 30 cm | 18200-03 | ||
Table intgerated with heating pad + rectal probe + ECG and transducer tripod | FujiFilm Visual Sonics Imaging System | Echocardiography | |
Temgesic (Buprenorphin) | Indivior UK Limited | 997.00.00 | Pain pre-medication |
three-way stop cock (blue) | |||
Tramal (Tamadol) | Grünental | Pain post-medication | |
transducer probe MS400 (Visual Sonics) | FujiFilm Visual Sonics Imaging System | Echocardiography | |
Ultrasound system with cardioligy package | FujiFilm Visual Sonics Imaging System | Echocardiography | |
Vannas Spring Scissors - 2.5 mm Cutting Edge | FST (fine sience tools) | 15000-08 | Used to cut intercostal chest muscle |
vet ointment | Bepanten | Used to prevent eyes from drying out |
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