Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Mevcut protokol ex-vivo neonatal murin kalbin aort kanülasyonunu ve retrograd perfüzyonunu tanımlamaktadır. Diseksiyon mikroskobu ve körelmiş küçük çaplı bir iğne kullanan iki kişilik bir strateji, güvenilir kanülasyona izin verir. Uzunlamasına kontraktil gerilimin miktarı, sol ventrikülün tepesine bağlı bir kuvvet dönüştürücü kullanılarak elde edilir.
Ex-vivo retrograd perfüze kalbin kullanımı, Oskar Langendorff tarafından bir asırdan fazla bir süre önce geliştirilmesinden bu yana iskemi-reperfüzyon araştırmasının temel taşı olmuştur. Bu teknik son 25 yılda farelere uygulanmış olmasına rağmen, bu türdeki kullanımı yetişkin hayvanlarla sınırlı kalmıştır. Yenidoğan murin aortunu tutarlı bir şekilde kanüle etmek için başarılı bir yöntemin geliştirilmesi, genetik olarak değiştirilebilir ve düşük maliyetli bir türde kritik bir kardiyak gelişim döneminde izole retrograd perfüze kalbin sistematik olarak incelenmesine izin verecektir. Langendorff preparatının modifikasyonu, iskemik zamanı en aza indirirken yenidoğan murin kalbinde kanülasyon ve reperfüzyonun kurulmasını sağlar. Optimizasyon, yenidoğan fare aortunun diseksiyon mikroskobu ve modifiye edilmiş ticari olarak temin edilebilen bir iğne kullanılarak başarılı bir şekilde kanülasyonuna izin vermek için iki kişilik bir teknik gerektirir. Bu yaklaşımın kullanımı 3 dakika içinde retrograd perfüzyonu güvenilir bir şekilde kuracaktır. Yenidoğan fare kalbinin kırılganlığı ve ventrikül boşluğu boyutu, bir balon kullanılarak üretilen intraventriküler basıncın doğrudan ölçülmesini engellediğinden, uzunlamasına kontraktil gerilimi ölçmek için sol ventrikülün tepesine bir dikişle bağlanmış bir kuvvet dönüştürücünün kullanılması gerekir. Bu yöntem, araştırmacıların izole edilmiş sabit akışlı retrograd-perfüze yenidoğan murin kalp hazırlığını başarılı bir şekilde kurmalarına izin vererek, gelişimsel kardiyak biyolojinin ex-vivo bir şekilde incelenmesine izin verir. Önemli olarak, bu model yenidoğan kalbindeki iskemi-reperfüzyona fizyolojik ve farmakolojik yanıtları araştırmak için güçlü bir araç olacaktır.
Ex-vivo kalp preparatları, bir yüzyılı aşkın bir süredir fizyolojik, patofizyolojik ve farmakolojik çalışmaların temel bir unsuru olmuştur. 1860'larda Elias Cyon'un çalışmalarından kaynaklanan Oskar Langendorff, izole kurbağa modelini retrograd perfüzyon için uyarladı ve oksijenli bir perfüzyon1 ile koroner akış sağlamak için aort kökünü basınçlandırdı. Langendorff, adaptasyonunu kullanarak koroner dolaşım ve mekanik fonksiyon2 arasında bir korelasyon gösterebildi. Daha sonra Langendorff tekniği olarak adlandırılan ex-vivo retrograd perfüze kalp, fizyolojik araştırmanın temel taşı olarak kaldı ve potansiyel karışıklıkların yokluğunda izole kalbi güçlü bir şekilde incelemek için basitliğinden yararlandı. Langendorff preparatı, kalbin ("çalışan kalp" olarak adlandırılır) dışarı çıkmasına izin vermek ve perfüzyonun yeniden dolaşmasına izin vermek için daha da modifiye edilmiştir3. Bununla birlikte, ilginin birincil fizyolojik bitiş noktaları değişmeden kalmıştır. Bu son noktalar arasında kontraktil fonksiyon, elektriksel iletim, kardiyak metabolizma ve koroner direnç ölçümleribulunur 4.
Orijinal kurbağa kalp preparatında kardiyak fonksiyonu değerlendirmek için Langendorff, kalbin tepesi ile bir kuvvet dönüştürücü arasına bağlı bir sütür kullanarak uzunlamasına eksende ventriküler kasılmanın yarattığı gerginliği ölçtü. 5 İzometrik kasılma, ventrikül dolgusu yokluğunda kalbe uygulanan bazal gerilim ile bu şekilde ölçüldü. Yaklaşımın iyileştirilmesi, izovolumik kontraksiyon sırasında miyokard performansını değerlendirmek için sol atriyum yoluyla sol ventriküle sıvı dolu balonların yerleştirilmesine yol açmıştır6. Kardiyak ritmi ve kalp atış hızını değerlendirmek için, araştırmacıların elektrokardiyogramı kaydetmelerini sağlamak için kalbin kutuplarına yüzey uçları yerleştirilebilir. Bununla birlikte, zorunlu denervasyon göz önüne alındığında, göreceli bradikardi beklenebilir. Dışsal pacing bunun üstesinden gelmeye ve deneyler arasındaki kalp atış hızı değişkenliğini ortadan kaldırmaya hizmet edebilir1. Bir diğer sonuç ölçütü olan miyokard metabolizması, koroner perfüzyon ve atık sudaki oksijen ve metabolik substrat içeriğinin ölçülmesi ve aralarındaki farkın hesaplanması ile değerlendirilebilir7. Koroner atık sudaki laktat miktarı, hipoksi, hipoperfüzyon, iskemi-reperfüzyon veya metabolik pertürbasyonlarda görüldüğü gibi anaerobik metabolizma dönemlerinin karakterize edilmesine yardımcı olabilir7.
Langendorff'un orijinal çalışması, kedileri birincil denek olarak kullanarak ex-vivo memeli kalbinin incelenmesini sağladı5. İzole sıçan kalbinin değerlendirilmesi, 1900'lerin ortalarında, 1967'de 'çalışan kalp' sıçan modelini detaylandıran Howard Morgan ile popülerlik kazandı5. Farelerin kullanımı, teknik karmaşıklık, doku kırılganlığı ve nispeten küçük murin kalp boyutu nedeniyle sadece 25 yıl önce başladı. Farelerin incelenmesiyle ilgili zorluklara rağmen, düşük maliyetler ve genetik manipülasyon kolaylığı, bu tür murin ex-vivo preparatlarının çekiciliğini ve talebini arttırmıştır. Ne yazık ki, tekniğin uygulanması yetişkin hayvanlarla sınırlıydı, 4 haftalık yavru fareler yakın zamana kadar ex-vivo çalışma için kullanılan en genç deneklerdi 8,9. Genç fareler yetişkinlerle karşılaştırıldığında "nispeten olgunlaşmamış" olsa da, gelişimsel biyoloji çalışmaları için denek olarak faydaları sınırlıdır, çünkü büyük ölçüde doğum barajlarından sütten kesilmişlerdir ve yakında ergenliğe başlayacaklar10. Ergenlik, glukoz ve laktattan yağ asitlerine miyokard substrat kullanımında doğum sonrası geçişin çok ötesinde gerçekleşir11. Bu nedenle, yenidoğan kalbindeki metabolik değişiklikler hakkındaki çoğu bilgi, tarihsel olarak tavşanlar ve kobay11 gibi daha büyük türlerdeki ex-vivo çalışmalardan kaynaklanmaktadır.
Gerçekten de, Langendorff hazırlığına alternatif yaklaşımlar mevcuttur. Bunlar, tüm organ fonksiyonel verilerinden ve bağlamından yoksun olan in vitro deneyleri veya in vivo çalışmaları içerir. Bu, gerekli bir anestezik ajanın kardiyovasküler ve solunum etkileri, nörohumoral girdinin etkisi, çekirdek sıcaklığının sonuçları, hayvanın beslenme durumu ve substrat mevcudiyeti12,13 gibi kafa karıştırıcı değişkenlerle teknik olarak zor ve karmaşık olabilir. Langendorff yaklaşımı, izole edilmiş perfüze edilmiş kalbin, bu tür karışıklıkların yokluğunda daha kontrollü bir şekilde ex-vivo bir şekilde incelenmesine izin verdiği için, güçlü bir araştırma aracı olarak kabul edilmiştir ve edilmeye devam etmektedir. Bu nedenle, burada sunulan teknik, araştırmacılara yenidoğan murin kalbinin ex-vivo çalışması için deneysel bir yaklaşım sunar ve reperfüzyon süresini sınırlar.
Gelişim dönemlerinde kalbin araştırılması, miyokard olgunlaşması sırasında meydana gelen geniş kapsamlı biyokimyasal, fizyolojik ve anatomik geçişler göz önüne alındığında önemli bir husustur. Anaerobik metabolizmadan oksidatif fosforilasyona geçişler, substrat kullanımındaki değişiklikler ve hücre proliferasyonundan hipertrofiye ilerleme, olgunlaşmamış kalpte benzersiz bir şekilde meydana gelen dinamik süreçlerdir11,14. Gelişmekte olan kalbin bir diğer kritik yönü, gerekli dönemlerde karşılaşılan stresörlerin yenidoğan kalbinde yüksek tepkiler üretebilmesi ve yetişkinlikte hakaretlere karşı gelecekteki duyarlılığı değiştirebilmesidir15. Önceki çalışmalar, Langendorff perfüze edilmiş yenidoğan kalbini incelemek için yeni doğmuş sıçanları, kuzuları ve tavşanları kullanmış olsa da, bu türün gelişimsel biyoloji araştırmalarına verdiği önem göz önüne alındığında, farelerin kullanımına izin veren ilerlemeler gereklidir16. Bu ihtiyacı karşılamak için, 10 günlük hayvanları kullanan ilk murin Langendorff perfüze yenidoğan kalp modeli yakın zamanda kurulmuştur6. Burada başarılı aort kanülasyonunu mümkün kılan ve izole yenidoğan murin kalbinin retrograd perfüzyonunu sağlayan bir yöntem sunulmuştur. Bu yaklaşım farmakoloji, iskemi-reperfüzyon veya tüm organ fonksiyonlarına odaklanan metabolizma çalışmaları için kullanılabilir veya kardiyomiyositlerin izolasyonu için uyarlanabilir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Columbia Üniversitesi Tıp Merkezi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi'nin açıklanan tüm yöntemler için onayları alınmıştır. Çalışma için vahşi tip C57Bl/6 erkek doğum sonrası gün 10 fare kullanıldı.
1. Langendorff aparatının hazırlanması
2. Aort kanülü imalatı
3. Organ toplama
4. Kanülasyon
5. İşlevsel ölçüm
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
P10 fareleri, insan bebeklikdöneminde 26,27 bir zaman noktasını modellemek için kullanıldı. On beş izole C57Bl/6 yenidoğan fare kalbi başarıyla hasat edildi ve kanüle edildi. Kalpler, 2.5 mL min-1 ısıtılmış oksijenli KHB'nin sürekli akışı ile perfüze edildi. Glukoz ekstraksiyonu, oksijen tüketimi, laktat üretimi gibi metabolik parametreler ve kalp atış hızı, perfüzyon basıncı ve koroner direnç gibi fizyolojik parametreler...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu çalışmada izole yenidoğan fare kalbindeki başarılı aort kanülasyonu ve retrograd perfüzyon tanımlanmıştır. Daha da önemlisi, araştırmacıların genç murin yaşının ve küçük kalp boyutunun daha önce8 sunduğu engellerin üstesinden gelmelerini sağlar. Tasarımda karmaşık olmasa da, yaklaşım önemli derecede teknik beceri gerektirir. Teknik olarak en yetkin araştırmacılara bile kaçınılmaz olarak meydan okuyacak kilit adımlar, aortun kanülasyonu ve kanülün yer...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.
NIH/NINDS R01NS112706 (R.L.)
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Rodent Langendorff Apparatus | Radnoti | 130102EZ | |
24 G catheter | BD | 381511 | |
26 G needle on 1 mL syringe combo | BD | 309597 | |
26 G steel needle | BD | 305111 | |
5-0 Silk Suture | Ethicon | S1173 | |
Bio Amp | ADInstruments | FE135 | |
Bio Cable | ADInstruments | MLA1515 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C4901-100G | |
Circulating heating water Bath | Haake | DC10 | |
curved iris scissor | Medline | MDS10033Z | |
dissecting microscope | Nikon | SMZ-2B | |
find spring scissors | Kent | INS600127 | |
Force Transducer | ADInstruments | MLT1030/D | |
glucose | Sigma-Aldrich | G8270-100G | |
Heparin | Sagent | 400-01 | |
High pressure tubing | Edwards Lifesciences | 50P184 | |
iris dressing forceps | Kent | INS650915-4 | |
Jeweler-style curved fine forceps | Miltex | 17-307-MLTX | |
KCl | Sigma-Aldrich | P3911-25G | |
KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P0662-25G | |
MgSO4 | Sigma-Aldrich | M7506-500G | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S9888-25G | |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S6014-25G | |
Roller Pump | Gilson | Minipuls 3 | |
straight dissecting scissors | Kent | INS600393-G | |
Temporary cardiac pacing wire | Ethicon | TPW30 | |
Wide Range Force Transducer | ADInstruments | MLT1030/A |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır