Name: ultrasound based assessment of coronary artery flow and coronary flow reserve using the pressure overload model in mice
Uploaded: 2015-04-13T13:00:00
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We thank Fred Roberts for exemplary technical support and also appreciate the help from the histology core in Beth Israel Hospital. We thank Brigham Women&#8217;s Hospital Cardiovascular Physiology Core for providing with the instrumentation and the funds for this work. This work was supported in part by a Department of Medicine Sundry Fund.

NOTA: Todos os procedimentos foram realizados em ratos de acordo com a American Veterinary Medical Association (AVMA) orientações e aprovado Institutional Animal Care e usar os comités (IACUC) protocolos. 1. Projeto de Estudo <ol><li> Use 8-10 semanas de idade do sexo masculino camundongos C57BL / 6 (BW ~ 25 g) no estudo. </li><li> Aleatória a ratinhos (n = 11) em dois grupos, o grupo de estudo seleccionados para bandeamento aórtico (n = 8), e o grupo de controlo (n = 3) se submeter a...

<ol>
	<li>Yang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+artery+remodeling+in+a+model+of+left+ventricular+pressure+overload+is+influenced+by+platelets+and+inflammatory+cells.">Coronary artery remodeling in a model of left ventricular pressure overload is influenced by platelets and inflammatory cells.</a> PloS one. 7, e40196 (2012).</li><li>Cheng, H. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+right+ventricular+structure+and+function+in+mouse+model+of+pulmonary+artery+constriction+by+transthoracic+echocardiography.">Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. , e51041 (2014).</li><li>Meimoun, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+associated+with+noninvasive+coronary+flow+reserve+in+severe+aortic+stenosis.">Factors associated with noninvasive coronary flow reserve in severe aortic stenosis.</a> Journal of the American Society of Echocardiography : official publication of the American Society of Echocardiography. 25, 835-841 (2012).</li><li>Bratkovsky, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+coronary+flow+reserve+in+isolated+hearts+from+mice.">Measurement of coronary flow reserve in isolated hearts from mice.</a> Acta physiologica Scandinavica. 181, 167-172 (2004).</li><li>Wu, J., Zhou, Y. 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J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Doppler+estimation+of+reduced+coronary+flow+reserve+in+mice+with+pressure+overload+cardiac+hypertrophy.">Doppler estimation of reduced coronary flow reserve in mice with pressure overload cardiac hypertrophy.</a> Ultrasound in medicine &amp; biology. 34, 892-901 (2008).</li><li>Saraste, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+flow+reserve+and+heart+failure+in+experimental+coxsackievirus+myocarditis.+A+transthoracic+Doppler+echocardiography+study.+American+journal+of+physiology.">Coronary flow reserve and heart failure in experimental coxsackievirus myocarditis. A transthoracic Doppler echocardiography study. American journal of physiology.</a> Heart and circulatory physiology. 291, H871-H875 (2006).</li><li>Scherrer-Crosbie, M., Thibault, H. 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W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+response+to+pressure+overload+in+129S1/SvImJ+and+C57BL/6J+mice:+temporal-+and+background-dependent+development+of+concentric+left+ventricular+hypertrophy.">Cardiac response to pressure overload in 129S1/SvImJ and C57BL/6J mice: temporal- and background-dependent development of concentric left ventricular hypertrophy.</a> American journal of physiology. Heart and circulatory physiology. 292, H2119-H2130 (2007).</li><li>Wikstrom, J., Gronros, J., Gan, L. 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D., Donohue, T. J., Wolford, T. L., Kern, M. J., Bergmann, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+blood+flow+distal+to+coronary+artery+stenoses.+Correlations+between+myocardial+positron+emission+tomography+and+poststenotic+intracoronary+Doppler+flow+reserve.">Assessment of blood flow distal to coronary artery stenoses. Correlations between myocardial positron emission tomography and poststenotic intracoronary Doppler flow reserve.</a> Circulation. 94, 2447-2454 (1996).</li><li>Wada, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+flow+velocity+reserve+in+three+major+coronary+arteries+by+transthoracic+echocardiography+for+the+functional+assessment+of+coronary+artery+disease:+a+comparison+with+fractional+flow+reserve.">Coronary flow velocity reserve in three major coronary arteries by transthoracic echocardiography for the functional assessment of coronary artery disease: a comparison with fractional flow reserve.</a> European heart journal cardiovascular Imaging. 15, 399-408 (2014).</li><li>Hartley, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Doppler+velocity+measurements+from+large+and+small+arteries+of+mice.+American+journal+of+physiology.">Doppler velocity measurements from large and small arteries of mice. American journal of physiology.</a> Heart and circulatory physiology. 301, H269-H278 (2011).</li><li>Almeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transverse+aortic+constriction+in+mice.">Transverse aortic constriction in mice.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. , 1729 (2010).</li><li>Rockman, H. A., Wachhorst, S. P., Mao, L., Ross, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ANG+II+receptor+blockade+prevents+ventricular+hypertrophy+and+ANF+gene+expression+with+pressure+overload+in+mice.">ANG II receptor blockade prevents ventricular hypertrophy and ANF gene expression with pressure overload in mice.</a> American Journal of Physiology. , H2468-H2475 (1994).</li><li>Virag, J. A., Lust, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coronary+artery+ligation+and+intramyocardial+injection+in+a+murine+model+of+infarction.">Coronary artery ligation and intramyocardial injection in a murine model of infarction.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. , 2581 (2011).</li><li>Niu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=beta3-adrenoreceptor+stimulation+protects+against+myocardial+infarction+injury+via+eNOS+and+nNOS+activation.">beta3-adrenoreceptor stimulation protects against myocardial infarction injury via eNOS and nNOS activation.</a> PloS one. 9, e98713 (2014).</li><li>Ross, J. J., Ren, J. F., Land, W., Chandrasekaran, K., Mintz, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transthoracic+high+frequency+(7.5+MHz)+echocardiographic+assessment+of+coronary+vascular+reserve+and+its+relation+to+left+ventricular+mass.">Transthoracic high frequency (7.5 MHz) echocardiographic assessment of coronary vascular reserve and its relation to left ventricular mass.</a> Journal of the American College of Cardiology. 16, 1393-1397 (1990).</li></ol>

Neste estudo de base de ultra-som, a avaliação não-invasiva da circulação coronária foi reprodutivelmente realizado em tempo real, ao longo de dias, em ratos experimentais vivos; Além disso, o protocolo demonstraram o potencial para detectar a disfunção da artéria coronária que estava presente numa fase precoce e foi associada com deficiência de perfusão miocárdica. Este método poderia finalmente ser aproveitado como uma ferramenta clínica para estratificação de risco cardiovascular e / ou resposta ava...

Estenose aórtica clínica (AS) é bem conhecido para promover um aumento progressivo no ventrículo esquerdo (VE) da pós-carga. Para compensar essa carga hemodinâmica cronicamente crescente, hipertrofia ventricular esquerda (HVE) segue como um 1,2 resposta adaptativa. O desenvolvimento de HVE é frequentemente associada a alterações na microcirculação coronária. Pensa-se que a disfunção microvascular contribui para isquemia crónica nesses pacientes 5. Além de fluxo coronário 3,4, a reserva de fluxo coronário (CFR) representa a mudança funcional das artérias coronárias 1,3 e é definido como a razão da velocidade de fluxo máxima em hiperemia a velocidade de fluxo da linha de base ou de repouso velocidade de fluxo 4,6,7. CFR é diminuída durante a remodelação do VE 1-3,5-9 e é usado como um índice da extensão da gravidade funcional da disfunção coronária 1,10,17. Ele é conhecido por ser prejudicada em muitas formas de cardiomiopatia dilatada 10 e também s coronáriastenosis 6. CFR também é um marcador de prognóstico para desfechos clínicos 12. Remodelamento do VE no cenário de disfunção cardíaca, como isquemia ou LVH também é acompanhado por extensa fibrose, alterações na microcirculação coronariana e espessamento das artérias coronárias 1,2. Como resultado destas alterações na fisiologia coronária, é provável que exista remodelação das artérias coronárias. Isso ajuda a atenuar os efeitos da baixa difusão de oxigênio e disfunção diastólica do VE que poderia resultar em susceptibilidade a 1,2,13 isquemia miocárdica. Camundongos geneticamente modificados são agora uma ferramenta de investigação amplamente predominante para imitar condições de doenças humanas, tais como a aterosclerose coronária 5,7,10,12,17. Particularmente o modelo de sobrecarga de pressão em ratos tem sido amplamente estudada 14,17. O modelo de constrição trans-aórtico (TAC) tem demonstrado estar associada com fibrose extensiva, e coronary estenose resultante, em parte, do espessamento médio das artérias coronárias e com acompanhamento de mudanças nos padrões de fluxo coronariano 1,11,17,19 semelhantes ao que é visto no cenário de HVE em seres humanos. Embora se saiba que a sobrecarga de pressão prolongada leva à insuficiência cardíaca descompensada em cerca de 4-8 semanas, os efeitos sobre a dinâmica de fluxo coronariano e reserva de fluxo nesses modelos, no início do processo de progressão da doença, e em diferentes fases após a bandagem, são ainda ser claramente delineados. Numerosas espécies de ratos estão atualmente disponíveis para fins de pesquisa, incluindo bem caracterizado LDLR - / - ou ApoE - / - ratos 10-12, e estes têm solicitado o desenvolvimento de técnicas sensíveis para avaliar a função cardiovascular e morfologia em ratos vivos 11-15. Essas técnicas incluem ressonância magnética, PET, contraste CT, ultra-som de alta freqüência, e feixe de elétrons tomografia 2,9,17,19, todos os quais oferecem alternativas promissoras para invasivamétodos como cateterismos cardíacos e cineangiocoronariografia 12. No entanto, nos ratos com tamanho muito pequeno das artérias coronárias e os batimentos cardíacos elevados (HR), a imagem latente de circulação coronariana ainda constitui um desafio técnico para muitas técnicas disponíveis atualmente 4,12. Curiosamente, tem havido um aumento exponencial avanços técnicos na área de ecocardiografia transtorácica com Doppler (TTDE), incluindo o desenvolvimento de alta freqüência cabeças de digitalização matriz com frequências centrais de 15 a 50 MHz, permitindo resoluções axiais de aproximadamente 30-100 mm, em profundidades de 8-40 mm, e taxas de quadro superior a 400 quadros-capturado / sec. Por sua vez, as técnicas baseadas em TTDE surgiram como uma ferramenta de enorme potencial para geração de imagens navios maiores 2 ou até menores, como artérias coronárias 5,12. Outro avanço fundamental que tem permitido os investigadores a realizar estudos de diagnóstico por imagem da vasculatura em um pequenonimals é o uso cuidadosamente controlada de anestésicos que mantêm a frequência cardíaca e respiratória dos animais durante o exame 11. Manutenção da anestesia controlada é particularmente importante para os estudos relacionados à vasodilatação em camundongos, e o efeito da anestesia também precisa ser mais explorado neste contexto 10,11. Nos seres humanos, por outro lado, as medições do CFR TTDE derivados tornaram-se uma ferramenta mais comumente utilizado para avaliação das artérias coronárias epicárdicas estenosadas e não obstruídos, predominantemente na descendente anterior esquerda (LAD) artéria coronária 5,16. No entanto, o papel prognóstico do CFR e mudanças na circulação coronariana em pacientes assintomáticos ou camundongos com função sistólica preservada LV em repouso tem sido muito menos explorado 16. Portanto, o objetivo do estudo foi, primeiramente, estabelecer um protocolo passo-a-passo claro, para avaliar mudanças no fluxo coronariano, por meio TTDE em um modelo de sobrecarga de pressão do mouse; segundo, este estudo examinou o sinal prognósticoificance do CFR e alterações de fluxo coronariano em resposta à pressão estresse sobrecarga nesses camundongos. Nossa hipótese é que a avaliação com base TTDE do CFR e do fluxo coronário pode ser útil na detecção precoce de disfunção coronária que pode preceder a disfunção ventricular esquerda.

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<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="609">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:157px;">Name of the Reagent</td>
			<td style="width:108px;">Company</td>
			<td style="width:96px;">Catalogue Number</td>
			<td style="width:248px;">Comments</td>
		</tr>
		<tr height="50">
			<td height="50" style="height:50px;width:157px;">Depilatory cream</td>
			<td style="width:108px;">Miltex, Inc.</td>
			<td style="width:96px;">Surgi-Prep</td>
			<td style="width:248px;">Apply 24 hours prior to imaging</td>
		</tr>
		<tr height="114">
			<td height="114" style="height:114px;width:157px;">Isoflurane</td>
			<td style="width:108px;">Baxter International Inc.</td>
			<td style="width:96px;">NDC 10019-773-40</td>
			<td style="width:248px;">2-3% for induction, and 1-1.5 % for maintenance; heart beats will be maintained at above 500 beats per minute</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"></td>
			<td colspan="2">Table of equipments</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:157px;">Material Name</td>
			<td style="width:108px;">Company</td>
			<td style="width:96px;">Catalogue Number</td>
			<td style="width:248px;">Comments</td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:157px;">High Frequency Ultrasound</td>
			<td style="width:108px;">FUJIFILM VisualSonics, Inc.</td>
			<td style="width:96px;">Vevo 2100</td>
			<td style="width:248px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
			<td height="111" rowspan="3" style="height:111px;width:157px;">High-frequency Mechanical Transducer</td>
			<td rowspan="3" style="width:108px;">FUJIFILM VisualSonics, Inc.</td>
			<td rowspan="3" style="width:96px;">MS250, MS550D, MS400</td>
			<td rowspan="3" style="width:248px;"></td>
		</tr>
		<tr height="37">
		</tr>
		<tr height="37">
		</tr>
	</tbody>
</table>

ultrasound based assessment of coronary artery flow and coronary flow reserve using the pressure overload model in mice

Transthoracic Doppler echocardiography (TTDE) is a clinically useful, noninvasive tool for studying coronary artery flow velocity and coronary flow reserve (CFR) in humans. Reduced CFR is accompanied by marked intramyocardial and pericoronary fibrosis and is used as an indication of the severity of dysfunction. This study explores, step-by-step, the real-time changes measured in the coronary flow velocity, CFR and systolic to diastolic peak velocity (S/D) ratio in the setting of an aortic banding model in mice. By using a Doppler transthoracic imaging technique that yields reproducible and reliable data, the method assesses changes in flow in the septal coronary artery (SCA), for a period of over two weeks in mice, that previously either underwent aortic banding or thoracotomy. 
During imaging, hyperemia in all mice was induced by isoflurane, an anesthetic that increased coronary flow velocity when compared with resting flow. All images were acquired by a single imager. Two ratios, (1) CFR, the ratio between hyperemic and baseline flow velocities, and (2) systolic (S) to diastolic (D) flow were determined, using a proprietary software and by two independent observers. Importantly, the observed changes in coronary flow preceded LV dysfunction as evidenced by normal LV mass and fractional shortening (FS). 
The method was benchmarked against the current gold standard of coronary assessment, histopathology. The latter technique showed clear pathologic changes in the coronary artery in the form of peri-coronary fibrosis that correlated to the flow changes as assessed by echocardiography. 
The study underscores the value of using a non-invasive technique to monitor coronary circulation in mouse hearts. The method minimizes redundant use of research animals and demonstrates that advanced ultrasound-based indices, such as CFR and S/D ratios, can serve as viable diagnostic tools in a variety of investigational protocols including drug studies and the study of genetically modified strains.

Dos 11 ratos que foram estudados (faixas, n = 8 e sham, n = 3), imagens adequadas e reprodutíveis foram obtidos por um único observador em vários pontos de tempo: na linha de base (D-1), D2, D6 e D13 . Além disso, a velocidade de fluxo no local constritiva foi medida como 2225 ± 110,9 milímetros / s, em comparação com 277,5 ± 10,51 milímetros / s nos ratos sham no dia após a cirurgia (p &lt;0,05). O aumento da velocidade era a verificação do estabelecimento bem sucedido do modelo de sobrecarga de pressão. ...

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Ultrasound Based Assessment of Coronary Artery Flow and Coronary Flow Reserve Using the Pressure Overload Model in Mice

Coronary flow reserve (CFR) is useful for assessment of myocardial oxygen demand and evaluation of cardiovascular risk. This study establishes a step-by-step transthoracic Doppler echocardiographic (TTDE) method for longitudinal monitoring of the changes in CFR, as measured from coronary artery in mice, under the experimental pressure overload of aortic banding.

Avaliação ultra-som base de Artéria Coronária Flow e Fluxo Coronariano Reserve Usando o modelo de sobrecarga de pressão no Mice

Transthoracic Doppler echocardiography (TTDE) is a clinically useful, noninvasive tool for studying coronary artery flow velocity and coronary flow ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Use of a Hanging Weight System for Coronary Artery Occlusion in Mice

Uso de um Sistema de Peso de suspensão para oclusão da artéria coronária em ratos

Murine studies of acute injury are an area of intense investigation, as knockout mice for different genes are becoming increasingly available 1-38. ...

Medicina

Coronary Artery Ligation and Intramyocardial Injection in a Murine Model of Infarction

Ligadura da artéria coronária e injeção intramiocárdica em um modelo murino de infarto

Mouse models are a valuable tool for studying acute injury and chronic remodeling of the myocardium in vivo.  With the advent of genetic modifications to ...

Modified Technique for Coronary Artery Ligation in Mice

Técnica modificada para ligação da artéria coronária em ratos

Myocardial infarction (MI) is one of the most important causes of mortality in humans1-3. In order to improve morbidity and mortality in patients with MI ...

Ultrasound Assessment of Endothelial-Dependent Flow-Mediated Vasodilation of the Brachial Artery in Clinical Research

Avaliação ultra-som de endotelial-dependente do fluxo vasodilatação mediada da artéria braquial em Pesquisa Clínica

The vascular endothelium is a monolayer of cells that cover the interior of blood vessels and provide both structural and functional roles. The ...

Permanent Ligation of the Left Anterior Descending Coronary Artery in Mice: A Model of Post-myocardial Infarction Remodelling and Heart Failure

A ligação permanente da artéria coronária descendente anterior esquerda em Ratos: Um Modelo de Remodelação pós-infarto do miocárdio e insuficiência cardíaca

Heart failure is a syndrome in which the heart fails to pump blood at a rate commensurate with cellular oxygen requirements at rest or during stress. It ...

Murine Left Anterior Descending (LAD) Coronary Artery Ligation: An Improved and Simplified Model for Myocardial Infarction

Murine Left Anterior Descending LAD Coronary Artery Ligation: An Improved and Simplified Model for Myocardial Infarction

Murino Descendente Anterior Esquerda (LAD) ligação da artéria coronária: um modelo melhorado e simplificado para Infarto do Miocárdio

Ischemic heart disease (IHD), or acute coronary syndrome (ACS), is one of the leading causes of death in the United States. IHD is characterized by ...

Direct Re-implantation of Left Coronary Artery into the Aorta in Adults with Anomalous Origin of Left Coronary Artery from the Pulmonary Artery (ALCAPA)

Direct Re-implantation of Left Coronary Artery into the Aorta in Adults with Anomalous Origin of Left Coronary Artery from the Pulmonary Artery ALCAPA

Re-implantação direta de Esquerda da Artéria Coronária para a aorta em adultos com Origem Anômala da Coronária Esquerda da Artéria da artéria pulmonar (ALCAPA)

Anomalous origin of the left coronary artery from the pulmonary artery (ALCAPA) is a rare congenital anomaly which is one of leading causes of myocardial ...

Isometric Contractility Measurement of the Mouse Mesenteric Artery Using Wire Myography

Medição de contratilidade isométrica da artéria mesentérica Mouse usando fio miografia

The wire myograph technique is used to assess the contractility of vascular smooth muscles in response to depolarization, GPCR agonists/inhibitors and ...

Evaluation of Coronary Flow Reserve After Myocardial Ischemia Reperfusion in Rats

Avaliação da reserva de fluxo coronariano após reperfusão de isquemia miocárdica em ratos

Coronary artery disease is the leading cause of death worldwide. After an acute myocardial infarction, early and successful myocardial intervention via ...

Murine Myocardial Infarction Model using Permanent Ligation of Left Anterior Descending Coronary Artery

Modelo de infarto do miocárdio murino usando ligadura permanente da artéria coronária descendente anterior esquerda

Myocardial infarction (MI) and acute coronary diseases are among the most prominent causes of death in population with western lifestyle. The murine ...