Name: modified technique for the use of neonatal murine hearts in the langendorff preparation
Uploaded: 2022-03-04T13:00:00
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NIH/NINDS R01NS112706 (R.L.)

コロンビア大学医療センターの施設動物ケアおよび使用委員会の承認は、記載されているすべての方法について得られた。野生型C57Bl/6雄生後10匹のマウスを本研究に使用した。
1. ランゲンドルフ装置の作製
<ol><li>複雑さを最小限に抑えるには、ランゲンドルフ装置( 材料表を参照)内で、一定の流量または一定の圧力 を介して 、非再循環...

<ol>
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本研究は、単離された新生児マウス心臓における成功した大動脈カニューレーションおよび逆行性灌流について記述する。重要なことに、それは研究者が若いマウスの年齢と小さな心臓サイズが以前に提示した障壁を克服することを可能にします 8.設計は複雑ではありませんが、このアプローチにはかなりの技術的スキルが必要です。最も技術的に熟練した研究者でさえも?...

生体外 心臓製剤は、1世紀以上にわたり、生理学的、病態生理学的、および薬理学的研究の定番となってきた。1860年代のElias Cyonの研究に端を発するオスカー・ランゲンドルフは、単離されたカエルモデルを逆行性灌流に適応させ、大動脈根を加圧して酸素化灌流液1で冠状動脈の流れを提供しました。ランゲンドルフは、彼の適応を用いて、冠状動脈循環と機械的機能2との間の相関関係を実証することができた。後にランゲンドルフ法と呼ばれる 元生体 逆行灌流心臓は、生理学的研究の礎石であり続けており、その単純さを利用して、潜在的な交絡因子が存在しない状態で孤立した心臓を強力に研究しています。ランゲンドルフ調製物は、心臓が排出され(いわゆる「働く心臓」)、灌流液が再循環することを可能にするようにさらに修正された3。しかし、関心のある主要な生理学的エンドポイントは変わっていません。このようなエンドポイントには、収縮機能、電気伝導、心臓代謝、および冠状動脈抵抗の尺度が含まれる4。
彼の最初のカエルの心臓製剤における心機能を評価するために、ランゲンドルフは、心臓の頂点と力のトランスデューサとの間に接続された縫合糸を使用して、縦軸における心室収縮によって生じる張力を測定した。5ア イソメトリック収縮は、心室充填の非存在下で心臓に基礎張力を加えてこのようにして定量化した。アプローチの改良は、等体積収縮中の心筋性能を評価するために、左心房 を介して 左心室に液体充填バルーンを配置することにつながった6。心臓のリズムと心拍数を評価するために、表面リード線を心臓の両極に配置して、治験責任医師が心電図を記録できるようにします。しかし、義務的な脱神経を考えると、相対的な徐脈が期待できる。外因性ペーシングは、これを克服し、実験1間の心拍変動を排除するのに役立ち得る。別の転帰尺度は、心筋代謝、冠状動脈灌流液および廃液中の酸素および代謝基質含有量を測定し、それらの差を計算することによって評価することができる7。冠状動脈流出液中の乳酸塩定量は、低酸素、低灌流、虚血再灌流、または代謝摂動に見られるように、嫌気性代謝の期間を特徴付けるのに役立ちます7。
ランゲンドルフの独創的な研究は、ネコを主な主題として用いた、生体外哺乳類の心臓の研究を可能にした5。孤立したラット心臓の評価は、1967年に「働く心臓」ラットモデルを詳述したハワード・モーガンとともに1900年代半ばに人気を博した5。マウスの使用は、技術的な複雑さ、組織の脆弱性、および比較的小さなマウスの心臓サイズのために、わずか25年前に始まった。マウス研究に関連する課題にもかかわらず、遺伝子操作の低コストおよび容易さは、そのようなマウスのエクスビボ調製物の魅力および需要を増加させている。残念なことに、この技術の適用は成体動物に限定されており、ごく最近まで8,9まで、生後4週間の幼いマウスがex-vivo研究に利用された最年少の被験者でした。幼体マウスは成体と比較して「比較的未熟」であるが、発生生物学研究の被験者としての有用性は、概して出生ダムから離乳しており、まもなく思春期が始まるため、制限されている10。思春期は、グルコースおよび乳酸から脂肪酸への心筋基質利用の出生後の移行をはるかに超えて起こる11。したがって、新生児の心臓における代謝変化に関するほとんどの情報は、歴史的にウサギやモルモットなどのより大きな種におけるエクスビボ作業の結果である11。
実際、ランゲンドルフ調製物に対する代替アプローチが存在する。これらには、臓器全体の機能データおよび文脈を欠いているインビトロ実験、またはインビボ研究が含まれる。これは、必要な麻酔薬の心血管および呼吸効果、神経体液性入力の影響、深部温度の結果、動物の栄養状態、および基質の利用可能性などの交絡変数によって技術的に困難で複雑になり得る12,13。ランゲンドルフのアプローチは、そのような交絡因子の不在下で、より制御された方法で、単離灌流された心臓をエクスビボで研究することを可能にするので、それは強力な治験ツールと考えられてきました。したがって、ここで提示された技術は、新生児マウス心臓のエクスビボ研究のための実験的アプローチを研究者に与え、再灌流までの時間を制限する。
発達期間中の心臓の調査は、心筋成熟期に起こる広範囲の生化学的、生理学的、および解剖学的移行を考えると、重要な考慮事項である。嫌気性代謝から酸化的リン酸化への移行、基質利用の変化、および細胞増殖から肥大への進行は、未熟な心臓において一意に起こる動的プロセスである11、14。発達中の心臓のもう一つの重要な側面は、必要な期間に遭遇するストレッサーが新生児の心臓により高い反応を生み出し、成人期の侮辱に対する将来の感受性を変える可能性があることです15。これまでの研究では、ランゲンドルフ灌流型新生児心臓を研究するために新生児のラット、子羊、ウサギを利用してきたが、発生生物学研究におけるこの種の重要性を考えると、マウスの使用を許可する進歩が必要である16。このニーズに対処するために、10日齢の動物を用いた最初のマウスランゲンドルフ灌流新生児心臓モデルが最近確立されました6。ここで提示されるのは、成功した大動脈カニューレーションを可能にし、単離された新生児マウス心臓の逆行性灌流を確立する方法である。このアプローチは、全器官機能に焦点を当てた薬理学、虚血再灌流、または代謝研究に利用され得るか、または心筋細胞の単離に適合させることができる。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Rodent Langendorff Apparatus</td>
			<td>Radnoti</td>
			<td>130102EZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 G catheter</td>
			<td>BD</td>
			<td>381511</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>26 G needle on 1 mL syringe combo</td>
			<td>BD</td>
			<td>309597</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>26 G steel needle</td>
			<td>BD</td>
			<td>305111</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-0 Silk Suture</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>S1173</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bio Amp</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>FE135</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bio Cable</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>MLA1515</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C4901-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Circulating heating water Bath</td>
			<td>Haake</td>
			<td>DC10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>curved iris scissor</td>
			<td>Medline</td>
			<td>MDS10033Z</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dissecting microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>SMZ-2B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>find spring scissors</td>
			<td>Kent</td>
			<td>INS600127</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Force Transducer</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>MLT1030/D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G8270-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin</td>
			<td>Sagent</td>
			<td>400-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High pressure tubing</td>
			<td>Edwards Lifesciences</td>
			<td>50P184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>iris dressing forceps</td>
			<td>Kent</td>
			<td>INS650915-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jeweler-style curved fine forceps</td>
			<td>Miltex</td>
			<td>17-307-MLTX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P3911-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KH2PO4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P0662-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgSO4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M7506-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S9888-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaHCO3</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S6014-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Roller Pump</td>
			<td>Gilson</td>
			<td>Minipuls 3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>straight dissecting scissors</td>
			<td>Kent</td>
			<td>INS600393-G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temporary cardiac pacing wire</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>TPW30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wide Range Force Transducer</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>MLT1030/A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

modified technique for the use of neonatal murine hearts in the langendorff preparation

エクスビボ逆行性灌流心臓の使用は、1世紀以上前にオスカー・ランゲンドルフによって開発されて以来、長い間虚血再灌流研究の礎石となってきました。 この技術は過去25年間にわたってマウスに適用されてきたが、この種におけるその使用は成体動物に限られていた。新生児マウス大動脈を一貫してカニューレ化する成功した方法の開発は、遺伝的に改変可能で低コストの種における心臓発達の重要な時期に単離された逆行性灌流心臓の系統的研究を可能にするであろう。ランゲンドルフ調製物の改変は、虚血時間を最小限に抑えながら、新生児マウス心臓におけるカニューレおよび再灌流の確立を可能にする。 最適化には、解剖顕微鏡および改変された市販の針を用いた新生児マウス大動脈のカニューレを成功裏に可能にするために、2人技術が必要である。 このアプローチの使用は、3分以内に逆行性灌流を確実に確立する。新生児マウスの心臓および心室腔サイズの脆弱性は、バルーンを使用して発生する脳室内圧の直接測定を妨げるので、縦方向の収縮緊張を定量化するために、左心室の頂点に縫合糸によって接続された力トランスデューサの使用が必要である。この方法により、研究者は単離された定流量逆行性灌流新生マウス心臓製剤を首尾よく確立することができ、発生心臓生物学をエクスビボ方式で研究することを可能にする。重要なことに、このモデルは、新生児の心臓における虚血再灌流に対する生理学的および薬理学的応答を調査するための強力なツールとなるであろう。

P10マウスを用いて、ヒト乳児期26、27における時点をモデル化した。15匹の単離されたC57Bl/6新生児マウスの心臓が収穫され、カニューレ処理に成功した。心臓を、加温した酸素化KHBの2.5mL分-1 の連続流で灌流した。グルコース抽出、酸素消費量、乳酸産生、および心拍数、灌流圧、冠動脈抵抗などの生理学的パラメータを含む代謝パラメータ...

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Modified Technique for the Use of Neonatal Murine Hearts in the Langendorff Preparation

本プロトコールは、大動脈カニュール化および 元インビボ 新生児マウス心臓の逆行性灌流を記載する。 解剖顕微鏡と鈍い小さなゲージ針を使用した2人戦略により、信頼性の高いカニューレが可能になります。縦方向の収縮張力の定量化は、左心室の頂点に接続された力伝達器を用いて達成される。

ランゲンドルフ調製における新生児マウス心臓の使用のための修正技術

The use of the ex-vivo retrograde perfused heart has long been a cornerstone of ischemia-reperfusion investigation since its development by Oskar ...

このアプローチは、3分未満で新生児エキソビボマウス心臓の逆行性灌流を確実に確立する。したがって、研究の可能な限り若い年齢を数週間から10出生後10日に短縮する。この単離された逆行性灌流モデルは、遺伝的に改変可能で低コストの種における心臓発達の重要な期間中の新生児心臓の研究を可能にする。このモデルは、新生児心臓における虚血再灌流に対する生理学的および薬理学的応答の研究に役立つが。また、心筋細胞単離のために利用することができる。新生児マウス大動脈カニューレを製作するには、鋭いはさみを使用して先端を切り取り、26ゲージのステンレス鋼針の端を鈍らせ、針の内腔の直径を圧着または制限しないように注意します。次に、切断エッジを滑らかにし、実験ベンチトップの鈍い端を前後に動かして静かにこすりつけてバリを取り除きます。次に、作製したカニューレをランゲンドルフ装置に取り付け、流れと抵抗を評価します。カニューレを通る流量を測定するには、1分間隔でバッファー量を収集して測定します。Krebs-Heneseleitバッファーが流れている間のカニューレ全体の圧力差を定量化するには、カニューレが取り付けられているかどうかにかかわらず、システム内の圧力を測定します。次に、下記式を用いてカニューレ抵抗を算出する。次に、ランゲンドルフ装置から26ゲージカニューレを取り外し、高圧チューブを装置上のカニューレ部位に取り付けます。次に、大動脈カニューレをチューブの遠位端に取り付け、チューブとカニューレを酸素化バッファーで空気を抜き、すべての気泡が除去されるようにします。冠状動脈微小血栓の形成を防ぐために、1ミリリットルの注射器に26ゲージ針を用いて、10日齢のマウスの子犬にヘパリンの腹腔内注射を投与する。麻酔薬の注射を進める前に、ヘパリンが循環するまで数分かかります。次に、麻酔をかけたマウスを仰臥位に置き、意識を失ったらすぐに手足を固定します。動物が最初の解剖中に自発的に呼吸するので、動物がつま先のつまみに反応しなくなったらすぐに収穫を始めてください。まっすぐな解剖ハサミを使用して、動物の幅を横切って横の剣状下切開を行い、腹腔を露出させる。助手に鉗子で剣状突起を把握し、胸郭を頭蓋骨方向に中央腋窩線に沿って両側に切断し、胸骨と肋骨を頭蓋に反射させて胸部器官を露出させる。横隔膜を良好に識別した後、前部を完全に切開する。肝臓の上のインフラアフグマティック下大静脈を同定し、虹彩鉗子で近位セグメントのセファラッド張力のわずかな内部を維持しながら、湾曲した虹彩はさみでそれをトランセクトする。次に、下大静脈を胸腔から引き上げ、外に引き出しながら、湾曲した虹彩はさみを使用して脊椎の内面に沿って後部に切断する。心臓が動員されたら、はさみを前方に傾け、大きな血管を優勢に切断して心臓と肺を完全に取り除きます。直ちに標本を氷冷クレブス・ヘンゼライト緩衝液または生理食塩水に沈める。心臓は数秒以内に鼓動を停止する必要があります。浅いペトリ皿の底にペーパータオルを置き、カニューレ中に心臓を安定させるために摩擦を与えます。ペーパータオルを氷のように冷たいクレブス・ヘンゼライトの緩衝液で湿らせて、心臓がそれに付着するのを防ぎます。準備したシャーレを解剖顕微鏡の下に置き、焦点を調整します。次に、高圧延長チューブに取り付けられた大動脈カニューレを解剖顕微鏡の下に置き、そのハブの周りにゆるく結ばれた5-0シルク縫合糸と一緒に置きます。摘出した胸部器官をペトリ皿に入れた後、その白い光沢と2つの葉で胸腺を特定し、胸腺が前部で優れているように標本を向けます。次に、鉗子を使用して胸腺の葉を鈍く分離し、大きな血管を露出させる。次に、大動脈弓の際立った分岐特徴を見つけて大動脈を識別し、細かい鋭いはさみを使用して鎖骨下動脈の離陸のすぐ近くをトランセクトします。ジュエラースタイルの細かく湾曲した鉗子を使用して、トランセクトされた大動脈を優しくつかみ、大動脈弁を傷つけないように注意しながら、26ゲージの鈍い針で大動脈を慎重にカニューレツします。微細に湾曲した鉗子を使用して、カニューレの周りの大動脈をつかみ、虚血時間を制限するために逆行性灌流を開始する。助手にゆるく縛られた縫合糸の端をつかみ、カニューレの周りの大動脈を慎重に包み込むように頼みます。細かく湾曲した鉗子の上または下に縫合糸を締め付け、縫合糸を締め付け、冠状動脈流の妥当性を確認します。高圧チューブをランゲンドルフ装置から取り外し、カニューレのハブをつかみ、鈍い針を高圧延長チューブから外します。次に、カニューレのハブを装置に迅速に取り付けます。心臓が通常の位置でランゲンドルフ装置に吊るされると、適切な灌流が確認される。肺、胸腺、余分な組織を慎重にトリミングします。次に、冠状動脈洞流出液が自由に滴下できるように右心房を切開します。5-0シルク縫合糸の端に小さな結び目を作り、針でパラフィンフィルムの小さな部分を突き刺し、パラフィンを結び目の端にスライドさせます。心室の頂点に針を慎重に通し、パラフィン膜が心室の側壁にぴったりとくっつくまで、心臓を通して縫合糸を引っ張る。心臓を包み込んで温めることができるように、ランゲンドルフ装置の水で満たされた温めジャケットの開口部に針を通します。次に、針を力変換器に取り付けて、冠状動脈洞の点滴を避けます。拡張期緊張または天底意図追跡によって示されるように、1〜2グラムの基礎張力を適用するように縫合糸を調整する。次に、心臓の上側と下側の極に表面電極を配置して、心電図を記録します。最後に、24ゲージ静脈内カテーテルを用いて分析のために冠状動脈洞廃液をサンプリングする。表面電極を使用して連続心電図を記録し、固有の速度とリズムを決定することができました。適切に灌流されたすべての心臓は、洞調律で自発的に鼓動します。この灌流戦略は、ごくわずかな乳酸産生および低いパーセント酸素抽出およびグルコース消費を考えると、新生児マウス心臓の代謝ニーズを満たした。生理学的変数手段は、平均脱神経内因性心拍数および平均観察された大動脈灌流圧と同様に、また記録および計算した。新生児製剤の一貫性を確保するために、再灌流を開始するのに必要な時間、不整脈持続時間および大動脈灌流圧などのいくつかの除外基準を考慮しなければならない。灌流の確立後、薬物送達、虚血再灌流傷害の誘導、代謝産物の変化または心筋細胞単離のための酵素剤の送達などの介入が起こり得る。

Research

JoVE Journal

Medicine

NADH Fluorescence Imaging of Isolated Biventricular Working Rabbit Hearts

隔離された両心室ワーキングウサギ心臓のNADH蛍光イメージング

Since its inception by Langendorff1, the isolated perfused heart remains a prominent tool for studying cardiac physiology2. However, it is not well-suited ...

Murine Cervical Heart Transplantation Model Using a Modified Cuff Technique

変更されたカフ法を用いたマウス子宮頸心臓移植モデル

Mouse models are of special interest in research since a wide variety of monoclonal antibodies and commercially defined inbred and knockout strains are ...

Intramyocardial Cell Delivery: Observations in Murine Hearts

心筋内細胞送達：マウスハーツの観測

Previous studies showed that cell delivery promotes cardiac function amelioration by release of cytokines and factors that increase cardiac tissue ...

Induction and Assessment of Ischemia-reperfusion Injury in Langendorff-perfused Rat Hearts

ランゲンドルフ灌流ラット心臓における虚血再灌流傷害の誘導と評価

The biochemical events surrounding ischemia reperfusion injury in the acute setting are of great importance to furthering novel treatment options for ...

Neonatal Murine Cochlear Explant Technique as an In Vitro Screening Tool in Hearing Research

Neonatal Murine Cochlear Explant Technique as an In Vitro Screening Tool in Hearing Research

新生児マウス蝸牛移植法<em&gt;インビトロ</em&gt;聴覚研究のスクリーニングツール

While there have been remarkable advances in hearing research over the past few decades, there is still no cure for Sensorineural Hearing Loss (SNHL), a ...

Optocardiography and Electrophysiology Studies of Ex Vivo Langendorff-perfused Hearts

元ヴィヴォ・ランゲンドルフ・パーフュード・ハーツの眼電図と電気生理学研究

Small animal models are most commonly used in cardiovascular research due to the availability of genetically modified species and lower cost compared to ...

Advanced Cardiac Rhythm Management by Applying Optogenetic Multi-Site Photostimulation in Murine Hearts

マウス心臓における光遺伝学的マルチサイト光刺激の適用による高度な心調律管理

Ventricular tachyarrhythmias are a major cause of mortality and morbidity worldwide. Electrical defibrillation using high-energy electric shocks is ...

Creating Radio-cephalic Arteriovenous Fistula in the Forearm with a Modified No-Touch Technique

修正されたノータッチ技術による前腕のラジオ頭蓋動静脈瘻の作成

Autologous arteriovenous fistula (AVF) is the primary and best option to obtain vascular access for hemodialysis treatment; other options are ...

A Modified Simple Method for Induction of Myocardial Infarction in Mice

マウスにおける心筋梗塞の誘導のための改良簡便法

Myocardial infarction (MI) represents one of the leading causes of death. MI models are widely used for investigating the pathomechanisms of post-MI ...

Modified Posterior Vertebral Column Resection for Patients with Thoracolumbar Kyphotic Deformity

胸腰椎後弯変形症に対する修正後脊柱切除術

Old compression vertebrae fracture or congenital kyphoscoliosis with abnormal vertebral body development and other diseases that invade the spine may ...