Индукция инфаркта миокарда и ишемически-реперфузионного повреждения миокарда у мышей
Summary
Здесь мы описываем простой и воспроизводимый метод, который может индуцировать инфаркт миокарда или ишемически-реперфузионное повреждение миокарда у мышей путем прецизионного перевязки левой передней нисходящей коронарной артерии с помощью микроманипуляций.
Abstract
Острый инфаркт миокарда является распространенным сердечно-сосудистым заболеванием с высокой смертностью. Реперфузионное повреждение миокарда может противодействовать благотворному эффекту сердечного оттока и индуцировать вторичное повреждение миокарда. Простая и воспроизводимая модель инфаркта миокарда и ишемически-реперфузионного повреждения миокарда является хорошим инструментом для исследователей. Описан настраиваемый метод создания модели инфаркта миокарда (ИМ) и МИРИ путем прецизионного перевязки левой передней нисходящей коронарной артерии (ЛДП) с помощью микроманипуляций. Точное и воспроизводимое расположение лигатуры LAD помогает получить стабильные результаты при травме сердца. Изменения сегмента ST могут помочь определить точность модели. Для оценки повреждения миокарда используется сывороточный уровень сердечного тропонина Т (cTnT), для оценки систолической функции миокарда используется ультразвуковое исследование сердца, а для измерения размера инфаркта используется окрашивание Evans-Blue/трифенилтетразолия хлоридом. В целом, этот протокол сокращает продолжительность процедуры, обеспечивает контролируемый размер инфаркта и улучшает выживаемость мышей.
Introduction
Острый инфаркт миокарда (ОИМ) является распространенным сердечно-сосудистым заболеванием во всем мире и сопровождается высокойсмертностью1. Достижения в области технологий делают раннюю и эффективную реваскуляризацию доступной для пациентов с ОИМ. После этих процедур у некоторых пациентов может возникнуть ишемически-реперфузионное повреждение миокарда (MIRI)2. Таким образом, большое значение имеет понимание механизмов действия и способов улучшения ИМ/МИРИ. Мыши широко используются в качестве моделей из-за их низкой стоимости, быстрого времени размножения и легкости внесениягенетических изменений. Ученые разработали различные методы моделирования MIRI и MI у животных 4,5,6,7,8,9. Эта стратегия способствует проведению исследований, но различные критерии и методы, используемые исследовательскими группами, усложняют интерпретацию результатов исследовательскими группами.
У мышей инфаркт миокарда индуцировался изопротеренолом10, криотравмой 11,12 или прижиганием13. Инфаркт миокарда может быть легко индуцирован изопротеренолом, но патофизиологический процесс отличается от такового при клиническом инфаркте миокарда. Криотравма-индуцированный инфаркт миокарда имеет плохую консистенцию, вызывает чрезмерное повреждение миокарда вокруг левой передней нисходящей коронарной артерии (LAD) и может легко индуцировать аритмию. Инфаркт миокарда, индуцированный прижиганием, значительно отличается от естественного процесса инфаркта миокарда, и воспалительная реакция в области ожога более интенсивна; Кроме того, хирургический доступ имеет технические трудности. Кроме того, некоторыелаборатории разрабатывают модель инфаркта миокарда у минипигов с использованием баллонной блокады или эмболизации или метода тромбоза с помощью интервенционной техники. Все эти методы могут вызвать окклюзию коронарных артерий напрямую, но необходимость в коронарных ангиографических аппаратах и, прежде всего, слишком тонкие коронарные артерии мыши делают эти операции нецелесообразными. Для MIRI различия между разными моделями были довольно скромными, например, использование респираторов/микроманипуляций или нет 5,6.
Здесь описан простой и надежный метод, который может индуцировать ИМ и модель MIRI, адаптированная из ранее опубликованных методов 4,5,6,7,8,9,15. Этот метод позволяет моделировать патофизиологические процессы путем прямой блокады LAD посредством лигирования. Более того, снимая лигирование, эта модель также может имитировать реперфузионное повреждение. В этом протоколе для визуализации LAD используется препарирующий микроскоп. После этого исследователь может легко идентифицировать LAD. Впоследствии точное лигирование LAD приводит к воспроизводимой и предсказуемой окклюзии крови и ишемии желудочков. Кроме того, изменения электрокардиографии (ЭКГ) могут быть использованы для подтверждения ишемии и реперфузии в дополнение к изменениям цвета LAD, наблюдаемым под микроскопом. Эта стратегия приводит к сокращению продолжительности процедуры, снижению риска хирургических осложнений и меньшему количеству экспериментальных мышей. Также описаны методы теста на тропонин-Т, УЗИ сердца и окрашивания трифенилтетразолия хлорида (ТТС). В целом, этот протокол полезен для изучения механизма ИМ/МИР, а также для разработки лекарственных препаратов.
Protocol
Representative Results
Discussion
В последние годы быстрыми темпами развивается создание моделей ИМ и МИРИ в клинических и научных исследованиях20,21. Тем не менее, все еще остаются некоторые вопросы, такие как механизмы действий и способы улучшения ИМ/МИРИ, которые необходимо решить. Здес?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (82070317, 81700390 Цзибинь Линь, 8210021880 Бинцзе Лю и 82000428 Боюань Ван) и Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (2017YFA0208000 Шаолинь Хэ).
Materials
| 0.9 % sodium chloride solution | Kelun Industry Group,China | – | |
| 4% paraformaldehyde fixing solution | Servicebio,China | G1101 | – |
| 4-0 silk suture | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products,China | C412 | – |
| 8-0 suture | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products,China | H801 | – |
| Buprenorphine | IsoReag,China | IR-11190 | – |
| Camera | Canon,Japan | EOS 80D | – |
| Depilatory cream | Veet,French | – | |
| Elecsys Troponin T hs STAT | Roche,Germany | – | |
| Electrochemical luminescence immunoanalyzer | Roche,Germany | Elecsys 2010 | – |
| Evans blue | Sigma,America | E2129 | – |
| Eye scissors | Shanghai Medical Instruments,China | JC2303 | – |
| Haemostatic forceps | Shanghai Medical Instruments,China | J31020 | – |
| High frequency in vivo imaging systems | Visualsonics,Canada | Vevo2100 | – |
| Ibuprofen | PerFeMiKer,China | CLS-12921 | – |
| Intravenous catheter | Introcan,Germany | 4254090B | – |
| Ketamine | Sigma-Aldrich,America | K2753 | – |
| Medical alcohol | Huichang ,China | – | |
| Microneedle holders | Shanghai Medical Instruments,China | WA2040 | – |
| Microscopic shears | Shanghai Medical Instruments,China | WA1040 | – |
| Microsurgical forceps | Shanghai Medical Instruments,China | WA3020 | – |
| Mouse electrocardiograph | Techman,China | BL-420F | – |
| Needle holders | Shanghai Medical Instruments,China | JC3202 | – |
| operating floor | Chico,China | ZK-HJPT | – |
| PE-10 tube | Huamei,China | – | |
| Pentobarbital | Merck,America | 1030001 | – |
| Rodent Ventilator | Shanghai Alcott Biotech,China | ALC-V8S-P | – |
| Stereo microscope | Aomei Industry,China | SZM0745-STL3-T3 | – |
| Surgical thermostatic heating pad | Globalebio, China | GE0-20W | – |
| Triphenyltetrazolium chloride | Servicebio,China | G1017 | – |
| Xylazine | Huamaike Biochemicals and Life Science Research Prouducts,China | 323004 | – |
References
- Reed, G. W., Rossi, J. E., Cannon, C. P. Acute myocardial infarction. Lancet. 389 (10065), 197-210 (2017).
- Ibanez, B., Heusch, G., Ovize, M., Van de Werf, F. Evolving therapies for myocardial ischemia/reperfusion injury. Journal of the American College of Cardiology. 65 (14), 1454-1471 (2015).
- Bryda, E. C. The mighty mouse: The impact of rodents on advances in biomedical research. Missouri Medicine. 110 (3), 207-211 (2013).
- Kim, S. C., et al. A murine closed-chest model of myocardial ischemia and reperfusion. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (65), e3896 (2012).
- Xu, Z., Alloush, J., Beck, E., Weisleder, N. A murine model of myocardial ischemia-reperfusion injury through ligation of the left anterior descending artery. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (86), e51329 (2014).
- Xu, Z., McElhanon, K. E., Beck, E. X., Weisleder, N. A murine model of myocardial ischemia-reperfusion injury. Methods in Molecular Biology. 1717, 145-153 (2018).
- Muthuramu, I., Lox, M., Jacobs, F., De Geest, B. Permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice: a model of post-myocardial infarction remodelling and heart failure. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (94), e52206 (2014).
- Reichert, K., et al. Murine left anterior descending (LAD) coronary artery ligation: An improved and simplified model for myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (122), e55353 (2017).
- Lugrin, J., Parapanov, R., Krueger, T., Liaudet, L. Murine myocardial infarction model using permanent ligation of left anterior descending coronary artery. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (150), e59591 (2019).
- Li, X., et al. Cardioprotective effects of Puerarin-V on isoproterenol-induced myocardial infarction mice is associated with regulation of PPAR-Y/NF-Kappa B pathway. Molecules. 23 (12), 3322 (2018).
- Vanden Bos, E. J., Mees, B. M., de Waard, M. C., de Crom, R., Duncker, D. J. A novel model of cryoinjury-induced myocardial infarction in the mouse: A comparison with coronary artery ligation. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 289 (3), 1291-1300 (2005).
- Wang, D., et al. A cryoinjury model to study myocardial infarction in the mouse. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (151), e59958 (2019).
- Brooks, W. W., Garibaldi, B. A., Conrad, C. H. Myocardial injury in the mouse induced by transthoracic cauterization. Laboratory Animal Science. 48 (4), 374-378 (1998).
- Tao, B., et al. Preclinical modeling and multimodality imaging of chronic myocardial infarction in minipigs induced by novel interventional embolization technique. EJNMMI Research. 6 (1), 59 (2016).
- Gao, E., et al. A novel and efficient model of coronary artery ligation and myocardial infarction in the mouse. Circulation Research. 107 (12), 1445-1453 (2010).
- Scofield, S. L., Singh, K. Confirmation of myocardial ischemia and reperfusion injury in mice using surface pad electrocardiography. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (117), e54814 (2016).
- Gnyawali, S. C., et al. High-frequency high-resolution echocardiography: First evidence on non-invasive repeated measure of myocardial strain, contractility, and mitral regurgitation in the ischemia-reperfused murine heart. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (41), e1781 (2010).
- Pistner, A., Belmonte, S., Coulthard, T., Blaxall, B. Murine echocardiography and ultrasound imaging. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (42), e2100 (2010).
- Shibata, R., et al. Adiponectin protects against myocardial ischemia-reperfusion injury through AMPK- and COX-2-dependent mechanisms. Nature Medicine. 11 (10), 1096-1103 (2005).
- Anderson, J. L., Morrow, D. A. Acute myocardial infarction. New England Journal of Medicine. 376 (21), 2053-2064 (2017).
- Frank, A., et al. Myocardial ischemia reperfusion injury: From basic science to clinical bedside. Seminars in Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 16 (3), 123-132 (2012).
- Mares, R. G., et al. Studying the innate immune response to myocardial infarction in a highly efficient experimental animal model. Romanian Journal of Cardiology. 31 (3), 573-585 (2021).
- Fernandez, B., et al. The coronary arteries of the C57bl/6 mouse strains: Implications for comparison with mutant models. Journal of Anatomy. 212 (1), 12-18 (2008).
- Zhang, R., Hess, D. T., Reynolds, J. D., Stamler, J. S. Hemoglobin S-nitrosylation plays an essential role in cardioprotection. Journal of Clinical Investigation. 126 (12), 4654-4658 (2016).
- Sorop, O., et al. Experimental animal models of coronary microvascular dysfunction. Cardiovascular Research. 116 (4), 756-770 (2020).
- Sicard, P., et al. Right coronary artery ligation in mice: A novel method to investigate right ventricular dysfunction and biventricular interaction. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 316 (3), 684-692 (2019).
- Chen, J., Ceholski, D. K., Liang, L., Fish, K., Hajjar, R. J. Variability in coronary artery anatomy affects consistency of cardiac damage after myocardial infarction in mice. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 313 (2), 275-282 (2017).
- Kato, R., Foex, P. Myocardial protection by anesthetic agents against ischemia-reperfusion injury: An update for anesthesiologists. Canadian Journal of Anaesthesia. 49 (8), 777-791 (2002).
