Vaststelling en evaluatie van een model voor varkensaderziekte
Summary
In dit protocol werd nieuwe varkensaderbypass-enting uitgevoerd via een kleine incisie in de linkerborstwand zonder cardiopulmonale bypass. Er werd een postoperatief pathologisch onderzoek gedaan, dat intimale verdikking aantoonde.
Abstract
Veneuze transplantaatziekte (VGD) is de belangrijkste oorzaak van coronaire bypass-transplantaat (CABG) -falen. Grote diermodellen van CABG-VGD zijn nodig voor het onderzoek naar ziektemechanismen en de ontwikkeling van therapeutische strategieën.
Om de operatie uit te voeren, gaan we de hartkamer binnen via de derde intercostale ruimte en ontleden we zorgvuldig de interne borstader en dompelen deze onder in een normale zoutoplossing. De rechter hoofdkransslagader wordt dan behandeld voor ischemie. Het doelvat wordt ingesneden, een shuntplug wordt geplaatst en het distale uiteinde van de transplantaatader wordt geanastomoseerd. De opgaande aorta is gedeeltelijk geblokkeerd en het proximale uiteinde van de transplantaatader wordt na perforatie geanastomoseerd. De transplantaatader wordt gecontroleerd op doorgankelijkheid en de proximale rechter kransslagader wordt geligeerd.
CABG-chirurgie wordt uitgevoerd in minivarkens om de linker interne borstader te oogsten voor gebruik als vasculaire transplantaat. Serum biochemische tests worden gebruikt om de fysiologische status van de dieren na de operatie te evalueren. Echografisch onderzoek toont aan dat het proximale, middelste en distale uiteinde van het transplantaatvat onbelemmerd zijn. In het chirurgische model wordt turbulente bloedstroom in het transplantaat waargenomen bij histologisch onderzoek na de CABG-operatie en wordt veneuze transplantaatstenose geassocieerd met intimale hyperplasie waargenomen in het transplantaat. De studie hier biedt gedetailleerde chirurgische procedures voor het opzetten van een herhaalbaar CABG-geïnduceerd VGD-model.
Introduction
Hoewel de sterfte aan coronaire hartziekten de afgelopen jaren aanzienlijk is afgenomen, ontwikkelt de helft van de volwassenen van middelbare leeftijd in de Verenigde Staten elk jaar ischemische hartgerelateerde symptomen en sterft een derde van de oudere volwassenen aan coronaire hartziekten1. Coronaire bypass-transplantatie (CABG) is een effectieve chirurgische modaliteit om myocardiale ischemie te verbeteren, en wat nog belangrijker is, het is een onvervangbare chirurgische modaliteit voor de behandeling van multivessel coronaire hartziekte2. Na verloop van tijd ontwikkelen vasculaire grafts echter ontsteking, intimale hyperplasie en progressieve atherosclerose, waarvan bekend is dat het leidt tot adertransplantaatfalen of adertransplantaatziekte (VGD)3. Bij patiënten na CABG, als restenose optreedt, kan in sommige gevallen alleen het zieke bloedvat worden vervangen2. Oudere patiënten en toegevoegde comorbiditeiten maken het opnieuw uitvoeren van coronaire bypass-transplantatie behoorlijk uitdagend. Het uitstellen of beheersen van de pathologische problemen in verband met getransplanteerde bloedvaten is een dringend probleem dat moet worden opgelost. Grote diermodellen van CABG-VGD zijn nodig voor het onderzoek naar ziektemechanismen en de ontwikkeling van therapeutische strategieën. Onderzoekers hebben met succes VGD-modellen voor dieren vastgesteld bij kleine en grote dieren zoals muizen4, ratten5, konijnen6 en varkens7. In vergelijking met kleine dieren hebben grote dieren zoals varkens anatomische structuren en fysiologische kenmerken die vergelijkbaar zijn met die van mensen en een langere levensduurhebben 8,9. Grote dieren zijn dus meer geschikt voor het onderzoeken van pathologische veranderingen op lange termijn bij veneuze transplantaatziekte en voor preklinisch testen van geneesmiddelen of apparaten. Wij en ons samenwerkende team hebben met succes chirurgische technieken toegepast om een varkenshartfalenmodel op te stellen en de cardiale pathologische veranderingen in dit model10 beschreven.
CABG-chirurgie is gestandaardiseerd in de klinische praktijk, maar wanneer het wordt toegepast op de oprichting van VGD-diermodellen, zijn de verschillen tussen soorten, de verwerving van dierapparatuur en -faciliteiten, dierchirurgische operaties en diervoeding en -verpleging enorme uitdagingen voor onderzoekers. Net als in de klinische praktijk omvatten de benaderingen voor CABG-chirurgie die worden gebruikt om VGD-diermodellen vast te stellen middellijnsternotomie11 en linker laterale thoracotomie12. Midline sternotomie wordt vaker gebruikt13,14. Deze aanpak heeft echter hoge risico’s voor zowel mens als dier. In de studie gerapporteerd door Thankam et al., stierven twee van de zes varkens die werden gebruikt voor modellering tijdens operatie15. Hoge modelsterfte verhoogt de studiekosten en beïnvloedt de nauwkeurigheid van de resultaten. Een studie toonde eerder aan dat een incisie van de linkerborstwand haalbaar was om CABG-geïnduceerde VGD bij varkens vast te stellen11. Hier wil deze studie een stapsgewijs protocol beschrijven om een reproduceerbare operatie voor een CABG-geïnduceerd VGD-model in minivarkens vast te stellen en het fenotype van dit model te evalueren. Het experimentele protocol is gezamenlijk ontworpen door de hartchirurgie- en anesthesieteams. De chirurgische benadering voor de linker derde intercostale ruimte werd bepaald volgens de kadavers van andere minivarkens in het laboratorium vóór de operatie, en de anesthesiemethode werd uitgevoerd volgens de methode die werd gebruikt in het centrum16. Bloedbiochemische tests, ultrasoon onderzoek en histologisch onderzoek werden uitgevoerd om diermodellen te evalueren.
Protocol
Representative Results
Discussion
In deze studie beschreven we in detail het protocol voor dierselectie, instrumentvoorbereiding, chirurgische procedures en postoperatieve evaluatie bij het ontwikkelen van een CABG-geïnduceerd VGD-model. We voerden ultrasoon onderzoek uit van het veneuze transplantaat voor en na CABG-chirurgie en histologisch onderzoek van het transplantaat 30 dagen na de operatie. De bloedstroom in de interne borstader was normaal vóór de CABG-operatie, terwijl retrograde stroming werd waargenomen in het transplantaat van de interne …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs bedanken Guangdong Laboratory Animals Monitoring Institute voor technische ondersteuning, dierverzorging en monsterverzameling. Ze bedanken ook Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd, voor technische ondersteuning bij het ultrasoon onderzoek. Dit werk werd ondersteund door Guangdong Science and Technology Program, China, en Jinan University Central Universities Basic Scientific Research Business Expenses Project (2017A020215076, 2008A08003 en 21621409).
Materials
| Aortic Punch | Medtronic Inc. , America | 3.0mm, 3.5mm, 4.0mm | Used for proximal coronary bridge anastomosis |
| Automatic biochemical analyzer | IDEXX Laboratories, Inc. America | Catalyst One | |
| Cardiac coronary artery bypass grafting instrument kit | LANDANGER, France | ||
| Cardiogram monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co, Ltd | MEC-1000 | |
| Coronary Shunt | AXIUS | OF-1500, OF-2500, OF-3000 | The product temporarily blocks the coronary artery during arteriotomy to reduce the amount of bleeding in the surgical field and provide blood flow to the distal end during anastomosis. The Axius shunt plug is not an implant and should be removed prior to completion of the anastomosis. |
| Defibrillator | MEDIANA | Mediana D500 | |
| Diazepam | Nanguo pharmaceutical Co. LTD, Guangdong, China | H37023039 | Narcotic inducer |
| Disposable manual electric knife | Covidien, America | E2516H | |
| Electric negative pressure suction machine | Shanghai Baojia Medical Instrument Co, Ltd | YX932D | |
| Esmolol | Guangzhou Wanzheng Pharmaceutical Co. LTD | H20055990 | Emergency drugs |
| Ice machine | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Lidocaine | Chengdu First Pharmaceutical Co. LTD | H51021662 | Emergency drugs |
| Luxtec headlight system | Luxtec, America | AX-1375-BIF | Used for lighting fine parts during operation |
| Medical operation magnifier (glasses) | Germany Lista co, LTD | SuperVu Galilean 3.5× | Used for fine site operation during operation |
| Multi-function high-frequency electrotome | Shanghai Hutong Electronics Co, Ltd | GD350-B | |
| Nitrogen canister | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Nonabsorbable surgical suture (polypropylene suture) | Johnson & Johnson, America | 6-0, 7-0 | Used to suture blood vessels. |
| Nonabsorbable suture (cotton thread) | Covidien, America | 1-0 | Used for skin and muscle tissue tugging |
| Open heart surgery instrument kit | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., LTD | ||
| Propofol injection | Xi 'an Libang Pharmaceutical Co. LTD | H19990282 | Anesthetic sedative |
| Refrigerator | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Respiratory anesthesia machine for animal | Shenzhen Reward Life Technology Co, Ltd, China | R620-S1 | |
| Semi-occlusion clamp | Xinhua Surgical Instrument Co., Ltd. | ZL1701RB | Temporarily cut off the aortic flow |
| vecuronium bromide | Richter, Hungary | JX20090127 | Muscle relaxant |
| Veterinary ultrasound system | Royal Philips, Netherlands | CX50 | |
| Zoletil | Virbac, France | Zoletil 50 | Animal narcotic |
Referencias
- Lloyd-Jones, D., et al. Executive summary: Heart disease and stroke statistics–2010 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 121 (7), 948-954 (2010).
- Taggart, D. P. Contemporary coronary artery bypass grafting. Frontiers of Medicine. 8, 395-398 (2014).
- Wolny, R., Mintz, G. S., Pregowski, J., Witkowski, A. Mechanisms, prevention and treatment of saphenous vein graft disease. The American Journal of Cardiology. 154, 41-47 (2021).
- Schachner, T., Laufer, G., Bonatti, J. In vivo (animal) models of vein graft disease. European Journal of Cardio-thoracic Surgery: Official Journal of the European Association for Cardio-thoracic Surgery. 30 (3), 451-463 (2006).
- Suggs, W. D., et al. Antisense oligonucleotides to c-fos and c-jun inhibit intimal thickening in a rat vein graft model. Surgery. 126 (2), 443-449 (1999).
- Jiang, Z., et al. A novel vein graft model: Adaptation to differential flow environments. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 286 (1), H240-H245 (2004).
- O’Brien, J. E., et al. Early injury to the media after saphenous vein grafting. The Annals of Thoracic Surgery. 65 (5), 1273-1278 (1998).
- Zou, Y., et al. Mouse model of venous bypass graft arteriosclerosis. The American Journal of Pathology. 153 (4), 1301-1310 (1998).
- Klyachkin, M. L., et al. Postoperative reduction of high serum cholesterol concentrations and experimental vein bypass grafts. Effect on the development of intimal hyperplasia and abnormal vasomotor function. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 108 (3), 556-566 (1994).
- Tan, W., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
- Hocum Stone, ., L, L., et al. Magnetic resonance imaging assessment of cardiac function in a swine model of hibernating myocardium 3 months following bypass surgery. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (3), 582-590 (2017).
- Gedik, N., et al. Proteomics/phosphoproteomics of left ventricular biopsies from patients with surgical coronary revascularization and pigs with coronary occlusion/reperfusion: Remote ischemic preconditioning. Scientific Reports. 7 (1), 7629 (2017).
- Tsirikos Karapanos, ., N, , et al. The impact of competitive flow on distal coronary flow and on graft flow during coronary artery bypass surgery. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (6), 993-997 (2011).
- Meng, X., et al. Competitive flow arising from varying degrees of coronary artery stenosis affects the blood flow and the production of nitric oxide and endothelin in the internal mammary artery graft. European Journal of Cardio-thoracic Surgery: Official Journal of the. 43 (5), 1022-1027 (2013).
- Thankam, F. G., et al. Association of hypoxia and mitochondrial damage associated molecular patterns in the pathogenesis of vein graft failure: A pilot study. Translational Research: The Journal of Laboratory and Clinical. , 38-52 (2021).
- Li, X., et al. A surgical model of heart failure with preserved ejection fraction in Tibetan minipigs. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 180 (180), 63526 (2022).
- Rueda, A. l. c. a. l. &. #. 2. 2. 5. ;., I, , et al. A live porcine model for surgical training in tracheostomy, neck dissection, and total laryngectomy. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology: Official Journal of the European Federation of Oto-Rhino-Laryngological Societies (EUFOS): Affiliated with the German Society for Oto-Rhino-Laryngology – Head and Neck Surgery. 278 (8), 3081-3090 (2021).
- Proudfit, W. L. Prognostic value of coronary arteriography. Cardiovascular Clinics. 12 (2), 1-8 (1981).
- Clark, R. A. Regulation of fibroplasia in cutaneous wound repair. TheAmerican Journal of the Medical Sciences. 306 (1), 42-48 (1993).
- Darby, I., Skalli, O., Gabbiani, G. Alpha-smooth muscle actin is transiently expressed by myofibroblasts during experimental wound healing. Laboratory Investigation. 63 (1), 21-29 (1990).
- Sterpetti, A. V., et al. Formation of myointimal hyperplasia and cytokine production in experimental vein grafts. Surgery. 123 (4), 461-469 (1998).
- Shannon, A. H., et al. Porcine model of infrarenal abdominal aortic aneurysm. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 153 (153), (2019).
- Langille, B. L., O’Donnell, F. Reductions in arterial diameter produced by chronic decreases in blood flow are endothelium-dependent. Science. 231 (4736), 405-407 (1986).
- Zwolak, R. M., Adams, M. C., Clowes, A. W. Kinetics of vein graft hyperplasia: Association with tangential stress. Journal of Vascular Surgery. 5 (1), 126-136 (1987).
- Kotani, K., et al. A subacute hypoxic model using a pig. Surgery Today. 35 (11), 951-954 (2005).
- Liu, D., et al. Comparison of ketamine-pentobarbital anesthesia and fentanyl-pentobarbital anesthesia for open-heart surgery in minipigs. Lab Animal. 38 (7), 234-240 (2009).
- Geovanini, G. R., Pinna, F. R., Prado, F. A., Tamaki, W. T., Marques, E. Standardization of anesthesia in swine for experimental cardiovascular surgeries. Revista Brasileira de Anestesiologia. 58 (4), 363-370 (2008).
- Alhomary, M., Ramadan, E., Curran, E., Walsh, S. R. Videolaryngoscopy vs. fibreoptic bronchoscopy for awake tracheal intubation: A systematic review and meta-analysis. Anaesthesia. 73 (9), 1151-1161 (2018).
- Parang, P., Arora, R. Coronary vein graft disease: Pathogenesis and prevention. Canadian Journal of Cardiology. 25 (2), e57-e62 (2009).
- Egan, T. D., et al. Fentanyl pharmacokinetics in hemorrhagic shock: a porcine model. Anesthesiology. 91 (1), 156-166 (1999).
