Summary

Apical Resection musmodell för att studera tidiga däggdjur hjärta Regeneration

Published: January 23, 2016
doi:

Summary

A step-by-step video protocol of apical resection is demonstrated in this study. Apical resection is a recently highlighted surgical approach in mammalian heart regeneration research. This study may promote the application of apical resection as a standard methodology in research into the mechanism underlying heart regeneration.

Abstract

Hjärt-kärlsjukdom plågar hela världen på grund av intensiva livsstilförändringar. Hjärta förnyelse är mycket lovande för att reparera och återställa cardiomyocytes förlorade på grund av skador och sjukdomar. I motsats till den kraftiga hjärtregenerering av vissa lägre ryggradsdjur, vuxna hjärtan däggdjur visar vanligtvis minimal kapacitet för hjärt förnyelse och reparation. Dock har nya studier väckt stort vetenskapligt intresse med konstaterandet att, mellan postnatal dag 1-7 (P1 till P7), behåller neonatal mushjärta betydande regenerativ potential efter apikal resektion (dvs kirurgisk amputation och exponering av vänster kammare apex). En stor kontrovers över detta fynd kan bero på de olika kirurgi relaterade metoder som används i arbetet med att replikera eller expandera på denna viktiga fynd. Dessa instruktioner dynamiskt presentera material och metodik för apikal resektion i en musmodell. De framträdande stegen i denna gnagare survival kirurgi innebär hypotermi anestesi, torakotomi, kirurgisk amputation av hjärtventrikulära apex och sutur och återvinning av möss. Tillvägagångssättet beskrivs skulle kunna expandera tillämpningen av den apikala resektion musmodell för kardiovaskulär forskning.

Introduction

Prolonged human life span leads to various aging- and lifestyle-related diseases, including heart failure, a leading cause of mortality. However, without replacement of lost or dysfunctional cardiac muscle cells, current therapeutics can only transiently improve cardiac function1, 2. Thus, it is necessary to discover and develop innovative strategies for cardiac regeneration and repair. The adult mammalian heart has limited regenerative potential. Studies from lower vertebrates, such as urodele amphibians and teleost fish, have provided unprecedented insights into the molecular and cellular mechanisms underlying heart regeneration3, 4. Recently, a neonatal mouse model of heart regeneration has emerged that might enable identification and characterization of more evolutionarily conserved pathophysiological events required for human heart regeneration5.

Apical resection refers to the surgical removal of left ventricular apex. This procedure is restricted to 1- to 7-day-old (P1 to P7) mice due to its high lethality in older mice6. The cardiac regeneration process in neonatal mice after apical resection is expected to be as follows: (I) rapid and effective formation of a hematoma to seal the apex and prevent exsanguination; (II) cardiomyocyte regeneration and restoration of systolic function5, 7. Recent work has stimulated debate on the significance and efficiency of this model8-11. Thus, it is important to present the apical resection clearly and in detail. To this end, this protocol vividly and specifically describes a video of how I did apical resection based on a previous protocol6.

Understanding the molecular mechanisms underlying cardiac regeneration is of importance for treatment of heart disease characterized by loss and/or injured cardiomyocytes, such as heart failure1, 2. Given the current and promising progress of apical resection in the research of cardiac regeneration, this study could promote the use of this technique and its uses in cardiac regeneration research.

Protocol

Alla mus experiment har godkänts av Animal Care och användning Program vid National Institutes of Health (NIH) med protokoll nummer H0083R3. NHLBI IACUC godkände protokollet utan smärtstillande medel. 1. Hypotermi Anestesi i neonatal möss Sterilisera svampar och kirurgisk utrustning i en autoklav innan operationen. Förbered alla kirurgiska material och slå på en varm pärla autoklav 15-20 min i förväg för att nå 240 ° C till 270 ° C. Överföra alla C57BL /…

Representative Results

Musungar avlivades 1, 2, och 21 dagar efter apikala resektion, och deras hjärtan uppsamlades för H & E och Massons Trikrom-färgning. Blå färg i Massons Trichrome fläck indikerar avsättningen av epikardiala extracellulärmatrix 5. Med framgångsrik apikala resektion, är en blodpropp effektivt utformad att täta LV en dag efter apikala resektion, såsom visas i figur 1A. En gradvis resorption av blodpropp och tidiga hjärtfibros observeras, och ersätts med myokardi…

Discussion

Cardiac regeneration shows potential for the treatment and prevention of heart failure1, 2. Animal models are indispensable and play a critical role in understanding how cardiac regeneration occurs3-6. Many amphibians and fish regenerate heart tissue in response to injury, providing insight into our understanding of human cardiovascular disease13, 14. In terms of evolution, however, the pathophysiology should be more conserved between a mouse model and humans. Heart regeneration in mammal…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Författarna tackar Dr.. James Hawkins, Zu-Xi Yu och Xuan Qu från National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) för deras hjälp med mus kirurgi och förberedelse och färgning av paraffin. Författarna är tacksamma mot NIH Fellows Editorial Board för redaktionellt bistånd.

Materials

Olsen-Hegar Needle Holders with Scissors,1.5mm Fine Science Tools 12002-12
Vannas Spring Scissors – 2mm Cutting Edge Fine Science Tools 15000-03 Iridectomy scissors
Hot Bead Sterilizer Fine Science Tools 18000-45
Iris Forceps, Straight, Serrated Fine Science Tools 11064-07
Iris Forceps, Curved, Serrated Fine Science Tools 11065-07
Shea Scissors – Curved/Blunt-Blunt/12cm Fine Science Tools 14105-12
Round Handled Suture Tying Forceps, Straight Fine Science Tools 18025-12
Round Handled Vannas Spring Scissors Fine Science Tools 15400-12
Magnifying Lamp Luxolamp Corp IM120 
Heating lamp Brandt Equipment llc 51152/3
6-0 Prolene sutures Ethicon 8889H
Skin glue-Vetbond Tissue Adhesive  3M  1469
Sterile Cotton Tipped Applicators Dynarex 4305
WEBCOL Alcohol Prep Pad Covidien 6818 Medium 2 PLY, 200/BOX, Satured with 70% Isopropyl Alcohol
Curity All Purpose Sponges Covidien 9024 Non-woven 4 PLY, 4"x4" (10.2cm×10.2cm)
Bench top protector sheet KIMTECH SCIENCE 7546 18" x 19.5" (45.72cm x 49.53cm) x 50
0.9% Sodium Chloride, 250ml Hospira Inc. NDC 0409-6138-22
Betadine Solution Swabsticks Purdue Products L.P. NDC 67618-153-03
Autoclave TOMY Digital Biology SX-700 HIGH-PRESSURE STEAM STERILIZER
Slide scanner HAMAMATSU NanoZoomer 2.0-RS

References

  1. Lin, Z., Pu, W. T. Strategies for cardiac regeneration and repair. Sci Transl Med. 6, 231-239 (2014).
  2. Xin, M., Olson, E. N., Bassel-Duby, R. Mending broken hearts: cardiac development as a basis for adult heart regeneration and repair. Nat Rev Mol Cell Biol. 14, 529-541 (2013).
  3. Mahmoud, A. I., Porrello, E. R. Turning back the cardiac regenerative clock: lessons from the neonate. Trends Cardiovasc Med. 22, 128-133 (2012).
  4. Porrello, E. R., Olson, E. N. A neonatal blueprint for cardiac regeneration. Stem Cell Res. 13, 556-570 (2014).
  5. Porrello, E. R., et al. Transient regenerative potential of the neonatal mouse heart. Science. 331, 1078-1080 (2011).
  6. Mahmoud, A. I., Porrello, E. R., Kimura, W., Olson, E. N., Sadek, H. A. Surgical models for cardiac regeneration in neonatal mice. Nat Protoc. 9, 305-311 (2014).
  7. Allen, T. C., Prophet, E. B., Mills, B., Arrington, J. B., Sobin, L. H. Hematoxylin and eosin. Laboratory methods in Histotechnology. , 53-58 (1992).
  8. Andersen, D. C., Ganesalingam, S., Jensen, C. H., Sheikh, S. P. Do neonatal mouse hearts regenerate following heart apex resection?. Stem cell reports. 2, 406-413 (2014).
  9. Kotlikoff, M. I., Hesse, M., Fleischmann, B. K. Comment on ‘Do neonatal mouse hearts regenerate following heart apex resection?’. Stem cell reports. 3, 2 (2014).
  10. Sadek, H. A., et al. Multi-investigator letter on reproducibility of neonatal heart regeneration following apical resection. Stem cell reports. 3, 1 (2014).
  11. Andersen, D. C., Jensen, C. H., Sheikh, S. P., et al. Response to Sadek et al. and Kotlikoff et al. Stem cell reports. 3, 3-4 (2014).
  12. Phifer, C. B., Terry, L. M. Use of hypothermia for general anesthesia in preweanling rodents. Physiol Behav. 38, 887-890 (1986).
  13. Laflamme, M. A., Murry, C. E. Regenerating the heart. Nat Biotechnol. 23, 845-856 (2005).
  14. Laflamme, M. A., Murry, C. E. Heart regeneration. Nature. , 326-335 (2011).
  15. Jesty, S. A., et al. c-kit+ precursors support postinfarction myogenesis in the neonatal, but not adult, heart. Proc Natl Acad Sci U S A. 109, 13380-13385 (2012).
  16. Gonzalez-Rosa, J. M., Martin, V., Peralta, M., Torres, M., Mercader, N. Extensive scar formation and regression during heart regeneration after cryoinjury in zebrafish. Development. 138, 1663-1674 (2011).
check_url/fr/53488?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Xiong, J., Hou, J. Apical Resection Mouse Model to Study Early Mammalian Heart Regeneration. J. Vis. Exp. (107), e53488, doi:10.3791/53488 (2016).

View Video