げっ歯類における大動脈デベンディングによる左心室逆改造の研究
Summary
ここでは、大動脈収縮の確立されたマウスモデルにおける外科的大動脈デベンディングのステップバイステッププロトコルについて説明する。この手順は、左心室逆リモデリングと肥大の回帰の基礎となるメカニズムを研究するだけでなく、心筋回復を加速させる可能性のある新しい治療オプションをテストすることができます。
Abstract
左心室(LV)逆リモデリング(RR)をよりよく理解するために、大動脈バンディング誘発LVリモデリングの後、マウスが大動脈収縮の除去時にRRを受けるというげっ歯類モデルについて説明する。本論文では、マウスにおいて低侵襲の外科的大動脈デバディングを行うためのステップバイステップの手順について述べた。心エコー検査は、その後、LVリモデリングおよびRR中の心臓肥大および機能不全の程度を評価し、大動脈断層切り替えのための最良のタイミングを決定するために使用された。プロトコルの最後に、心機能の終末血力学的評価を行い、組織学的研究のためにサンプルを採取した。我々は、デベンディングが70〜80%の外科的生存率に関連していることを示した。さらに、退出後2週間後に、心室後負荷の有意な減少が心室肥大の退縮を引き起こす(〜20%)そして線維症(〜26%)、左心室充填および末方拡張期圧(E/e’およびLVEDP)の正常化によって評価される拡張期機能不全の回復。大動脈デベンディングは、げっ歯類のLV RRを研究するのに有用な実験モデルです。心筋回復の程度は被験者間で可変であり、したがって、大動脈弁置換のような臨床的文脈で生じるRRの多様性を模倣する。我々は、大動脈バンディング/デバンディングモデルは、RRのメカニズム、すなわち心臓肥大の退行および拡張機能不全の回復に関する新たな洞察を解明するための貴重なツールを表していると結論付ける。
Introduction
マウスにおける横方向または上昇大大体の収縮は、圧力過負荷誘発心肥大、拡張期および収縮期機能不全および心不全1、2、3、4に対する広く使用される実験モデルである。大動脈収縮は、初期状態で補った左心室(LV)の同心性肥大を招き、壁応力1を正常化する。しかしながら、長期の心臓過負荷などの特定の状況下では、この肥大は壁ストレスを減少させるのに不十分であり、拡張期および収縮期機能不全(病理学的肥大)5を引き起こす。並行して、細胞外マトリックス(ECM)の変化は、線維症として知られているプロセスでコラーゲン沈着および架橋をもたらし、これは置換線維症および反応性線維症に細分することができる。線維症は、ほとんどの場合、不可逆的であり、過負荷リリーフ6、7後の心筋回復を妥協する。しかしながら、最近の心臓磁気共鳴画像法の研究では、反応性線維症が長期8で退行することが明らかになった。全体として、線維症、肥大および心臓機能不全は、心不全(HF)に向かって急速に進行する心筋リモデリングとして知られているプロセスの一部である。
心筋リモデリングの特徴を理解することは、その進行を制限または逆転させる主要な目的となっており、後者はリバースリモデリング(RR)と呼ばれます。用語RRは、所定の介入によって慢性的に逆転した任意の心筋変化、そのような薬理学的療法(例えば、高血圧薬)、弁手術(例えば、大動脈狭窄症)または心室補助装置(例えば、慢性HF)を含む。しかし、RRは、多くの場合、優勢な肥大または収縮期/拡張期機能不全のために不完全である。したがって、RRの基礎となるメカニズムおよび新しい治療戦略の明確化はまだ欠落しており、これは主にこれらの患者のほとんどにおいてRR中のヒト心筋組織へのアクセスと研究が不可能であることによるものである。
この制限を克服するために、げっ歯類モデルはHF進行に関与するシグナル伝達経路の理解を進める上で重要な役割を果たしてきました。具体的には、大動脈狭窄を有するマウスの大動脈デバンディングは、これら2つの段階で異なる時点での心筋サンプルの収集を可能にする、逆筋LVリモデリング9およびRR10,11の下にある分子メカニズムを研究するのに有用なモデルを表す。さらに、RRを促進/加速できる潜在的な新規ターゲットをテストするための優れた実験的設定を提供します。例えば、大動脈狭窄の文脈では、このモデルは、RR6、12の(in)完全性の根底にある膨大な多様性の心筋応答に関与する分子メカニズムに関する情報を提供するかもしれないし、弁置換のための最適なタイミングは、現在の知識の大きな欠点を表す。実際、この介入の最適なタイミングは、主に大動脈勾配の大きさに基づいて定義されているため、議論の対象です。いくつかの研究は、線維症と拡張期機能不全が既に存在することが多いので、この時点は心筋回復には遅すぎるかもしれないと提唱しています。
私たちの知る限りでは、これは、弁置換前後または抗高血圧薬の発症前後の大動脈狭窄または高血圧などの条件で起こっている心筋リモデリングとRRの両方のプロセスを再現する唯一の動物モデルです。
上記の課題に取り組むために、マウスとラットの両方で実施できる外科用動物モデルについて説明し、これら2つの種の違いに対処する。これらの手術を行う際の主な手順と詳細について説明します。最後に、RRの直前とRR全体でLVで起こっている最も重要な変更を報告します。
Protocol
Representative Results
Discussion
本明細書で提案されるモデルは、それぞれ大動脈バンディングおよびデバンディング後のLVリモデリングおよびRRのプロセスを模倣する。したがって、有害なLVリモデリングに関与する分子機構に関する我々の知識を進め、これらの患者の心筋回復を誘導することができる新しい治療戦略をテストするための優れた実験モデルを表しています。このプロトコルは、外科的外傷を軽減するために?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、ポルトガル科学技術財団(FCT)、欧州連合、クエロ・デリメンシア・エストラテジコ・ナシオナル(QREN)、フンド・ヨーロッパ・デ・デセンボルヴィメント地域(FEDER)、プログラム・オペラシオナル・ファクタレス・デ・コンペティティビダード(COMPETE)に感謝する。このプロジェクトは、COMPETEERによってサポートされています COMPETE2020 – プログラムオペラシオナルコンペティティビダーデEインテルナシオナリザサン(POCI)、プロジェクトDOCNET(NORTE-01-0145-FEDER-000003)、ノルテポルトガル地域運用プログラム(NORTE 2020)、ポルトガル2020パートナーシップ、合意の下で、 欧州地域開発基金(ERDF)を通じて、リスボンの地域運用プログラムである欧州構造投資ファンドが支援するプロジェクトNETDIAMOND(POCI-01-0145-FEDER-016385)を通じて行います。ダニエラ・ミランダ=シルバとパティシア・ロドリゲスは、フェローシップ助成金(SFRH/BD/87556/2012およびSFRH/BD/96026/2013)によって資金提供されています。
Materials
| Absorption Spears | F.S.T | 18105-03 | To absorb fluids during the surgery |
| Blades | F.S.T | 10011-00 | To perform the skin incision |
| Buprenorphine | Buprelieve | Analgesia drug | |
| Catutery | F.S.T | 18010-00 | To prevent exsanguination |
| Catutery tips | F.S.T | 18010-01 | To prevent exsanguination |
| cotton swab | Johnson's | To absorb fluids during the surgery | |
| Depilatory cream | Veet | To delipate the animal | |
| Disposable operating room table cover | MEDKINE | DYND4030SB | To cover the surgical area |
| Echo probe | Siemens | Sequoia 15L8W | Ultrasound signal aquisition |
| Echocardiograph | Siemens | Acuson Sequoia C512 | Ultrasound signal aquisition |
| End-tidal CO2 monitor | Kent Scientific | CapnoStat | To control expiration gas saturation |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11255-20 | To dissect the tissues and aorta |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11272-30 | To dissect the tissues and aorta |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11151-10 | To dissect the tissues and aorta |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11152-10 | To dissect the tissues and aorta |
| Gas system | Penlon Sigma Delta | To anesthesia and mechanical ventilation | |
| Hemostats | F.S.T | 13010-12 | To hold the suture before tight the aorta |
| Hemostats | F.S.T | 13011-12 | To hold the suture before tight the aorta |
| Ligation aids | F.S.T | 18062-12 | To place a suture around the aorta |
| Magnetic retractor | F.S.T | 18200-20 | To help keep the animal in a proper position |
| Needle holder | F.S.T | 12503-15 | To suture the animal |
| Needle 26G | B-BRAUN | 4665457 | To serve as a molde of aortic constriction diameter |
| Oxygen | Air Liquide | To anesthesia and mechanical ventilation | |
| Polipropilene suture | Vycril | W8304/W8597 | To suture the animal and to do the constriction |
| Povidone-iodine solution | Betadine® | Skin antiseptic | |
| PowerLab | Millar instruments | ML880 PowerLab 16/30 | PV loop Signal Aquisition |
| Pulse oximeter | Kent Scientific | MouseStat | To control heart rate and blood saturation |
| PVAN software | Millar Instruments | To analyse the haemodynamic data | |
| PV loop cathether | Millar instruments | SPR-1035. 1.4 F | PV loop Signal Aquisition |
| Retractor | F.S.T | 17000-01 | To provide a better overview of the aorta |
| Scalpet handle | F.S.T | 10003-12 | To perform the skin incision |
| Scissors | F.S.T | 15070-08 | To cut the suture in debanding surgery |
| Scissors | F.S.T | 14084-09 | To cut other material during the surgery e.g. suture, papper |
| Sevoflurane | Baxter | 533-CA2L9117 | |
| Temperature control module | Kent Scientific | RightTemp | To control animal corporal temperature |
| Ventilator | Kent Scientific | PhysioSuite | To ventilate the animal |
| Water-bath | Thermo Scientific™ | TSGP02 | To maintain water temperature adequate to heat the P-V loop catethers |
References
- Arany, Z., et al. Transverse aortic constriction leads to accelerated heart failure in mice lacking PPAR-gamma coactivator 1alpha. Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 103 (26), 10086-10091 (2006).
- Tavakoli, R., Nemska, S., Jamshidi, P., Gassmann, M., Frossard, N. Technique of Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice for Induction of Left Ventricular Hypertrophy. Journal of Visualized Experiment. (127), e56231 (2017).
- Zaw, A. M., Williams, C. M., Law, H. K., Chow, B. K. Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice. Journal of Visualized Experiment. (121), e55293 (2017).
- Rockman, H. A., et al. Segregation of atrial-specific and inducible expression of an atrial natriuretic factor transgene in an in vivo murine model of cardiac hypertrophy. Proceedings of the National Academy of Science. 88 (18), 8277-8281 (1991).
- Koide, M., et al. Premorbid determinants of left ventricular dysfunction in a novel model of gradually induced pressure overload in the adult canine. Circulation. 95 (6), 1601-1610 (1997).
- Rodrigues, P. G., Leite-Moreira, A. F., Falcao-Pires, I. Myocardial reverse remodeling: how far can we rewind. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 310 (11), 1402-1422 (2016).
- Weidemann, F., et al. Impact of myocardial fibrosis in patients with symptomatic severe aortic stenosis. Circulation. 120 (7), 577-584 (2009).
- Bing, R., et al. Imaging and Impact of Myocardial Fibrosis in Aortic Stenosis. JACC Cardiovascular Imaging. 12 (2), 283-296 (2019).
- Conceicao, G., Heinonen, I., Lourenco, A. P., Duncker, D. J., Falcao-Pires, I. Animal models of heart failure with preserved ejection fraction. Netherlands Heart Journal. 24 (4), 275-286 (2016).
- Weinheimer, C. J., et al. Load-Dependent Changes in Left Ventricular Structure and Function in a Pathophysiologically Relevant Murine Model of Reversible Heart Failure. Circulation Heart Failure. 11 (5), 004351 (2018).
- Bjornstad, J. L., et al. A mouse model of reverse cardiac remodelling following banding-debanding of the ascending aorta. Acta Physiologica (Oxford). 205 (1), 92-102 (2012).
- Yarbrough, W. M., Mukherjee, R., Ikonomidis, J. S., Zile, M. R., Spinale, F. G. Myocardial remodeling with aortic stenosis and after aortic valve replacement: mechanisms and future prognostic implications. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 143 (3), 656-664 (2012).
- deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. Journal of Visualized Experiment. (38), 1729 (2010).
- Hamdani, N., et al. Myocardial titin hypophosphorylation importantly contributes to heart failure with preserved ejection fraction in a rat metabolic risk model. Circulation: Heart Failure. 6 (6), 1239-1249 (2013).
- Li, L., et al. Assessment of Cardiac Morphological and Functional Changes in Mouse Model of Transverse Aortic Constriction by Echocardiographic Imaging. Journal of Visualized Experiment. (112), e54101 (2016).
- Lygate, C. A., et al. Serial high resolution 3D-MRI after aortic banding in mice: band internalization is a source of variability in the hypertrophic response. Basic Research in Cardiology. 101 (1), 8-16 (2006).
- Platt, M. J., Huber, J. S., Romanova, N., Brunt, K. R., Simpson, J. A. Pathophysiological Mapping of Experimental Heart Failure: Left and Right Ventricular Remodeling in Transverse Aortic Constriction Is Temporally, Kinetically and Structurally Distinct. Frontiers in Physiology. 9, 472 (2018).
- Garcia-Menendez, L., Karamanlidis, G., Kolwicz, S., Tian, R. Substrain specific response to cardiac pressure overload in C57BL/6 mice. American Journal of Physiology-Heart and Circulation Physiology. 305 (3), 397-402 (2013).
- Melleby, A. O., et al. A novel method for high precision aortic constriction that allows for generation of specific cardiac phenotypes in mice. Cardiovascular Research. 114 (12), 1680-1690 (2018).
- Li, Y. H., et al. Effect of age on peripheral vascular response to transverse aortic banding in mice. The Journal of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 58 (10), 895-899 (2003).
- Ruppert, M., et al. Myocardial reverse remodeling after pressure unloading is associated with maintained cardiac mechanoenergetics in a rat model of left ventricular hypertrophy. American Journal of Physiology-Heart and Circulation Physiology. 311 (3), 592-603 (2016).
- Treibel, T. A., et al. Reverse Myocardial Remodeling Following Valve Replacement in Patients With Aortic Stenosis. Journal of the American College of Cardiology. 71 (8), 860-871 (2018).
- Dadson, K., et al. Cellular, structural and functional cardiac remodelling following pressure overload and unloading. International Journal of Cardiology. 216, 32-42 (2016).
- Krayenbuehl, H. P., et al. Left ventricular myocardial structure in aortic valve disease before, intermediate, and late after aortic valve replacement. Circulation. 79 (4), 744-755 (1989).
- McCann, G. P., Singh, A. Revisiting Reverse Remodeling After Aortic Valve Replacement for Aortic Stenosis. Journal of the American College of Cardiology. 71 (8), 872-874 (2018).
- Miranda-Silva, D., et al. Characterization of biventricular alterations in myocardial (reverse) remodelling in aortic banding-induced chronic pressure overload. Science Reports. 9 (1), 2956 (2019).
