نموذج جراحي لفشل القلب مع الكسر القذفي المحفوظ في الخنازير الصغيرة التبتية
Summary
يصف هذا البروتوكول إجراء خطوة بخطوة لإنشاء نموذج صغير لفشل القلب مع جزء طرد محفوظ باستخدام انقباض الأبهر النازل. كما يتم عرض طرق تقييم مورفولوجيا القلب والأنسجة ووظيفة نموذج المرض هذا.
Abstract
يتم تصنيف أكثر من نصف حالات قصور القلب (HF) على أنها قصور القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) في جميع أنحاء العالم. النماذج الحيوانية الكبيرة محدودة للتحقيق في الآليات الأساسية ل HFpEF وتحديد الأهداف العلاجية المحتملة. يقدم هذا العمل وصفا مفصلا للإجراء الجراحي لتضيق الأبهر الهابط (DAC) في الخنازير الصغيرة التبتية لإنشاء نموذج حيواني كبير ل HFpEF. استخدم هذا النموذج انقباضا يتم التحكم فيه بدقة للشريان الأورطي الهابط للحث على الضغط الزائد المزمن في البطين الأيسر. تم استخدام تخطيط صدى القلب لتقييم التغيرات المورفولوجية والوظيفية في القلب. بعد 12 أسبوعا من إجهاد DAC ، كان الحاجز البطيني ضخما ، ولكن تم تقليل سمك الجدار الخلفي بشكل كبير ، مصحوبا بتمدد البطين الأيسر. ومع ذلك ، تم الحفاظ على جزء طرد الجهد المنخفض للقلوب النموذجية عند >50٪ خلال فترة 12 أسبوعا. علاوة على ذلك ، أظهر نموذج DAC تلفا في القلب ، بما في ذلك التليف والالتهاب وتضخم خلايا عضلة القلب. كانت مستويات علامات قصور القلب مرتفعة بشكل ملحوظ في مجموعة DAC. هذا HFpEF الناجم عن DAC في الخنازير الصغيرة هو أداة قوية للتحقيق في الآليات الجزيئية لهذا المرض وللاختبارات قبل السريرية.
Introduction
يمثل قصور القلب مع الكسر القذفي المحفوظ (HFpEF) أكثر من نصف حالات قصور القلب وأصبح مشكلة صحية عامة في جميع أنحاء العالم1. أشارت الملاحظات السريرية إلى العديد من السمات الحاسمة ل HFpEF: (1) الخلل الانبساطي البطيني ، مصحوبا بزيادة تصلب الانقباضي ، (2) جزء طرد طبيعي أثناء الراحة مع ضعف أداء التمرين ، و (3) إعادة تشكيل القلب2. تشمل الآليات المقترحة عدم التنظيم الهرموني ، والتهاب الأوعية الدموية الدقيقة الجهازية ، واضطرابات التمثيل الغذائي ، والتشوهات في بروتينات المصفوفة الساركوميةوخارج الخلية 3. ومع ذلك ، فقد أظهرت الدراسات التجريبية أن قصور القلب مع انخفاض الكسر القذفي (HFrEF) يسبب هذه التعديلات. استكشفت الدراسات السريرية الآثار العلاجية لمثبطات مستقبلات الأنجيوتنسين والأدوية لعلاج HFrEF في HFpEF 4,5. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى نهج علاجية فريدة ل HFpEF. بالمقارنة مع فهم الأعراض السريرية ، فإن التغيرات في علم الأمراض والكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ل HFpEF لا تزال غير محددة بشكل جيد.
تم تطوير نماذج حيوانية من HFpEF لاستكشاف الآليات وعلامات التشخيص والأساليب العلاجية. يمكن أن تصاب المختبر ، بما في ذلك الخنازير والجرذان والفئران ، ب HFpEF ، وتم اختيار عوامل الخطر المتنوعة ، بما في ذلك ارتفاع ضغط الدم والسكري والشيخوخة ، كعوامل تحريض 6,7. على سبيل المثال ، أسيتات الديوكسي كورتيكوستيرون وحدها أو مجتمعة مع نظام غذائي عالي الدهون / السكر يحفز HFpEF في الخنازير 8,9. الحمل الزائد للضغط البطيني هو تقنية أخرى تستخدم لتطوير HFpEF في النماذج الحيوانية الكبيرة والصغيرة10. بالإضافة إلى ذلك ، تم اعتماد قيم قطع EF محددة لتعريف HFpEF عبر القارات في السنوات الأخيرة ، كما هو موضح في إرشادات الجمعية الأوروبية لأمراض القلب ، ومؤسسة الكلية الأمريكية لأمراض القلب / جمعية القلبالأمريكية 11 ، وجمعية الدورة الدموية اليابانية / جمعية قصور القلب اليابانية12. وبالتالي ، قد تصبح العديد من النماذج التي تم إنشاؤها مسبقا مناسبة لدراسات HFpEF إذا تم اعتماد المعايير السريرية. على سبيل المثال ، ادعى Youselfi et al. أن سلالة الفئران المعدلة وراثيا ، Col4a3-/- ، كانت نموذجا فعالا ل HFpEF. طورت هذه السلالة أعراضا قلبية نموذجية ل HFpEF ، مثل الخلل الانبساطي ، وضعف الميتوكوندريا ، وإعادة تشكيل القلب13. استخدمت دراسة سابقة نظاما غذائيا عالي الطاقة للحث على إعادة تشكيل القلب باستخدام نطاق متوسط من EF في المسنة14 ، والتي تتميز باضطراب التمثيل الغذائي والتليف وانخفاض أكتوميوسين MgATPase في عضلة القلب. يعد انقباض الأبهر المستعرض للفأر (TAC) أحد أكثر النماذج استخداما لتقليد اعتلال عضلة القلب البطيني الناجم عن ارتفاع ضغط الدم. يتطور البطين الأيسر من تضخم متحد المركز مع زيادة EF إلى إعادة تشكيل متوسعة مع انخفاض EF15,16. تشير الأنماط الظاهرية الانتقالية بين هاتين المرحلتين النموذجيتين إلى أنه يمكن استخدام تقنية انقباض الأبهر لدراسة HFpEF.
تم نشر السمات المرضية والإشارات الخلوية وملامح mRNA لنموذج HFpEF الخنازيرسابقا 17. هنا ، يتم تقديم بروتوكول خطوة بخطوة لإنشاء هذا النموذج وطرق تقييم الأنماط الظاهرية لهذا النموذج. الإجراء موضح في الشكل 1. باختصار ، تم وضع الخطة الجراحية بشكل مشترك من قبل الباحث الرئيسي والجراحين وفنيي المختبرات وموظفي رعاية. خضعت الخنازير الصغيرة لفحوصات صحية ، بما في ذلك الاختبارات الكيميائية الحيوية وتخطيط صدى القلب. بعد الجراحة ، تم إجراء إجراءات مضادة للالتهابات ومسكنات. تم استخدام تخطيط صدى القلب والفحص النسيجي والمؤشرات الحيوية لتقييم الأنماط الظاهرية.
Protocol
Representative Results
Discussion
استخدمت هذه الدراسة تقنيات DAC لتطوير نموذج HFpEF للخنازير الصغيرة التبتية. يتم تقديم بروتوكول تحضير والأدوات خطوة بخطوة هنا ، بما في ذلك التخدير والتنبيب الرغامي وقنية الوريد والإجراءات الجراحية ورعاية ما بعد الجراحة. كما يتم تقديم تقنيات التسجيل لصور القلب ب و الوضع M للقلب. بعد DAC ، خضع الق?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل برنامج قوانغدونغ للعلوم والتكنولوجيا (2008A08003 ، 2016A020216019 ، 2019A030317014) ، وبرنامج قوانغتشو للعلوم والتكنولوجيا (201804010206) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (31672376 ، 81941002) ، ومختبر مقاطعة قوانغدونغ الرئيسي لحيوانات المختبر (2017B030314171).
Materials
| Absorbable surgical suture | Putong Jinhua Medical Co. Ltd, China | 4-0 | |
| Aesthesia ventilator station | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd, China | WATO EX-35vet | |
| Aspirator | Shanghai Baojia Medical Apparatus Co., Ltd, China | YX930D | |
| Benzylpenicillin | Sichuan Pharmaceutical. INC, China | H5021738 | |
| Disposal endotracheal tube with cuff | Shenzhen Verybio Co., Ltd, China | 20 cm, ID 0.9 | |
| Disposal transducer | Guangdong Baihe Medical Technology Co., Ltd, China | ||
| Dissection blade | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd, China | ||
| Electrocautery | Shanghai Hutong Medical Instruments (Group) Co., Ltd, China | GD350-B | |
| Enzyme-linked immunosorbent assay ELISA kit | Cusabio Biotech Co., Ltd, China | CSB-E08594r | |
| Eosin | Sigma-Aldrich Corp. | E4009 | |
| Flunixin meglumine | Shanghai Tongren Pharmaceutical Co., Ltd., China | Shouyaozi(2012)-090242103 | |
| Forceps | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich Corp. | H3136 | |
| Isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd, China | Veteasy for animals | |
| Laryngoscope | Taixing Simeite Medical Apparatus and Instruments Limited Co., Ltd, China | For adults | |
| LED surgical lights | Mingtai Medical Group, China | ZF700 | |
| Microplate reader | Thermo Fisher Scientific, USA | Multiskan FC | |
| Microscope | Leica, Germany | DM2500 | |
| Mobile restraint unit | Customized | N/A | A mobile restraint unit, made by metal frame and wheels, with a canvas cover |
| Oxygen | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich Corp. | V900894 | |
| Patient monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Company, China | Beneview T5 | |
| Peripheral Intravenous (IV) Catheter | Shenzhen Yima Pet Industry Development Co., Ltd., China | 26G X 16 mm | |
| Propofol | Guangdong Jiabo Phamaceutical Co., Ltd. | H20051842 | |
| Rib retractor | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Ruler | Deli Manufacturing Company, China | ||
| Scalpel handles | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Scissors (g) | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Suture | Medtronic-Coviden Corp. | 3-0, 4-0 | |
| Ultrasonic gel | Tianjin Xiyuansi Production Institute, China | TM-100 | |
| Veterinary monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Company, China | ePM12M Vet | |
| Veterinary ultrasound system | Esatoe, Italy | MyLab30 | Equiped with phased array transducer (3-8 Hz) |
| Xylazine hydrochloride injection | Shenda Animal Phamarceutical Co., Ltd., China | Shouyaozi(2016)-07003 | |
| Zoletil injection | Virbac, France | Zoletil 50 | Tiletamine and zolazepam for injection |
References
- Dunlay, S. M., Roger, V. L., Redfield, M. M. Epidemiology of heart failure with preserved ejection fraction. Nature Reviews Cardiology. 14 (10), 591-602 (2017).
- Redfield, M. M. Heart failure with preserved ejection fraction. New England Journal of Medicine. 375 (19), 1868-1877 (2016).
- Lam, C. S. P., Voors, A. A., de Boer, R. A., Solomon, S. D., van Veldhuisen, D. J. Heart failure with preserved ejection fraction: From mechanisms to therapies. European Heart Journal. 39 (30), 2780-2792 (2018).
- Solomon, S. D., et al. Angiotensin receptor neprilysin inhibition in heart failure with preserved ejection fraction: Rationale and design of the PARAGON-HF trial. JACC-Heart Failure. 5 (7), 471-482 (2017).
- Cunningham, J. W., et al. Effect of sacubitril/valsartan on biomarkers of extracellular matrix regulation in patients with HFpEF. Journal of the American College of Cardiology. 76 (5), 503-514 (2020).
- Conceição, G., Heinonen, I., Lourenço, A. P., Duncker, D. J., Falcão-Pires, I. Animal models of heart failure with preserved ejection fraction. Netherlands Heart Journal. 24 (4), 275-286 (2016).
- Noll, N. A., Lal, H., Merryman, W. D. Mouse models of heart failure with preserved or reduced ejection fraction. American Journal of Pathology. 190 (8), 1596-1608 (2020).
- Schwarzl, M., et al. A porcine model of hypertensive cardiomyopathy: Implications for heart failure with preserved ejection fraction. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 309 (9), 1407-1418 (2015).
- Reiter, U., et al. Early-stage heart failure with preserved ejection fraction in the pig: A cardiovascular magnetic resonance study. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 18 (1), 63 (2016).
- Silva, K. A. S., et al. Tissue-specific small heat shock protein 20 activation is not associated with traditional autophagy markers in Ossabaw swine with cardiometabolic heart failure. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 319 (5), 1036-1043 (2020).
- Ponikowski, P., et al. 2016 ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure: The Task Force for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure of the European Society of Cardiology (ESC)Developed with the special contribution of the Heart Failure Association (HFA) of the ESC. European Heart Journal. 37 (27), 2129-2200 (2016).
- Tsutsui, H., et al. JCS 2017/JHFS 2017 guideline on diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure – Digest version. Circulation Journal. 83 (10), 2084-2184 (2019).
- Yousefi, K., Dunkley, J. C., Shehadeh, L. A. A preclinical model for phenogroup 3 HFpEF. Aging (Albany NY). 11 (13), 4305-4307 (2019).
- Zheng, S., et al. Aged monkeys fed a high-fat/high-sugar diet recapitulate metabolic disorders and cardiac contractile dysfunction. Journal of Cardiovascular Translational Research. 14 (5), 799-815 (2021).
- Shirakabe, A., et al. Drp1-dependent mitochondrial autophagy plays a protective role against pressure overload-induced mitochondrial dysfunction and heart failure. Circulation. 133 (13), 1249-1263 (2016).
- Zhabyeyev, P., et al. Pressure-overload-induced heart failure induces a selective reduction in glucose oxidation at physiological afterload. Cardiovascular Research. 97 (4), 676-685 (2013).
- 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).
- Beznak, M. Changes in heart weight and blood pressure following aortic constriction in rats. Canadian Journal of Biochemistry and Physiology. 33 (6), 995-1002 (1955).
- Bikou, O., Miyashita, S., Ishikawa, K. Pig model of increased cardiac afterload induced by ascending aortic banding. Methods in Molecular Biology. 1816, 337-342 (2018).
- Hiemstra, J. A., et al. Chronic low-intensity exercise attenuates cardiomyocyte contractile dysfunction and impaired adrenergic responsiveness in aortic-banded mini-swine. Journal of Applied Physiology. 124 (4), 1034-1044 (2018).
- Massie, B. M., et al. Myocardial high-energy phosphate and substrate metabolism in swine with moderate left ventricular hypertrophy. Circulation. 91 (6), 1814-1823 (1995).
- 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).
- Charles, C. J., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction: magnetic resonance imaging and metabolic energetics. ESC Heart Failure. 7 (1), 92-102 (2020).
- Olver, T. D., et al. Western, diet-fed, aortic-banded ossabaw swine: A Preclinical model of cardio-metabolic heart failure. JACC Basic to Translational Science. 4 (3), 404-421 (2019).
