Umfassende echokardiographische Beurteilung der Funktion des rechten Ventrikels in einem Rattenmodell der pulmonalen arteriellen Hypertonie
Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt die echokardiographische Charakterisierung der rechtsventrikulären Morphologie und Funktion in einem Rattenmodell der pulmonalen arteriellen Hypertonie.
Abstract
Die pulmonale arterielle Hypertonie (PAH) ist eine fortschreitende Erkrankung, die durch Vasokonstriktion und Umbau der kleinen Arterien in der Lunge verursacht wird. Dieser Umbau führt zu einem erhöhten pulmonalen Gefäßwiderstand, einer verschlechterten rechtsventrikulären Funktion und einem vorzeitigen Tod. Derzeit zugelassene Therapien für PAH zielen weitgehend auf pulmonale Vasodilatatorwege ab; In jüngster Zeit aufkommende therapeutische Modalitäten konzentrieren sich jedoch auf andere neuartige Signalwege, die an der Pathogenese der Krankheit beteiligt sind, einschließlich des Umbaus des rechten Ventrikels (RV). Bildgebende Verfahren, die eine Längsschnittbewertung neuartiger Therapeutika ermöglichen, sind sehr nützlich, um die Wirksamkeit neuer Medikamente in präklinischen Studien zu bestimmen. Die nichtinvasive transthorakale Echokardiographie ist nach wie vor der Standardansatz zur Beurteilung der Herzfunktion und wird häufig in Nagetiermodellen verwendet. Die echokardiographische Beurteilung des RV kann jedoch aufgrund seiner anatomischen Position und Struktur eine Herausforderung darstellen. Darüber hinaus fehlen standardisierte Richtlinien für die Echokardiographie in präklinischen Nagetiermodellen, was es schwierig macht, eine einheitliche Beurteilung der RV-Funktion über Studien hinweg in verschiedenen Labors durchzuführen. In präklinischen Studien wird das Monocrotalin (MCT)-Verletzungsmodell bei Ratten häufig verwendet, um die Wirksamkeit von Arzneimitteln zur Behandlung von PAH zu bewerten. Dieses Protokoll beschreibt die echokardiographische Auswertung des RV bei naiven und MCT-induzierten PAH-Ratten.
Introduction
PAH ist eine fortschreitende Erkrankung, definiert als ein mittlerer pulmonaler arterieller Ruhedruck von mehr als 20 mmHg1. Zu den pathologischen Veränderungen bei PAH gehören der Umbau der Lungenarterien (PA), die Vasokonstriktion, die Entzündung sowie die Aktivierung und Proliferation von Fibroblasten. Diese pathologischen Veränderungen führen zu einem erhöhten pulmonalen Gefäßwiderstand und folglich zu rechtsventrikulärem Umbau, Hypertrophie und Versagen2. PAH ist eine komplexe Erkrankung, bei der mehrere Signalwege miteinander verbunden sind. Die derzeit zugelassenen Medikamente zur Behandlung von PAH zielen hauptsächlich auf vasodilatatorische Signalwege ab, einschließlich des Stickstoffmonoxid-zyklischen Guanosinmonophosphat-Signalwegs, des Prostazyklin-Signalwegs und des Endothelin-Signalwegs. Therapeutika, die auf diese Signalwege abzielen, wurden sowohl als Monotherapien als auch in Kombinationstherapien eingesetzt 3,4. Trotz der Fortschritte bei der Behandlung von PAH in den letzten zehn Jahren zeigen die Ergebnisse des US-amerikanischen REVEAL-Registers eine schlechte 5-Jahres-Überlebensrate für neu diagnostizierte Patienten5. In jüngerer Zeit haben sich neue therapeutische Modalitäten auf krankheitsmodifizierende Wirkstoffe konzentriert, die die multifaktorielle Pathophysiologie des bei PAH auftretenden vaskulären Umbaus beeinflussen können, in der Hoffnung, die Krankheit zu stören6.
Tiermodelle für PAH sind von unschätzbarem Wert für die Beurteilung der Wirksamkeit neuer medikamentöser Behandlungen. Das MCT-induzierte PAH-Rattenmodell ist ein weit verbreitetes Tiermodell, das durch einen Umbau der pulmonalen arteriellen Gefäße gekennzeichnet ist, was wiederum zu einem erhöhten pulmonalen Gefäßwiderstand und einer rechtsventrikulären Hypertrophie und Dysfunktion führt 7,8. Um die Wirksamkeit neuer Behandlungen zu beurteilen, konzentrieren sich die Forscher normalerweise auf die terminale Beurteilung des RV-Drucks, ohne die Längsschnittbewertung des PA-Drucks, der RV-Morphologie und der RV-Funktion zu berücksichtigen. Der Einsatz nicht-invasiver und nicht-terminaler bildgebender Verfahren ist entscheidend für eine umfassende Untersuchung des Krankheitsverlaufs im Tiermodell. Die transthorakale Echokardiographie ist nach wie vor der Standardansatz zur Beurteilung der Herzmorphologie und -funktion in Tiermodellen, da sie im Vergleich zu anderen Bildgebungsmodalitäten, wie z. B. der Magnetresonanztomographie, kostengünstig und einfach zu bedienen ist. Die echokardiographische Beurteilung des RV kann jedoch aufgrund der Positionierung des RV unter dem Brustbeinschatten, seiner gut entwickelten Trabekulation und seiner anatomischen Form, die es schwierig machen, die endokardiale Grenze 9,10,11 abzugrenzen, eine Herausforderung darstellen.
Dieser Artikel zielt darauf ab, ein umfassendes Protokoll zur Bewertung von RV-Abmessungen, -Flächen und -Volumina sowie der systolischen und diastolischen Funktion bei naiven und MCT-induzierten PAH bei Sprague-Dawley-Ratten (SD) zu beschreiben. Darüber hinaus beschreibt dieses Protokoll eine Methode zur Beurteilung der echokardiographischen Dimensionen im normalen und erweiterten rechten Vorhof.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die echokardiographische Auswertung des RV ist ein wertvolles Entdeckungswerkzeug für das Screening der Wirksamkeit neuartiger Behandlungen in Tiermodellen von PAH. Eine eingehende Charakterisierung der RV-Struktur und -Funktion ist als neuartige Ziele bei der Behandlung von PAK-Adressen RV 4,14 erforderlich. Diese Studie beschreibt ein detailliertes Protokoll, das die erfolgreiche Charakterisierung der RV-Struktur und -Funktion ermöglicht.
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The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch NHLBI K01 HL155241 und AHA CDA849387, die an den Autor P.C.R.
Materials
| 0.9% sodium cloride injection USP | Baxter | 2B1324 | |
| Braided cotton rolls | 4MD Medical Solutions | RIHD201205 | |
| Depilating agent | Wallgreens | Nair Hair Remover | |
| Electrode gel | Parker Laboratories | 15-60 | |
| High frequency ultrasound image system and imaging station | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo 2100 | |
| Isoflurane | MedVet | RXISO-250 | |
| Male sprague Dawley rats | Charles River Laboratories | CD 001 | CD IGS Rats (Crl:CD(SD)) |
| Monocrotaline (MCT) | Sigma-Aldrich | C2401 | |
| Rectal temperature probe | Physitemp | RET-3 | |
| Sealed induction chambers | Scivena Scientific | RES644 | 3 L size |
| Solid-state array ultrasound transducer | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo MicroScan transducer MS250S | |
| Stainless steel digital calipers | VWR Digital Calipers | 62379-531 | |
| Ultrasound gel | Parker Laboratories | 11-08 | |
| Vevo Lab software | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Verison 5.5.1 |
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