Ein apikales Resektionsmodell im adulten Xenopus tropicalis-Herzen
Summary
Xenopus tropicalis ist ein ideales Modell für die regenerative Forschung, da viele seiner Organe eine bemerkenswerte Regenerationsfähigkeit besitzen. In dieser Arbeit stellen wir eine Methode zur Konstruktion eines Herzverletzungsmodells in X. tropicalis mittels Apexresektion vor.
Abstract
Es ist bekannt, dass bei erwachsenen Säugetieren das Herz seine Regenerationsfähigkeit verloren hat, was Herzinsuffizienz zu einer der häufigsten Todesursachen weltweit macht. Frühere Forschungen haben die Regenerationsfähigkeit des Herzens des erwachsenen Xenopus tropicalis nachgewiesen, einer Anurenamphibie mit einem diploiden Genom und einer engen evolutionären Verwandtschaft mit Säugetieren. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass sich das Herz nach einer Resektion der ventrikulären Spitze regenerieren kann, ohne dass es bei X. tropicalis zu Narbenbildung kommt. Folglich deuten diese bisherigen Ergebnisse darauf hin, dass X. tropicalis ein geeignetes alternatives Wirbeltiermodell für die Untersuchung der adulten Herzregeneration ist. Ein chirurgisches Modell der kardialen Regeneration beim adulten X. tropicalis wird hier vorgestellt. Kurz wurden die Frösche betäubt und fixiert; Dann wurde mit einer Iridektomieschere ein kleiner Schnitt gemacht, der in die Haut und den Herzbeutel eindrang. Es wurde sanfter Druck auf die Herzkammer ausgeübt und die Spitze der Herzkammer wurde dann mit einer Schere herausgeschnitten. Die kardiale Schädigung und Regeneration wurde 7-30 Tage nach der Resektion (dpr) histologisch bestätigt. Dieses Protokoll etablierte ein apikales Resektionsmodell bei adultem X. tropicalis, das zur Aufklärung der Mechanismen der adulten Herzregeneration verwendet werden kann.
Introduction
Herzinsuffizienz war in den letzten Jahren weltweit eine der häufigsten Todesursachen. Seit dem Jahr 2000 steigt die Zahl der Todesfälle aufgrund von Herzinsuffizienz im Laufe der Zeit an. Im Jahr 2019 starben mehr als 9 Millionen Menschen an Kardiomyopathie, was 16 % der Gesamtzahl der Todesfälle weltweit ausmachte1. Aufgrund des Verlusts der Regenerationsfähigkeit des Herzens bei erwachsenen Säugetieren gibt es in einigen Fällen nicht genügend Kardiomyozyten, um die Kontraktionsfunktionen im Herzen aufrechtzuerhalten, was die Herzfunktion beeinträchtigt und zu abnormalem ventrikulärem Umbau und Herzinsuffizienz beiträgt 2,3,4. Tatsächlich hat das Herz bei Säugetieren die schlechteste Regenerationsfähigkeit im Vergleich zu den anderen Organen wie Leber, Lunge, Darm, Blase, Knochen und Haut. Da die Alterung der Weltbevölkerung zu einem globalen Megatrend wird, werden sich die Herausforderungen, mit denen wir bei Herzerkrankungen konfrontiert sind, verschärfen5.
Die Aufklärung der Mechanismen der kardialen Regeneration könnte signifikante Auswirkungen auf die Therapie der ischämischen Herzkrankheit haben. Berichte haben gezeigt, dass die Herzen von neugeborenen Mäusen nach der Apex-Resektion eine Regenerationsfähigkeit haben6. Diese Regenerationsfähigkeit geht jedoch nach 7 Tagen im Alter von7 Jahren verloren. Studien haben gezeigt, dass erwachsene Säugetierherzen nicht in der Lage sind, sich zu regenerieren, weil ihre Fähigkeit zur Proliferation von Kardiomyozyten abgenommen hat 8,9. Die Herzen niederer Wirbeltiere besitzen jedoch eine starke Regenerationsfähigkeit nach Verletzungen. Zum Beispiel sind Zebrafische 10, X. tropicalis11, Xenopus laevis12, Molch 13 und Axolotl14 in der Lage, sich nach Apexresektion vollständig zu regenerieren. Darüber hinaus können auch die anderen Körperteile einiger niederer Wirbeltiere vollständig regeneriert werden, wie z. B. die Gliedmaßen von Molchen und die Schwänze, Linsen und Arme tropischer Krallenfrösche 4,15,16.
Die Etablierung von Herzverletzungsmodellen ist der erste Schritt zur Aufklärung der Mechanismen, die der kardialen Regeneration zugrunde liegen, und hat eine große Bedeutung in der regenerativen Forschung. Forscher haben verschiedene Methoden entwickelt, um Modelle für Herzverletzungen zu erstellen, darunter Stiche, Prellungen, genetische Ablation, Kryoverletzung und Infarkt 5,6.
Kryoverletzung, Myokardinfarkt (MI) und Apexresektion werden häufig zur Induktion von Herzverletzungen eingesetzt, und die Art der Verletzung kann erhebliche Auswirkungen auf die anschließende Regeneration von Kardiomyozyten haben6. Je nach Operationstechnik kann das Herz unterschiedlich auf die Regeneration reagieren. Kryoverletzungen verursachen einen massiven Zelltod und erzeugen fibrotische Narben im Herzen von Zebrafischen17, wodurch ein Modell entsteht, das einem Säugetierinfarkt ähnelt. Die apikale Resektion wird durchgeführt, indem ein Teil des ventrikulären Gewebes weggeschnitten wird, was beim Zebrafisch10 und X. tropicalis11 der Fall war, ohne bleibende Narben zu verursachen. In dieser Studie wurde eine apikale Resektion durchgeführt, die eine einfachere Operation darstellt und weniger chirurgische Instrumente erfordert als Kryoverletzungen. Eine frühere Studie zeigte anhand von Abstammungsanalysen, dass die kardiale Regeneration mit der Proliferation von Kardiomyozyten zusammenhängt, die bereits in den Herzender Maus 6 und des Zebrafisches18 vorhanden sind, aber es gibt keine Berichte über Amphibien. Daher spielt das Modell der Apexresektion in X. tropicalis eine wichtige Rolle bei der Aufklärung der Mechanismen, die regenerativen Reaktionen zugrunde liegen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die apikale Resektion, bei der die Herzspitze chirurgisch amputiert wird, wurde bei Zebrafischen und Mäusen beschrieben 6,18; Dies wurde jedoch bei X. tropicalis nicht beschrieben. Dieser Bericht beschreibt ein glaubwürdiges Modell der Herzschädigung und zeigt, dass sich das Herz des adulten X. tropicalis nach apikaler Resektion vollständig regenerieren kann, ohne dass es zu Narbenbildung kommt. Einige Unzulänglichkeiten müssen jedoch beho…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse des National Key R&D Program of China (2016YFE0204700), der National Natural Science Foundation of China (82070257, 81770240) und des Research Grant of Key Laboratory of Regenerative Medicine, Ministry of Education, Jinan University (ZSYXM202004 und ZSYXM202104), China, unterstützt.
Materials
| Acetic acid | GHTECH | 64-19-7-500ml | |
| Acid Alcohol Fast Differentiation Solution | Beyotime | C0163M | |
| Acid Fuchsin | aladdin | A104916 | |
| Alcohol Soluble Eosin Y Stainin Solution | Servicebio | G1001-500ML | |
| BioReagent | Beyotime | ST2600-100g | |
| Ethanol absolute | Guangzhou Chemical Reagent Factory | HB15-GR-0.5L | |
| Hematoxylin Stain Solution | Servicebio | G1004-500ML | |
| Neutral balsam | Solarbio | G8590 | |
| Operating Scissors | Prosperich | HC-JZ-YK-Z-10cm | |
| Paraffins | Leica | 39601095 | |
| Para-formaldehyde Fixative | Servicebio | G1101-500ML | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) powder | Servicebio | G0002-2L | |
| Phosphomolybdic acid hydrate | Macklin | P815551 | |
| Stereo microscope | Leica | ||
| surgical forceps | ChangZhou | zfq-11-btjw | |
| Surgical Suture | HUAYON | 18-5140 | |
| Tricaine | Macklin | ||
| Xylene | Guangzhou Chemical Reagent Factory | IC02-AR-0.5L |
References
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