폐동맥 고혈압의 설치류 모델의 혈역학 특성
Summary
Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a disease of pulmonary arterioles that leads to their obliteration and the development of right ventricular failure. Rodent models of PAH are critical in understanding the pathophysiology of PAH. Here we demonstrate hemodynamic characterization, with right heart catheterization and echocardiography, in the mouse and rat.
Abstract
Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare disease of the pulmonary vasculature characterized by endothelial cell apoptosis, smooth muscle proliferation and obliteration of pulmonary arterioles. This in turn results in right ventricular (RV) failure, with significant morbidity and mortality. Rodent models of PAH, in the mouse and the rat, are important for understanding the pathophysiology underlying this rare disease. Notably, different models of PAH may be associated with different degrees of pulmonary hypertension, RV hypertrophy and RV failure. Therefore, a complete hemodynamic characterization of mice and rats with PAH is critical in determining the effects of drugs or genetic modifications on the disease.
Here we demonstrate standard procedures for assessment of right ventricular function and hemodynamics in both rat and mouse PAH models. Echocardiography is useful in determining RV function in rats, although obtaining standard views of the right ventricle is challenging in the awake mouse. Access for right heart catheterization is obtained by the internal jugular vein in closed-chest mice and rats. Pressures can be measured using polyethylene tubing with a fluid pressure transducer or a miniature micromanometer pressure catheter. Pressure-volume loop analysis can be performed in the open chest. After obtaining hemodynamics, the rodent is euthanized. The heart can be dissected to separate the RV free wall from the left ventricle (LV) and septum, allowing an assessment of RV hypertrophy using the Fulton index (RV/(LV+S)). Then samples can be harvested from the heart, lungs and other tissues as needed.
Introduction
폐동맥 고혈압 (PAH)의 염증 세포의 침윤, 평활근 증식 및 내피 세포의 세포 사멸과 관련된 폐 혈관의 질환이다. 이러한 변화는 연속적으로 우심실 (RV) 부전 및 심장 마비로 이어지는 폐 동맥의 폐색이 발생할. PAH의 PAH와 RV 실패를 기초 병태 생리를 이해하기 위해,이 질병을 연구 약물 유전 모델 등 다양한 모델의 수는 (1,2 다른 평가)이 개발되었다.
이러한 모델 중 가장 인기가 쥐에서 저산소증 유발 마우스에서 (의 Hx) PAH와 monocrotaline (MCT) 및 SU5416 – 저산소증 (SuHx) 모델이다. 마우스의 Hx 모델에서, 마우스는 내측 확산 얻어진 개발 (0.10 FIO2 18,000 피트의 높이에 대응하여, 기압에 서의 인위적 또는 기압 성 중) 저산소증 4 주에 노출되어, RV를 증가 SYST올리치 압력과 RV 비대 3의 개발. 다음 PAH 4의 개발 결과 불분명 한 메커니즘을 통해 폐 내피 세포에 손상 60 ㎎ / ㎏ 결과의 단일 용량에서 MCT. SU5416 유사한 병리 적 변화 영구 폐 고혈압 3 주 결과 만성 저산소증에 노출 된 다음 60 ㎎ / ㎏의 단일 피하 주사와 혈관 내피 성장 인자 수용체 (VEGFR) 1 및 2 차단기의 억제제 및 치료 A는 즉, 폐색 성 혈관 병변 (5)의 형성과, 인간의 질병에서 본 것이다. 지난 몇 년 동안, 폐동맥 고혈압 여러 형질 전환 마우스 모델이 개발되었다. 다음은 BMPR2 유전자 돌연변이가 PAH 모두 가족과 특발성 형태로 발견되는대로, 헴 시게나-1 녹아웃 및 IL-6 과발현은 (다른 곳에서 1,2 검토) 녹아웃과 뼈 형태 형성 단백질 수용체 2 (BMPR2)의 돌연변이를 포함한다.
PH의 서로 다른 설치류 모델은 폐 고혈압, RV 비대 및 RV 실패의 다른 수준이 있습니다. 저산소증 및 다양한 형질 전환 마우스 모델 래트 모델 중 어느 하나보다 온화한 PAH를 초래하지만, 다른 유전자의 돌연변이와 관련 분자 신호 전달 경로의 테스팅을 허용한다. MCT 여러 조직 4 내피 세포에 독성이 나타납니다 있지만 MCT 모델은 심한 PAH가 발생할 않습니다. 두 약물 조작 및 저산소증에 노출이 필요하지만 혈관에 의해 특징입니다 SuHx 모델은 인간의 특발성 PAH에서 본 것과 더 유사 변경합니다. 또한,이 모든 모델에, PAH의 개발과 관련된 병리 조직 학적 변화, 폐 압력과 RV 기능 사이의 단절이있을 수 있습니다. 이 조직 학적 변화 사이의 비례 관계 pulmon 심각도 보통가 인간 질환 대조적이다진 고혈압과 RV 장애의 정도. 따라서, PH 이러한 설치류 모델의 포괄적 인 특성화가 필요하고, (심장 도관에 의한) (일반적으로 심 초음파에 의한) RV 기능의 평가, 혈역학과 마음의 조직 병리학 및 (조직 수확에서) 폐를 포함한다.
이러한 프로토콜에서는, 래트 및 마우스에서 PAH 모델 혈역학 특성에 사용되는 기본적인 방법을 설명한다. 이러한 일반적인 기술은 우심실과 폐동맥 혈관 모든 연구에 적용 할 수 있고, PAH 모델에 한정되지 않는다. 심 초음파에 의해 RV를 떠올리 쥐 비교적 간단하지만, 그들의 크기와 RV의 복잡한 형상에 마우스에 더 도전이다. 또한, 이러한 TAPSE으로 정량화 RV 기능을 위해 사용되는 일부 대리는 폐 동맥 (PA) 가속 시간 및 PA 도플러 파형 노칭은 물론 인간 확인되지 않고 폴리 우레탄의 평가에 약하게 상관 관계lmonary 고혈압과 침습적 혈역학 적으로 RV 기능. 임피던스 카테터 오픈 가슴 카테터는 압력 – 볼륨 (PV)의 결정을 할 수 루프 및 자세한 혈역학 적 특성 있지만 RV의 혈역학의 결정은 최고의 영감과 음의 흉부 압박의 효과를 유지하기 위해 폐쇄 가슴 완료 . 모든 절차와 마찬가지로, 절차 환경을 개발하는 것은 실험의 성공에 중요하다.
Protocol
Representative Results
Discussion
The protocols outlined here describe a comprehensive characterization of hemodynamics and right ventricular function in rodent models of pulmonary hypertension. While right heart catheterization as described here is a terminal procedure, the mortality associated with echocardiography is minimal, which allows for screening and follow-up of disease progression. However, similar to patients with PH having markedly increased mortality with anesthesia17, in our experience, rats with severe PH do not tolerate anesth…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SR is supported by NIH K08HL114643, Gilead Research Scholars in Pulmonary Arterial Hypertension and a Burroughs Wellcome Fund Career Award for Medical Scientists.
Materials
| Vevo 2100 Imaging System (120V) | VisualSonics, inc. | VS-11945 | |
| Vevo 2100 Imaging Station | VisualSonics, inc. | ||
| High-frequency Mechanical Transducers | VisualSonics, inc. | MS250, MS550D, MS400 | |
| Ultrasound Gel Parker | Laboratories Inc. | 01-08 | |
| PowerLab 4/35 | ADInstruments | ML765 | |
| Labchart 8 | ADInstruments | ||
| BP transducer with stopcock and cable | ADInstruments | MLT1199 | |
| BP transducer calibration kit | ADInstruments | MLA1052 | |
| Mikro-Tip Pressure Catheter for mouse | Millar | SPR-1000 | Alternative catheter available from Scisense FT111B (mouse) and FT211B (rat) |
| Mikro-Tip Pressure Catheter for rat | Millar | SPR-513 | Alternative catheter available from Scisense FT111B (mouse) and FT211B (rat) |
| Millar Mikro-Tip ultra-miniature PV loop catheter for mice | Millar | PVR-1035 | Alternative catheter available from Scisense FT112 (mouse) |
| Millar Mikro-Tip ultra miniature PV loop catheter for rats | Millar | SPR-869 | Alternative catheter available from Scisense FT112 (mouse) |
| Millar PV system MPVS-300 | Millar | MPVS-300 | |
| 4-0 Silk Black Braid 100 Yard Spool | Roboz Surgical | SUT-15-2 | |
| 6-0 Silk Black Braid 100 Yard Spool | Roboz Surgical | SUT-14-1 | |
| Iris Scissors, Delicate, Integra Miltex | VWR | 21909-248 | |
| VWR Dissecting Scissors, Sharp/Blunt Tip | VWR | 82027-588 | |
| VWR Delicate Scissors, 4 1/2" | VWR | 82027-582 | |
| Two star Hemostats, Excelta | VWR | 63042-090 | |
| Neutral-buffered formalin | VWR | 89370-094 | |
| Crotaline | Sigma | C2401 | |
| SU5416 | Tocris Biosciences | 3037 | |
| 3.5X-45X Boom Stand Trinocular Zoom Stereo Microscope | AmScope | SM-3BX | |
| PE (Polyethylene Tubing)-10 | Braintree Scientific Inc | PE10 36 FT | |
| PE (Polyethylene Tubing)-50 | Braintree Scientific Inc | PE50 36 FT | |
| PE (Polyethylene Tubing)-60 | Braintree Scientific Inc | PE60 36 FT | |
| Tabletop Isoflurane Anesthesia Unit | Kent Scientific | ACV-1205S | |
| Surgisuite multi-functional surgical platform | Kent Scientific | Surgisuite | |
| Retractor set | Kent Scientific | SURGI-5002 | |
| Anesthesia induction chamber | VetEquip | 941443 | |
| Anesthesia Gas filter canister | Kent Scientific | ACV-2001 | |
| Rodent nose cone | VetEquip | 921431 |
Riferimenti
- Gomez-Arroyo, J., et al. A brief overview of mouse models of pulmonary arterial hypertension: problems and prospects. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 302, 977-991 (2012).
- Ryan, J. J., Marsboom, G., Archer, S. L. Rodent models of group 1 pulmonary hypertension. Handbook of experimental pharmacology. 218, 105-149 (2013).
- Voelkel, N. F., Tuder, R. M. Hypoxia-induced pulmonary vascular remodeling: a model for what human disease. J Clin Invest. 106, 733-738 (2000).
- Gomez-Arroyo, J. G., et al. The monocrotaline model of pulmonary hypertension in perspective. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 302, 363-369 (2012).
- Abe, K., et al. Formation of plexiform lesions in experimental severe pulmonary arterial hypertension. Circulation. 121, 2747-2754 (2010).
- Pacher, P., Nagayama, T., Mukhopadhyay, P., Batkai, S., Kass, D. A. Measurement of cardiac function using pressure-volume conductance catheter technique in mice and rats. Nat Protoc. 3, 1422-1434 (2008).
- Brittain, E., Penner, N. L., West, J., Hemnes, A. Echocardiographic Assessment of the Right Heart in Mice. J. Vis. Exp. (81), e50912 (2013).
- Abraham, D. M., Mao, L. Cardiac Pressure-Volume Loop Analyses Using Conductance Catheters in Mice. J Vis Exp. , (2015).
- Vergadi, E., et al. Early macrophage recruitment and alternative activation are critical for the later development of hypoxia-induced pulmonary hypertension. Circulation. 123, 1986-1995 (2011).
- Mam, V., et al. Impaired vasoconstriction and nitric oxide-mediated relaxation in pulmonary arteries of hypoxia- and monocrotaline-induced pulmonary hypertensive rats. J Pharmacol Exp Ther. 332, 455-462 (2010).
- Wang, Z., Schreier, D. A., Hacker, T. A., Chesler, N. C. Progressive right ventricular functional and structural changes in a mouse model of pulmonary arterial hypertension. Physiol Rep. 1, 00184 (2013).
- Thibault, H. B., et al. Noninvasive assessment of murine pulmonary arterial pressure: validation and application to models of pulmonary hypertension. Circ Cardiovasc Imaging. 3, 157-163 (2010).
- Abe, K., et al. Long-term treatment with a Rho-kinase inhibitor improves monocrotaline-induced fatal pulmonary hypertension in rats. Circ Res. 94, 385-393 (2004).
- Ma, W., et al. hypoxia chamer info–Calpain mediates pulmonary vascular remodeling in rodent models of pulmonary hypertension, and its inhibition attenuates pathologic features of disease. J Clin Invest. 121, 4548-4566 (2011).
- de Man, F. S., et al. Bisoprolol delays progression towards right heart failure in experimental pulmonary hypertension. Circ Heart Fail. 5, 97-105 (2012).
- de Man, F. S., et al. Dysregulated renin-angiotensin-aldosterone system contributes to pulmonary arterial hypertension. Am J Respir Crit Care Med. 186, 780-789 (2012).
- Pritts, C. D., Pearl, R. G. Anesthesia for patients with pulmonary hypertension. Curr Opin Anaesthesiol. 23, 411-416 (2010).
- Paulin, R., et al. A miR-208-Mef2 Axis Drives the Decompensation of Right Ventricular Function in Pulmonary Hypertension. Circ Res. 116, 56-69 (2015).
- Brittain, E., Penner, N. L., West, J., Hemnes, A. Echocardiographic assessment of the right heart in mice. J Vis Exp. , (2013).
- Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. J Vis Exp. , e51041 (2014).
