Een model van remodellering Door vernauwing van de abdominale aorta bij ratten
Summary
A rat model of abdominal aortic constriction that induces cardiac hypertrophy and remodeling is described. An efficient, highly-reproducible, and minimally-invasive method is used to provide a simple yet useful platform for research in myocardial hypertrophy and dysfunction.
Abstract
Heart failure is one of the leading causes of death worldwide. It is a complex clinical syndromethat includes fatigue, dyspnea, exercise intolerance, and fluid retention. Changes in myocardial structure, electrical conduction, and energy metabolism develop with heart failure, leading to contractile dysfunction, increased risk of arrhythmias, and sudden death. Hypertensive heart disease is one of the key contributing factors of cardiac remodeling associated with heart failure. The most commonly-used animal model mimicking hypertensive heart disease is created via surgical interventions, such as by narrowing the aorta. Abdominal aortic constriction is a useful experimental technique to induce a pressure overload, which leads to heart failure. The surgery can be easily performed, without the need for chest opening or mechanical ventilation. Abdominal aortic constriction-induced cardiac pathology progresses gradually, making this model relevant to clinical hypertensive heart failure. Cardiac injury and remodeling can be observed 10 weeks after the surgery. The method described here provides a simple and effective approach to produce a hypertensive heart disease animal model that is suitable for studying disease mechanisms and for testing novel therapeutics.
Introduction
Hartfalen is een complex klinisch syndroom, waarvan de symptomen zijn vermoeidheid, dyspnoe, inspanningsintolerantie en vochtophoping in perifere weefsels. Het is de belangrijkste doodsoorzaak in de ontwikkelde landen 1. Naast erfelijke cardiomyopathie veroorzaakt door mutaties in sarcomeer eiwitten of ionkanalen 2, kan myocardiale disfunctie veroorzaakt door een verscheidenheid aan medische aandoeningen, waaronder hypertensie, hartklepaandoeningen, obesitas en diabetes 3. Veranderingen in het myocard structuur, elektrische geleiding en energiemetabolisme leiden tot onvoldoende cardiale pompcapaciteit om de bloedsomloop eisen, wat uiteindelijk resulteert in hartfalen 3,4 ontmoeten. De mechanismen die ten grondslag liggen hartfalen derhalve kritisch op het gebied van cardiovasculair onderzoek. Het identificeren moleculaire mechanismen die leiden tot hartfalen progressie uiteindelijk helpen bij de ontdekking van nieuwe therapeutische doelwitten of nuttig biomerkers <sup> 1. Het is daarom belangrijk om hartfalen dierlijke modellen die de belangrijkste klinische kenmerken deelt met hartfalen bij mensen 5 ontwikkelen.
Cardiale hypertrofie en remodellering speelt een cruciale rol in de ontwikkeling van hartfalen. Hypertensieve hart-en vaatziekten is de belangrijkste bijdragende factor van cardiale hypertrofie en de onaangepaste remodeling gezien bij menselijke patiënten 1. Om deze menselijke omstandigheden na te bootsen, zijn diermodellen vaak vastgesteld door middel van chirurgische procedures. In het bijzonder kan de dwars- of abdominale aorta wordt vernauwd tot de weerstand tegen de linker ventrikel, wat uiteindelijk leidt tot een drukoverbelasting in het hart te verhogen. Dit verschijnsel leidt gewoonlijk tot cardiale hypertrofie, een fysiologische compensatie van de hartspiercellen op de functionele eis van het cardiovasculaire systeem. Echter, de functionele vraag voorrang op de normale fysiologische compensatiemechanismen, wat leidt tot cardiale fibrose en contractegel impairment. Dwarse aorta vernauwing (TAC) chirurgie gaat vaak ingewikkelde procedures, waaronder thoracotomie, mechanische ventilatie en scheiding van de thymus en vetweefsel van de aortaboog. Daarentegen abdominale aorta vernauwing vereist eenvoudiger experimentele technieken 6-8. De abdominale aorta tussen het linker en rechter nierslagaders vernauwd tijdens de operatie. Cardiale hypertrofie en remodellering kan enkele weken waargenomen na de abdominale aorta vernauwing chirurgie 6-8; zij produceren robuuste hypertensieve hartziekte vergelijkbaar met die die door de dwarse aorta vernauwing chirurgie 9,10. We beschrijven hier een protocol abdominale aorta vernauwing gedrag in ratten een efficiënt, zeer reproduceerbare en minimaal-invasieve methode. De abdominale aorta naast de nierslagaders vernauwd door een 0,72 mm lus gevormd door een 4-0 zijden draad. Tien weken na de operatie, cardiale hypertrofie en remodeling waarneembaar. Het rattenmodel van abdominale aorta-vernauwing geïnduceerde cardiale hypertrofie verschaft een platform voor het bestuderen van ziektemechanismen en pathofysiologie, alsook de ontwikkeling van potentiële therapeutica.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hypertensive heart disease, a major health problem that contributes greatly to morbidity and mortality, can lead to cardiac hypertrophy and heart failure5. The pathogenesis and progression of hypertensive heart disease in humans is complex, so an appropriate animal model is critical to investigate the underlying mechanisms and to test novel therapeutics that aim to improve cardiac structure and function5. The abdominal aortic constriction model, which simulates chronic heart disease, is an effective…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors’ work was supported by a grant from Ministry of Science and Technology (MOST 103-2320-B-002-068-MY2), the National Health Research Institute (NHRI-EX104-10418SC), and National Taiwan University (NTU 104R4000).
Materials
| 22-Gauge syringe needle | BD Biosciences | 309572 | |
| EDTA Blood Collection Tubes | BD Biosciences | REF365974 | |
| 4-0 silk suture | Sharpoint™ Products | DC-2515N | |
| 6-0 silk suture | Sharpoint™ Products | DC-2150N | |
| Pentobarbital | Sigma Aldrich | 1507002 | |
| Paraformaldehyde | Sigma Aldrich | 441244 | |
| Acetaminophen | Sigma Aldrich | A7085 | |
| Picrosirius red solution | Abcam | ab150681 | |
| Cardiac troponin kit | Abcam | ab200016 | |
| Imagequant | Molecular Dynamics | ||
| Langendorff | ADInstruments | ML870B2 |
References
- Houser, S. R., et al. Animal models of heart failure: a scientific statement from the American Heart Association. Circ Res. 111, 131-150 (2012).
- Towbin, J. A. Inherited cardiomyopathies. Circ J. 78, 2347-2356 (2014).
- Breckenridge, R. Heart failure and mouse models. Dis Model Mech. 3, 138-143 (2010).
- van Bilsen, M., van Nieuwenhoven, F. A., van der Vusse, G. J. Metabolic remodelling of the failing heart: beneficial or detrimental?. Cardiovasc Res. 81, 420-428 (2009).
- Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circ Heart Fail. 2, 138-144 (2009).
- Gu, W. L., Chen, C. X., Huang, X. Y., Gao, J. P. The effect of angoroside C on pressure overload-induced ventricular remodeling in rats. Phytomedicine. 22, 705-712 (2015).
- Zhang, Y., et al. Alteration of cardiac ACE2/Mas expression and cardiac remodelling in rats with aortic constriction. Chin J Physiol. 57, 335-342 (2014).
- Tardif, K., et al. Nestin upregulation characterizes vascular remodeling secondary to hypertension in the rat. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 308, H1265-H1274 (2015).
- Li, C., et al. Myeloid mineralocorticoid receptor deficiency inhibits aortic constriction-induced cardiac hypertrophy in mice. PLoS One. 9, e110950 (2014).
- Ku, H. C., Su, M. J. DPP4 deficiency preserved cardiac function in abdominal aortic banding rats. PLoS One. 9, e85634 (2014).
- Lee, S. Y., et al. Caffeic acid ethanolamide prevents cardiac dysfunction through sirtuin dependent cardiac bioenergetics preservation. J Biomed Sci. 22, 80 (2015).
- Gs, A. K., Raj, B., Santhosh, K. S., Sanjay, G., Kartha, C. C. Ascending aortic constriction in rats for creation of pressure overload cardiac hypertrophy model. J Vis Exp. , e50983 (2014).
- deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. J Vis Exp. , e1729 (2010).
- Schaefer, A., et al. A New Animal Model for Investigation of Mechanical Unloading in Hypertrophic and Failing Hearts: Combination of Transverse Aortic Constriction and Heterotopic Heart Transplantation. PLoS One. 11, e0148259 (2016).
- Rodriguez-Iturbe, B., Quiroz, Y., Kim, C. H., Vaziri, N. D. Hypertension induced by aortic coarctation above the renal arteries is associated with immune cell infiltration of the kidneys. Am J Hypertens. 18, 1449-1456 (2005).
- Ku, H. C., Lee, S. Y., Yang, K. C., Kuo, Y. H., Su, M. J. Modification of Caffeic Acid with Pyrrolidine Enhances Antioxidant Ability by Activating AKT/HO-1 Pathway in Heart. PLoS One. 11, e0148545 (2016).
- Bovill, J. G. Intravenous anesthesia for the patient with left ventricular dysfunction. Semin Cardiothorac Vasc Anesth. 10, 43-48 (2006).
- Inoko, M., Kihara, Y., Morii, I., Fujiwara, H., Sasayama, S. Transition from compensatory hypertrophy to dilated, failing left ventricles in Dahl salt-sensitive rats. Am J Physiol. 267, H2471-H2482 (1994).
- Heyen, J. R., et al. Structural, functional, and molecular characterization of the SHHF model of heart failure. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 283, H1775-H1784 (2002).
