En modell av Cardiac Ombygging Gjennom Innsnevring av hovedpulsåren i Rats

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

Hjertesvikt er en kompleks klinisk syndrom, symptomer som inkluderer tretthet, dyspné, mosjon intoleranse, og væskeansamling i perifere vev. Det er den ledende dødsårsaken i utviklede land ^1. Bortsett fra arvet kardiomyopati forårsaket av mutasjoner i sarcomere proteiner eller ionekanaler ^2, kan myokardial dysfunksjon være forårsaket av en rekke medisinske tilstander, inkludert hypertensjon, valvulære hjertesykdommer, fedme og diabetes ^3. Endringer i hjerteinfarkt struktur, elektro ledning, og energiomsetningen fører til utilstrekkelig hjertepumpekapasitet til å møte sirkulasjons krav, som til slutt resulterer i hjertesvikt ^3,4. Å undersøke mekanismene bak hjertesvikt, derfor, er kritisk innen hjerte-forskning. Identifisere molekylære mekanismer som fører til hjertesvikt progresjon kan eventuelt hjelpe til med oppdagelsen av nye terapeutiske mål eller nyttige biomarkører <sopp> 1. Det er derfor viktig å utvikle hjertesvikt dyremodeller som deler viktige kliniske funksjoner med hjertesvikt hos mennesker ^5.

Cardiac hypertrofi og ombygging spiller en avgjørende rolle i utviklingen av hjertesvikt. Hypertensiv hjertesykdom er nøkkelen medvirkende faktor for hjerte-hypertrofi og mistilpasset ombygging sett hos mennesker ^1. For å etterligne disse menneskelige forhold, er dyremodeller ofte etablert gjennom kirurgiske prosedyrer. Spesielt kan den tverrgående eller abdominale aorta være innsnevret for å øke motstanden mot venstre ventrikkel, som til slutt fører til et trykk overbelastning på hjertet. Dette fenomenet resulterer vanligvis i hjertehypertrofi, til en fysiologisk erstatning av kardiomyocytter møte etterspørselen funksjonelle av det kardiovaskulære systemet. Men overstyrer den funksjonelle krav normale fysiologiske kompenserende mekanismer, som fører til hjerte fibrose og contracfliser nyrefunksjon. Tversgående aorta innsnevring (TAC) kirurgi omfatter ofte kompliserte prosedyrer, deriblant torakotomi, mekanisk ventilasjon, og separering av thymus og fettvev fra aortabuen. I motsetning til dette, krever abdominal aorta innsnevring enklere eksperimentelle teknikker ^6-8. Den abdominale aorta, mellom de venstre og høyre nyrearteriene, er innsnevret under operasjonen. Kardial hypertrofi og remodellering kan observeres i flere uker etter den abdominale aorta innsnevringen kirurgi ^6-8; de frembringer robuste hypertensiv hjertesykdom lik den som genereres av den tverrgående aorta innsnevring kirurgi ^9,10. Her beskriver vi en protokoll for å utføre abdominal aorta innsnevring i rotter ved hjelp av en effektiv og svært reproduserbar, og minimalt-invasiv metode. Abdominal aorta ved siden av nyrearteriene blir innsnevret av en 0,72 mm sløyfe dannet av en 4-0 silketråd. Ti uker etter operasjonen, hjertehypertrofi og remodeling kan observeres. Rottemodellen av abdominal aorta snøring-indusert hjertehypertrofi tilveiebringer en plattform for å studere sykdomsmekanismer og patofysiologi, så vel som utvikling av potensielle terapeutiske midler.

Protocol

Alle dyreforsøk ble utført i samsvar med Guide for omsorg og bruk av forsøksdyr, utgitt av det amerikanske National Institutes of Health (NIH publikasjon nr. 85-23, revidert 1996). Denne protokollen ble godkjent av og i samsvar med de retningslinjer som er fastsatt av Institutional Animal Care og bruk komité ved National Taiwan University. 1. Animal Surgery Forbered en 22 G sprøytespissen av blunting tuppen av nålen på en honing stein. Med en tang, plicate nålen til en ret…

Representative Results

10 uker etter den abdominale aorta innsnevring kirurgi, ble det resulterende hjerte patologi analysert. Kardiale histologi ble målt ved å beregne forholdet mellom hjertevekt til kroppsvekt og ved detektering av mengden av kollagen i hjerte. Cardiac skade ble bekreftet ved å måle plasma cardiac troponin konsentrasjon. Som vist i figur 1A, ble hjertestørrelsen forstørres etter abdominal aorta innsnevring k…

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…

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