Имплантация изопротеренола Мини-насоса, чтобы вызвать сердечную недостаточность у мышей
Summary
Хроническое введение изопротеренола через имплантированный осмотический насос широко используется для имитации прогрессирующей сердечной недостаточности у мышей. Здесь мы описываем подробные методы хирургической мини-насосной имплантации для непрерывного введения изопротеренола в течение 3 недель, а также эхокардиографическую оценку для успешного создания модели.
Abstract
Изопротеренол (ISO), является неселективным бета-адренергическим агонистом, который широко используется для индуцирования сердечной травмы у мышей. В то время как острая модель имитирует стресс-индуцированной кардиомиопатии, хроническая модель, вводимая через осмотический насос, имитирует прогрессирующую сердечную недостаточность у людей. Целью описанного протокола является создание хронической модели сердечной недостаточности, вызванной ИСО, у мышей с помощью имплантированного мини-насоса. Этот протокол был использован, чтобы вызвать сердечную недостаточность в 100 штаммов инбредных мышей. Методы хирургической имплантации насоса описаны в деталях и могут иметь отношение к любому, кто заинтересован в создании модели сердечной недостаточности у мышей. Кроме того, представлены еженедельные изменения в кардиорекардиографии на основе эхокардиографических параметров для каждого штамма и ожидаемого времени для моделирования разработки. Таким образом, метод прост и воспроизводим. Непрерывного ISO, вводимого через имплантированный мини-насос в течение 3-4 недель, достаточно для того, чтобы вызвать ремоделирование сердца. Наконец, успех создания модели ISO можно оценить в vivo по серийной эхокардиографии, демонстрирующей гипертрофию, расширение желудочков и дисфункцию.
Introduction
Сердечная недостаточность с уменьшенной фракцией выброса (HFrEF) сопровождается хорошо признанной компенсационной реакцией симпатической нервной системы для поддержания сердечно-сосудистого гомеостаза1. Гемодинамический стресс и пагубное воздействие на сердце и кровообращение наблюдались при хронической активации. Они стали краеугольным камнем современной фармакотерапии при сердечной недостаточности и являются важными механизмами в прогрессировании сердечной недостаточности и терапевтического антагонизма нейрогормональных систем1.
Несколько моделей мыши доступны для основных исследований сердечной недостаточности. Генетические модели привлекательны для изучения молекулярной терапии и изучения сигнальных путей. Однако эти модели могут не иметь отношения к распространенным формам сердечной недостаточности. Другие распространенные модели включают в себя левую переднюю нисбытку (LAD) перевязку артерий, трансаортное сужение (TAC) и изопротеренол (ISO), каждая изцельновая на различные патологические этиологии2,3,4,5 ,6. Лад артерии лигация индуцирует передней стенки инфаркта миокарда, создавая таким образом модель, специфичные для ишемической кардиомиопатии. TAC вызывает острую перегрузку давления для создания гипертонической модели сердечной недостаточности. Хотя градиент давления может быть измерен, что позволяет стратификации гипертрофии, острое начало гипертонии не имеет прямой клинической значимости4. Как LAD, так и TAC модели требуют высокого уровня хирургического опыта для выполнения. Острая модель ISO сердечной недостаточности имитирует стресс-индуцированной кардиомиопатии, также известный как болезнь Такоцубо, которая характеризуется заметным увеличением катехоламинов и активности в левом желудочке, который имитирует острый инфаркт миокарда7, 8. В отличие от этого, хронические модели ISO сердечной недостаточности представляют симптомы симптомов прогрессирующей сердечной недостаточности, с хронически повышенным уровнем катехоламинов1. Преимущества хронической модели ISO заключаются в том, что она обеспечивает хроническую андренергическую стимуляцию, имитирующую прогрессирующую сердечную недостаточность, и которую она относительно легко создать. Следователь должен выбрать модель, которая наилучшим образом резюмирует их патологии интерес.
Общая цель этого метода заключается в том, чтобы вызвать сердечную недостаточность у мышей с помощью имплантированного мини-насоса, который высвобождает ISO непрерывно имитировать хроническую симпатическую активацию, обнаруженную у пациентов с сердечной недостаточностью1. Метод прост и воспроизводим. Хотя есть явные различия между штаммами мыши, ISO вводят в течение 3 до 4 недель на 30 мг/кг /день достаточно, чтобы вызвать сердечной ремоделирования у большинства мышей. В частности, ISO приводит к про-гипертрофической компенсационной фазы в течение недели 1 следуют истончение стен, желудочковой расширение и снижение систолической функции на 2 и 32. Успех создания модели ISO можно оценить в vivo по серийной эхокардиографии, демонстрирующей гипертрофию, расширение и дисфункцию желудочков, а также ex vivo с помощью гистологической и молекулярной оценки собранной сердечной ткани для интрамиокардии накопление липидов, фиброз, СТРЕСС ER, апоптоз, и экспрессиягенов 9,10,11,12.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы применили этот метод к более чем 100 штаммов инбредных мышей для оценки сердечных исходов из-за хронической бета-адренергической стимуляции2,13. Значительные различия в восприимчивости к изопротеренолу, как известно, существуют среди штаммов мыши и мог?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают NIH K08 HL133491 для поддержки финансирования.
Materials
| Micro-Osmotic Pump System with Flow Moderator in Place | Alzet | Model 1004 | Includes filling tube, flow moderator and pump body |
| (-)-Isoproterenol hydrochloride | Sigma-Aldrich | 16504-1G | (-)-Isoproterenol hydrochloride is a powder that needs to be stored at -20°C. |
| 1 ml sterile syringe | VWR | BD309602 | |
| 30 W LED Fiber optic O-ring light microscope illuminator | AmScope | SKU: LED-30WR | |
| 5-0 COATED VICRYL (polyglactin 910) Suture | Ethicon | J303H | 5-0, absorbable |
| Fine Scissors – Sharp | FST | 14060-09 | |
| Glass beads | FST | 18000-46 | |
| Hot bead sterilizers | FST | 18000-50 | |
| Iris forceps | WPI | 15915 | |
| Look Sharpoint 6-0, 18" Black Nylon Monofilament Suture | LOOK | AA-2176 | 6-0, non-absorbable |
| Needle holder | WPI | 15926 | |
| Normal Saline, 0.9% NaCl | Fisher | 89167-772 |
Riferimenti
- Hartupee, J., Mann, D. L. Neurohormonal activation in heart failure with reduced ejection fraction. Nature Review Cardiology. 14 (1), 30-38 (2017).
- Wang, J. J., et al. Genetic Dissection of Cardiac Remodeling in an Isoproterenol-Induced Heart Failure Mouse Model. PLoS Genetics. 12 (7), 1006038 (2016).
- Balakumar, P., Singh, A. P., Singh, M. Rodent models of heart failure. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 56 (1), 1-10 (2007).
- Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circulation: Heart Failure. 2 (2), 138-144 (2009).
- Huang, W. Y., Aramburu, J., Douglas, P. S., Izumo, S. Transgenic expression of green fluorescence protein can cause dilated cardiomyopathy. Nature Medicine. 6 (5), 482-483 (2000).
- Breckenridge, R. Heart failure and mouse models. Disease Model and Mechanism. 3 (3-4), 138-143 (2010).
- Wittstein, I. S., et al. Neurohumoral features of myocardial stunning due to sudden emotional stress. New England Journal of Medicine. 352 (6), 539-548 (2005).
- Templin, C., et al. Clinical Features and Outcomes of Takotsubo (Stress) Cardiomyopathy. New England Journal of Medicine. 373 (10), 929-938 (2015).
- Shao, Y., et al. A mouse model reveals an important role for catecholamine-induced lipotoxicity in the pathogenesis of stress-induced cardiomyopathy. European Journal of Heart Failure. 15 (1), 9-22 (2013).
- Kudej, R. K., et al. Effects of chronic beta-adrenergic receptor stimulation in mice. Journal of Molecular Cell Cardiology. 29 (10), 2735-2746 (1997).
- Zhuo, X. Z., et al. Isoproterenol instigates cardiomyocyte apoptosis and heart failure via AMPK inactivation-mediated endoplasmic reticulum stress. Apoptosis. 18 (7), 800-810 (2013).
- El-Demerdash, E., Awad, A. S., Taha, R. M., El-Hady, A. M., Sayed-Ahmed, M. M. Probucol attenuates oxidative stress and energy decline in isoproterenol-induced heart failure in rat. Pharmacology Research. 51 (4), 311-318 (2005).
- Rau, C. D., et al. Mapping genetic contributions to cardiac pathology induced by Beta-adrenergic stimulation in mice. Circulation Cardiovascular Genetics. 8 (1), 40-49 (2015).
- Berthonneche, C., et al. Cardiovascular response to beta-adrenergic blockade or activation in 23 inbred mouse strains. PLoS One. 4 (8), 6610 (2009).
- Chang, S. C., Ren, S., Rau, C. D., Wang, J. J. Isoproterenol-Induced Heart Failure Mouse Model Using Osmotic Pump Implantation. Methods Molecular Biology. 1816, 207-220 (2018).
- Shusterman, V., et al. Strain-specific patterns of autonomic nervous system activity and heart failure susceptibility in mice. American Journal of Physiology-Heart Circulation Physiology. 282 (6), 2076-2083 (2002).
- Faulx, M. D., et al. Strain-dependent beta-adrenergic receptor function influences myocardial responses to isoproterenol stimulation in mice. American Journal of Physiology-Heart Circulation Physiology. 289 (1), 30-36 (2005).
- Zhang, G. X., et al. Cardiac oxidative stress in acute and chronic isoproterenol-infused rats. Cardiovascular Research. 65 (1), 230-238 (2005).
- Boluyt, M. O., et al. Isoproterenol infusion induces alterations in expression of hypertrophy-associated genes in rat heart. American Journal of Physiology. 269 (2), 638-647 (1995).
- Hohimer, A. R., Davis, L. E., Hatton, D. C. Repeated daily injections and osmotic pump infusion of isoproterenol cause similar increases in cardiac mass but have different effects on blood pressure. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 83 (2), 191-197 (2005).
- Cross, H. R., Murphy, E., Koch, W. J., Steenbergen, C. Male and female mice overexpressing the beta(2)-adrenergic receptor exhibit differences in ischemia/reperfusion injury: role of nitric oxide. Cardiovascular Research. 53 (2), 662-671 (2002).
- Klingman, G. I., McKay, G., Ward, A., Morse, L. Chronic isoproterenol treatment of mice: effects on catecholamines and rectal temperature. Journal of Pharmaceutical Sciences. 62 (5), 798-801 (1973).
