Porcine Modell des Infrarot abdominalen Aortenaneurysmus
Summary
Dieses neuartige Modell erzeugt robuste infrarote abdominale Aortenaneurysmen bei Schweinen mit einer Kombination aus Ballonangioplastie, Elastase/Kollagennase-Perfusion, topischer Elastase-Anwendung und oraler Verbindung–Aminopropionitril-Verabreichung, die die Kollagenvernetzung stört.
Abstract
Große Tiermodelle zur Untersuchung von Abdominalaortenaneurysmen sind spärlich. Der Zweck dieses Modells ist es, reproduzierbare, klinisch signifikante infrarote Abdominalaortenaneurysmen (AAA) bei Schweinen zu erzeugen. Um dies zu erreichen, verwenden wir eine Kombination aus Ballonangioplastie, Elastase und Kollagennase und einem Lysyloxidase-Inhibitor, genannt “Aminopropionitril”(BAPN), um klinisch signifikante infrarote Aortenaneurysmen zu erzeugen, analog zu menschlichen Erkrankungen.
Nicht kastrierte männliche Schweine werden BAPN für 7 Tage vor der Operation gefüttert, um einen stabilen Zustand im Blut zu erreichen. Eine Mittellinien-Laparotomie wird durchgeführt und die Infrarot-Aorta wird umlaufend seziert. Eine erste Messung wird vor der Aneurysminduktion mit einer Kombination aus Ballonangioplastie, Elastase (500 Einheiten)/Kollagenase (8000 Einheiten) Perfusion und topischer Elastase-Anwendung aufgezeichnet. Schweine werden täglich bis zum terminalen Eingriff am postoperativen Tag 7, 14 oder 28 gefüttert, zu dem das Aneurysm gemessen und Gewebe beschafft wird. BAPN + Chirurgie Schweine werden mit Schweinen verglichen, die allein operiert wurden.
Schweine, die mit BAPN und Chirurgie behandelt wurden, hatten eine mittlere Aortendilatation von 89,9 % bis 47,4 % an Tag 7, 105,4 % bis 58,1 % am 14. Tag und 113,5 % bei 30,2 % am 28. Tag. Schweine, die allein mit einer Operation behandelt wurden, hatten deutlich kleinere Aneurysmen als BAPN + Operationstiere an Tag 28 (p < 0.0003). Die BAPN + Chirurgiegruppe hatte makroskopische und immunhistochemische Beweise für eine aneurysmale Endstadium-Erkrankung.
Klinisch signifikante infrarote AAA kann mit Ballonangioplastie, Elastase/Kollagenase-Perfusion und topischer Anwendung induziert werden, ergänzt mit oralem BAPN. Dieses Modell erzeugt große, klinisch signifikante AAA mit Merkmalen menschlicher Krankheiten. Dies hat wichtige Auswirkungen auf die Aufklärung der AAA-Pathogenese und die Erprobung neuartiger Therapien und Geräte zur Behandlung von AAA. Zu den Einschränkungen des Modells gehören Variationen in BAPN, die durch Schweine aufgenommen werden, die Qualität der Elastaseperfusion und die Kosten von BAPN.
Introduction
Nach Angaben des Center for Disease Control (CDC) sind Aortenaneurysmen (AA) eine der Haupttodesursachen in den Vereinigten Staaten und stellen eine erhebliche Krankheitslastdar 1. Ein Aortenaneurysm ist definiert als eine Dilatation eines diskreten Teils des Gefäßlumens um über 50%2. Eine Teilmenge von AA im Bauch, die als abdominale Aortenaneurysmen (AAA) bezeichnet wird, sind ein wachsendes Problem. AAA bleiben klinisch still bis zu drohendem Bruch oder Zerlegung, mit akutem Beginn, starke Bauchschmerzen in der Regel das einzige präsentierende Symptom3,4. Rupture of AAA ist fast immer tödlich mit einer Sterblichkeitsrate von 90%5. Offene oder endovaskuläre Chirurgie ist die einzige therapeutische Option für Patienten, und kann ein hochmorbides Verfahren sein. Wichtig ist, dass AAA eine der wenigen Herz-Kreislauf-Erkrankungen ohne medizinische Therapie zur Heilung ist.
Bis heute konzentrierte sich ein Großteil der Forschung entocher nagetierese auf Nagetiermodelle, mit Elastase, einem Enzym, das Elastin in den Aortenmedien abbaut, um Aneurysmen zu induzieren. 6,7 Die klinische Übertragbarkeit von Kleintiermodellen auf menschliche aneurysmale Erkrankungen ist jedoch eingeschränkt, da die Bewertung struktureller Veränderungen in der Aorta und die veränderte Hämodynamik aufgrund ihrer Größe begrenzt sind. Aufgrund der anatomischen und größenähnlichen Ähnlichkeit korreliert das Schweinekreislaufsystem besser mit der menschlichen Biologie als Nagetiere8. Große Tiermodelle ermöglichen ein besseres Verständnis der zellulären Mechanismen des Krankheitsprozesses, können neuartige Behandlungen in therapeutischen Dosen für große Säugetiere entwickeln und mechanische Reparaturgeräte testen, was in Kleintiermodellen nicht möglich wäre. Darüber hinaus repliziert die akute Natur von Nagetiermodellen nicht die Chronik und pathologische Eigenschaften der menschlichen aneurysmalen Krankheit.
Die Kombination von Elastase und einer Verbindung namens “Aminopropionitril” (BAPN) hat murine AAA-Modelle revolutioniert, indem sie Größere aneurysmen erzeugt, die Fortsetzungen chronischer aneurysmaler Erkrankungen enthalten, einschließlich Wand-Thrombus, Dissektion und Bruch9. BAPN ist ein Inhibitor der Lysyloxidase, die für die Kollagenvernetzung unerlässlich ist, ein entscheidender Bestandteil der Aortenwand10,11,12. Lysyloxidase Aktivität nimmt mit dem Altern und angesichts der Assoziation des Alters und die chronische Natur der komplizierten AA, BAPN hat großes Potenzial, die Auswirkungen des Alterns experimentell zu imitieren9,13,14. Die Verwendung von BAPN und seine Fähigkeit, chronische Krankheiten in einer subakuten Umgebung zu replizieren, bietet einen neuen Vorteil gegenüber alternativen großen Tiermodellen von AAA. Im Vergleich zu anderen etablierten Poren-AAA-Modellen erzeugt dieses Modell die größten Aneurysmen mit Merkmalen der Endstadium-Krankheit, und die Ergebnisse wurden bereits veröffentlicht8,11,15.
Während bestimmte Vorteile gewährt werden, sind erhebliche Ressourcen und Investitionen erforderlich, um dieses Modell erfolgreich zu vervollständigen, was einige Ermittler abschrecken könnte. Zu diesen Ressourcen gehören der Zugang zu Operationssälen, qualifizierten Chirurgen und Anästhesieanbietern, Tierhaltung und Veterinärpersonal, um bei der postoperativen Versorgung zu helfen. Darüber hinaus können die Kosten für BAPN für einige Labore unerschwinglich teuer sein.
Es gibt nur wenige große Tiermodelle, um die komplexe Pathophysiologie der AAA-Bildung zu untersuchen und in menschliche Krankheiten zu übersetzen. Große Tiermodelle von AAA sind entscheidend, um die Lebensfähigkeit neuartiger Technologien und Behandlungen für menschliche Krankheiten zu beurteilen. Daher bestand der Zweck dieser Studie darin, ein reproduzierbares Modell des fortgeschrittenen Infrarot-AAA bei Schweinen zu erstellen. Die Begründung für die Verwendung von BAPN und Elastase-Schweinemodell ist es, die Pathophysiologie von AAA besser zu verstehen, indem die chronische Natur und Diefolgen der menschlichen aneurysmalen Krankheit in einer akuten oder subakuten Umgebung nachgeahmt werden, sowie neuartige Therapien und Geräte für AAA zu testen. Behandlung.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ein neuartiges Modell der infraroten AAA in Schweinen wurde mit einer Kombination aus Ballonangioplastie, Perfusion und topischer Elastase und Diät als BAPN erstellt. Mit diesem Modell wurde eine aortende Dilatation von >100% mit groben und histologischen Merkmalen der chronischen menschlichen aneurysmalen Erkrankung erreicht. Dieses Modell bietet ein Tor, um die komplexe Pathophysiologie von AAA weiter zu verstehen und mögliche Therapien in menschliche Krankheiten zu übersetzen.
Frühere M…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Anthony Herring und Cindy Dodson für ihr Wissen und ihr technisches Know-how.
Finanzierungsquellen:
Die Finanzierung dieser Studie wurde vom National Heart, Lung, and Blood Institute des National Institute of Health unter Dem Award No. T32HL007849 und Grant Nos. R01HL081629-07 (G.R.U.) und R01HL124131-01 (G.R.U.).
Materials
| Arrow Ergo Pack System | Arrow | CDC-21242-X1A | Just need 7 Fr dilator |
| Atlas PTA Balloon dilation catheter | Bard | AT-120184 | 16 mm x 4 cm x 120 cm |
| Bovie electrocautery | Bovie Medical | A2350 | |
| Collagenase Type 1 (5 gm) | Worthington | LS004196 | |
| Crile Needle drviers | MFI medical | 61-2201 | |
| DeBakey Atraumatic Forceps | MFI medical | 52-4977 | |
| DeBakey Peripheral Vascular Clamp | Medline | MDS1318119 | |
| Glidewire | Terumo Interventional Systems | GS3506 | outer Wire diameter 0.035 mm, Length 150 cm |
| GraphPad Prism 6 | GraphPad Software Inc. La Jolla, Calif) | statistical software | |
| Metzenbaum Scissors | MFI medical | 61-0004 | |
| Mayo-Hegar Needle Holder | tiger medical | N407322 | |
| Micropuncture Introducer Set | Cook | G47946 | |
| Mixter Forceps, Standard Grade, Right angle | Cole-Parmer | UX-10818-16 | |
| Monocryl suture | Ethicon | Y496G-BX | 4-0 monocryl |
| PDS II suture | Ethicon | D8926 | Number 1 looped |
| Porcine Pancreatic Elastase | Sigma-Aldrich | E0258-50 MG | |
| Satinsky Vascular Clamps | Medline | MDs5632515 | |
| Suction canister | Cardinal Health | 65651212 | |
| Schuco Aspirator | MFI medical | S430A | |
| Vicryl suture | Ethicon | J789D-SD | 2-0 vicryl |
| Yankauer Suction tube | Sklarcorp | 07-1801 |
Riferimenti
- . Leading Causes of Death Reports, National and Regional, 1999 – 2016 Available from: https://webappa.cdc.gov/sasweb/ncipc/leadcause.html (2018)
- Erbel, R., et al. Diagnosis and management of aortic dissection. European Heart Journal. 22 (18), 1642-1681 (2001).
- Cameron, J., Cameron, J. . Current Surgical Therapy 11th edition. 11, 777-783 (2014).
- . Overview of abdominal aortic aneurysm Available from: https://www.uptodate.com/contents/overview-of-abdominal-aortic-aneurysm (2017)
- Pearce, W. H., Zarins, C. K., Bacharach, J. M. Atherosclerotic Peripheral Vascular Disease Symposium II: controversies in abdominal aortic aneurysm repair. Circulation. 118 (25), 2860-2863 (2008).
- Daugherty, A., Cassis, L. A. Mouse models of abdominal aortic aneurysms. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 24 (3), 429-434 (2004).
- Anidjar, S., et al. Elastase-induced experimental aneurysms in rats. Circulation. 82 (3), 973-981 (1990).
- Hynecek, R. L., et al. The creation of an infrarenal aneurysm within the native abdominal aorta of swine. Surgery. 142 (2), 143-149 (2007).
- Lu, G., et al. A novel chronic advanced stage abdominal aortic aneurysm murine model. Journal of Vascular Surgery. 66 (1), 232-242 (2017).
- Barrow, M. V., Simpson, C. F., Miller, E. J. Lathyrism: a review. The Quarterly Review of Biology. 49 (2), 101-128 (1974).
- Coulson, W. F., Linker, A., Bottcher, E. Lathyrism in swine. Archives of Pathology & Laboratory Medicine. 87 (4), 411-417 (1969).
- McCallum, H. M. Experimental Lathyrism in Mice. The Journal of Pathology and Bacteriology. 89, 625-636 (1965).
- Behmoaras, J., et al. Differential expression of lysyl oxidases LOXL1 and LOX during growth and aging suggests specific roles in elastin and collagen fiber remodeling in rat aorta. Rejuvenation Research. 11 (5), 883-889 (2008).
- Davies, I., Schofield, J. D. Connective tissue ageing: the influence of a lathyrogen (beta-aminopropionitrile) on the life span of female C57BL/Icrfat mice. Experimental Gerontology. 15 (5), 487-494 (1980).
- Cullen, J. M., et al. A novel swine model of abdominal aortic aneurysm. Journal of Vascular Surgery. , (2018).
- Marinov, G. R., et al. Can the infusion of elastase in the abdominal aorta of the Yucatan miniature swine consistently produce experimental aneurysms. Journal of Investigative Surgery. 10 (3), 129-150 (1997).
- Pope, N. H., et al. Interleukin-6 Receptor Inhibition Prevents Descending Thoracic Aortic Aneurysm Formation. Annals of Thoracic Surgery. 100 (5), 1620-1626 (2015).
- Johnston, W. F., et al. Genetic and pharmacologic disruption of interleukin-1beta signaling inhibits experimental aortic aneurysm formation. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 33 (2), 294-304 (2013).
- Johnston, W. F., et al. Inhibition of interleukin-1beta decreases aneurysm formation and progression in a novel model of thoracic aortic aneurysms. Circulation. 130 (11), 51-59 (2014).
- Ruddy, J. M., Jones, J. A., Spinale, F. G., Ikonomidis, J. S. Regional heterogeneity within the aorta: relevance to aneurysm disease. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 136 (5), 1123-1130 (2008).
