Uma lesão de balão segmental controlada por pressão da artéria de rato com aplicação terapêutica periadventicional

Summary

A lesão do balão carótida do rato imita o procedimento clínico de angioplastia realizado para restaurar o fluxo sanguíneo em vasos ateroscleróticos. Este modelo induz a resposta à lesão arterial distending da parede arterial, e desnuding a camada intimal de células endoteliais, causando, em última análise, remodelação e uma resposta hiperplástica intimal.

Abstract

As doenças cardiovasculares continuam sendo a principal causa de morte e incapacidade em todo o mundo, em parte devido à aterosclerose. A placa aterosclerótica reduz a área luminal da superfície nas artérias, reduzindo assim o fluxo sanguíneo adequado para órgãos e tecidos distais. Clinicamente, procedimentos de revascularização, como angioplastia de balão com ou sem colocação de stent, visam restaurar o fluxo sanguíneo. Embora esses procedimentos restabeleçam o fluxo sanguíneo reduzindo a carga da placa, eles danificam a parede do vaso, que inicia a resposta de cura arterial. A resposta de cura prolongada causa restenose arterial, ou re-estreitamento, limitando o sucesso a longo prazo desses procedimentos de revascularização. Portanto, modelos de animais pré-clínicos são fundamentais para analisar os mecanismos fisiodológicos que conduzem a restenose, e proporcionam a oportunidade de testar novas estratégias terapêuticas. Os modelos murinos são mais baratos e fáceis de operar do que os grandes modelos animais. Lesões de balão ou arame são as duas modalidades de lesão comumente aceitas usadas em modelos murinos. Os modelos de lesão de balão, em particular, imitam o procedimento de angioplastia clínica e causam danos adequados à artéria para o desenvolvimento da restenose. Aqui descrevemos os detalhes cirúrgicos para a realização e análise histologicamente do modelo de lesão do balão carótida de rato modificado e controlado por pressão. Além disso, este protocolo destaca como a aplicação periadventicial local da terapêutica pode ser usada para inibir a hiperplasia neointimal. Por fim, apresentamos a microscopia de fluorescência da folha de luz como uma nova abordagem para a imagem e visualização da lesão arterial em três dimensões.

Introduction

A doença cardiovascular (DCV) continua sendo a principal causa de morte em todo o mundo¹. A aterosclerose é a causa básica da maior morbidade e mortalidade relacionadas à DCV. Aterosclerose é o acúmulo de placa dentro das artérias que resulta em um lúmen estreito, dificultando a perfusão sanguínea adequada aos órgãos e tecidos distais². As intervenções clínicas para o tratamento da aterosclerose grave incluem angioplastia de balão com ou sem colocação de stent. Esta intervenção envolve o avanço de um cateter de balão para o local da placa, e a inflação do balão para comprimir a placa até a parede arterial, ampliando a área luminal. Este procedimento danifica a artéria, no entanto, iniciando a resposta da lesão arterial³. A ativação prolongada desta resposta à lesão leva à restenose arterial, ou re-estreitamento, secundária à hiperplasia neointimal e à remodelação do vaso. Durante a angioplastia, a camada intimal é desnudada de células endoteliais que levam ao recrutamento imediato de plaquetas e inflamação local. A sinalização local induz alterações fenotípicas nas células musculares lisas vasculares (VSMC) e nos fibroblastos adventitas. Isso leva à migração e proliferação de VSMC e fibroblastos para dentro do lúmen, levando à hiperplasia neointimal^4,5. As células progenitoras circulantes e as células imunes também contribuem para o volume global de restenose⁶. Quando aplicável, os stents que eluem drogas (DES) são o padrão atual para inibir a restenose⁷. O DES inibe a re-endotelialização arterial, no entanto, criando assim um ambiente pró-trombótico que pode resultar em trombose tardia do stent⁸. Portanto, os modelos animais são fundamentais tanto para a compreensão da fisiopatologia da restenose, quanto para o desenvolvimento de melhores estratégias terapêuticas para prolongar a eficácia dos procedimentos de revascularização.

Vários modelos animais grandes e pequenos⁹ são utilizados para estudar essa patologia. Estes incluem lesão de balão^3,10 ou lesão de fio¹¹ do lado luminal de uma artéria, bem como ligadura parcial¹² ou colocação de manguito¹³ ao redor da artéria. A lesão do balão e do arame desnude a camada endotelial da artéria, imitando o que ocorre clinicamente após a angioplastia. Em particular, os modelos de lesão de balão utilizam ferramentas semelhantes às do cenário clínico (ou seja, cateter de balão). A lesão do balão é melhor realizada em modelos de ratos, uma vez que as artérias de rato são um tamanho apropriado para cateteres de balão comercialmente disponíveis. Aqui descrevemos uma lesão arterial segmental controlada por pressão, uma versão bem estabelecida e modificada da lesão do balão da artéria carótida do rato. Esta abordagem controlada por pressão imita de perto o procedimento de angioplastia clínica, e permite a formação de hiperplasia neointimal reprodutível duas semanas após a lesão^14,15. Além disso, esta lesão arterial controlada por pressão resulta em restauração completa da camada endotelial por 2 semanas após a cirurgia¹⁶. Isso contrasta diretamente com o modelo original de lesão do balão, descrito por Clowes, onde a camada endotelial nunca retorna à cobertura completa³.

Após a cirurgia, a terapêutica pode ser aplicada ou direcionada para a artéria ferida através de várias abordagens. O método descrito aqui usa a aplicação periadventitial de uma pequena molécula embutida em uma solução de gel plurônico. Especificamente, aplicamos uma solução de aldeído cinnâmico de 100 μM em gel plurônico-F127 na artéria imediatamente após lesão para inibir a formação de hiperplasia neointimal¹⁵. Pluronic-F127 é um gel termo-reversível não tóxico capaz de entregar drogas localmente de forma controlada¹⁷. Enquanto isso, a lesão arterial é local, portanto a administração local permite testar um princípio ativo, minimizando os efeitos fora do alvo. No entanto, a entrega efetiva de um uso terapêutico deste método dependerá da química da pequena molécula ou do uso biológico.

Protocol

Todos os métodos descritos aqui foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill. 1. Procedimentos pré-operatórios Esterilizar instrumentos cirúrgicos. Autoclave todos os instrumentos cirúrgicos antes da cirurgia. Se realizar múltiplas cirurgias no mesmo dia, esterilize os instrumentos entre as cirurgias utilizando um esterilizador de contas secas. Prepare o terapêutico em 25% de gel p…

Representative Results

A Figura 1 mostra todos os materiais e ferramentas cirúrgicas utilizados para a realização desta cirurgia. A coloração de hematoxilina e eosina (H&E) de seções transversais arterials feridas de duas semanas permite uma visualização clara da hiperplasia neointimal. A Figura 2 mostra imagens representativas de seções arterials manchadas de H&E de uma artéria saudável, ferida e tratada. A Figura 2 também descreve como qua…

Discussion

A lesão do balão da artéria carótida de rato é um dos modelos animais de restenose mais utilizados e estudados. Tanto o modelo de lesão do balão^{original 3} quanto a variação de lesão segmental controlada pela pressão modificada¹⁰ informaram muitos aspectos da resposta à lesão arterial que também ocorre em humanos, com as poucas limitações sendo que o trombo rico em fibrina raramente se desenvolve e a inflamação local é mínima em comparação com outros mo…

Materials

1 mL Syringe	Fisher	14955450
1 mL Syringe with needle	BD	309626
2 French Fogarty Balloon Embolectomy Catheter	Edwards LifeSciences	120602F
4-0 Ethilon (Nylon) Suture	Ethicon Inc	662H
4-0 Vicryl Suture	Ethicon Inc	J214H
7-0 Prolene Suture	Ethicon Inc	8800H
70% ethyl alcohol
Anti-Rabbit Alexa Fluor 647	Thermo Fisher Scientific	A21245
Atropine Sulfate	Vedco Inc		for veterinary use
Cotton Swabs	Puritan	806-WC
Curved Hemostats	Fine Science Tools	13009-12
Fine Curved Forceps	Fine Science Tools	11203-25
Fine Scissors	Fine Science Tools	14090-11
Gauze	Covidien	2252
IHC-Tek Diluent (pH 7.4)	IHC World	IW-1000
Insufflator	Merit Medical	IN4130
Iodine solution
Lubricating Eye Ointment	Dechra		for veterinary use
Mayo Scissors	Fine Science Tools	14010-15
Micro Serrefines	Fine Science Tools	18055-05
Microdissection Scissors	Fine Science Tools	15004-08
Micro-Serrefine Clamp Applying Forceps	Fine Science Tools	18057-14
Needle Holder	Fine Science Tools	12003-15
Pluronic-127 (diluted in sterile water)	Sigma-Aldrich	P2443	25% prepared
Rabbit Anti-CD31	Abcam	ab28364
Retractor			Bent paper clips work well
Rimadyl (Carprofen)	Zoetis Inc		for veterinary use
Saline solution
Standard Forceps	Fine Science Tools	11006-12
Sterile Drape	Dynarex	4410
T-Pins